In this paper, we describe the optimal driving method and magnetic flux distribution of permanent magnet which enhance torque characteristics in small-sized 3-phase brushless DC motors. The disadvantages of conventional $120^{\circ}$ constant current drive method are torque ripple, switching noise and spike voltage due to the inductance of stator coil. This shortcommings can be avoided by the switching slew-rate of driving current which is called linear voltage driving method. The aim of this study is to analyze linear voltage driving method quantatively and to determine optimal drive current waveform through computer simulation. The selection of commutation angle and slew rate of a new driving current at switching instants makes torque ripple index minimize and average torque maximize. And the validity of this new driving method was assured by Fourier analysis. Considering two dimensional nonlinear magnetic flux distribution on the permanent magnet, we suggest optimal flux distribution according to the presented driving method which improves torque characteristics.
The Proceedings of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.6
no.2
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pp.56-61
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1992
This paper is reported on the simulation and test results of a constant flux vector control scheme of an induction motor without any speed detecting eqiupment, in which the adaptive current PWM inverter is used. The rotor speed is estimated form stator voltage, current and parameters of motor, and control algorithm in the system is performed with by micro processor. By comparing the waveform of input current of this system with that of the case with taco-generator, good agreement is observed except small ripple component. Experimental results which are acquired at start up and during acceleration/deceleration are quite similar to those of the simulation results.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.56
no.1
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pp.51-55
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2007
In this paper, a portable rotor bar fault diagnosis system for small 3 phase induction motors is suggested. For portable real-tine diagnosis system, an USB-DAQ board for collecting the 3 phase current data, three current probes, and a notebook computer are used. The LabVIEW graphical language is used for filtering, analysis, storing, and monitoring the current data. The three phase stator current are filtered and transformed to frequency level by FIT. An analysis window programed by LabVIEW is located in front panel to show the FIT results and this suggested window has a zooming function to detect the fault feature more easily near the feature frequency range which is varying by the slip frequency. To show the possibility of portable rotor bar diagnosis system, three types(healthy, one rotor bar fault, two rotor bar fault) of rotor bar are intentionally prepared and compared by the suggested window of front panel. Experimental results are shown that a suggested diagnosis system is applicable to portable diagnosis system and the rotor bar fault is detected by the frequency window in front panel programed in LabVIEW graphical language.
In this paper, a new method for the online estimation of equivalent series resistances (ESR) of the DC-link capacitors in induction machine (IM) drive systems with a front-end diode rectifier is proposed, where the ESR estimation is conducted during the regenerative operating mode of the induction machine. In the first place, a regulated AC current component is injected into the q-axis current component of the induction machine, which induces the current and voltage ripple components in the DC-link. By processing these AC signals through digital filters, the ESR can be estimated by a recursive least squares (RLS) algorithm. To acquire the AC voltage across the ESR, the DC-link voltage needs to be measured at a double sampling frequency. In addition, the ESR current is simply reconstructed from the stator currents and switching states of the inverter. Experimental results have shown that the estimation error of the ESR is about 1.2%, which is quite acceptable for condition monitoring of the capacitor.
A Current Error Space Phasor (CESP) based hysteresis controller with online computation of the boundary for two-level inverter fed Induction Motor (IM) drives is presented in this paper. The stator voltages estimated along the ${\alpha}$-and ${\beta}$-axes and the orthogonal current error components of the motor are used in the online computation of the hysteresis boundary. All of the inherent benefits of space phasor based hysteresis controllers such as its quick dynamic response and nearby voltage vector switching are present in the proposed scheme with the added benefit of suppressing switching frequency variations. The similarity in the frequency spectrum of the phase voltage obtained at the output of the inverter using the proposed scheme and Bus Clamping Pulse Width Modulation (BCPWM) based drive is justified with the help of extensive MATLAB SIMULINK simulations. The controller is experimentally verified with a three phase, 2.2 kW IM drive for steady state and transient conditions and the obtained results match the simulation results.
This paper presents a flux-weakening control algorithm for Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) drives that reflects the magnitude of the characteristic current. A stator flux linkage observer is utilized to calculate the varying ratio of permanent magnet(PM) flux linkage. The characteristic current magnitude is indirectly calculated using the ratio of the calculated PM flux linkage. The calculated PM flux linkage is used to determine the application of Maximum Torque Per Voltage (MTPV) control for the IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) through a 3D Look-Up Table(LUT). The proposed flux-weakening control method is validated through simulations.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.7
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pp.492-498
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2016
It is well known that since abrupt faults in induction motors tend to lead to subsequent faults and deterioration of the drive apparatus, motor faults may lead to several operating restrictions, such as security problems and economic loss. A lot of research has been done in the area of diagnosis to detect machine faults and to prevent catastrophic hazards in the motor drive system. This paper presents a new method of motor current signature analysis in which the DC-link current of the inverter-driven induction motor system, where a single current sensor is employed instead of three AC current sensors, is measured, and fast Fourier transform analysis is performed. This proposed method makes it possible to easily discern and clearly separate the motor fault current signature from the normal operation current flowing through the stator and rotor windings.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.6
no.5
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pp.416-422
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2001
The BLDC(Brushless DC) Motor is characterized by linear torque to current and speed to voltage. It has low acoustic noise and fast dynamic response. Moreover, it has high power density with high proportion of torque to inertia in spite of small size drive. However, when armature current is commutated, the current ripple is generated by the motor inductance components in stator windings and back-EMF. This current ripple caused to torque ripple. Therefore, it is difficult to apply the BLDC motor to a precision servo drive system. In this paper, a new current control algorithm using fourier series coefficients is proposed. This proposed algorithm can minimize torque ripple due to the phase current commutation of BLDC motor. Simulation and Experimental results prove the effectiveness at the Proposed algorithm through comparison with the conventional unipolar PWM method.
This paper presents the two lossless auxiliary inducors-assisted voltage source type half bridge(single ended push pull:SEPP) series resonant high frequency inverter for induction heated fixing roller in copy and printing machines. The simple high-frequency inverter treated here can completely achieve stable zero current soft switching (ZCS) commutation forwide its output power regulation ranges and load variations under constant high frequency pulse density modulation (PDM) scheme. Its transient and steady state operatprinciple is originally described and discussed for a constant high-frequency PDM control strategy under a stable ZCS operation commutation, together with its output effective power regulation charactertics-based on the high frequency PDM strategy. The experimenoperating performances of this voltage source SEPP ZCS-PDM series resonant high frequency inverter using IGBTs are illustrated as compared with computer simulation results and experimenones. Its power losses analysis and actual efficiency are evaluated and discussed on the basis of simulation and experimental results. The feasible effectiveness of this high frequency inverter appliimplemented here is proved from the practical point of view.
Oxidation models of a rotor bar and end ring segment in an induction motor are presented to simulate the behavior of an induction machine working with oxidized rotor parts which are modeled as rotor faults in progress. The leakage inductance and resistance of the rotor parts arc different from normal values because of the oxidation process. The impedance variations modify the current density and magnetic flux which pass through the oxidized parts. Consequently, it causes the rotor asymmetry which induces abnormal harmonics in the stator current spectra of the faulty machine. The leakage inductances of the oxidation models are derived by the Ampere's law. Using the proposed oxidation models, the rotor bar and end ring faults in progress can be modeled and simulated with the motor current signature analysis (MCSA). In addition, the oxidation process of the rotor bar and end ring segment can motivate the rotor asymmetry, which is induced by electromagnetic imbalances, and it is one of the major motor faults. Results of simulations and experiments are compared to each other to verify the accuracy of the proposed models. Experiments are achieved using 3.7 kW, 3-phase, and squirrel cage induction motors with a motor drive inverter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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