본 논문은 전기추진시스템에 사용되는 BLDC 전동기 중에서 최대 토크 특성을 갖는 독립상 BLDC 전동기의 제어 특성에 대하여 기술하고자 한다. 독립 상 전동기는 각 상이 전기적으로 분리된 형태로 구성된 것이 특징이다. 이러한 특징을 분석하기 위하여 Y결선 3상 BLDC 전동기와 독립 3상 BLDC 전동기를 모델링하고, 시뮬레이션을 통하여 비교하였다. 시뮬레이션 결과 Y결선 3상 BLDC 전동기에 비하여 독립 3상 BLDC 전동기가 상전압이 높았다. 고정자 저항 및 인덕턴스가 일정할 때, 높은 상전압은 최대 상전류의 증가를 가져왔고, 이러한 전류 증가는 최대 토크를 증가시킨다. 그러므로 독립상 BLDC 전동기의 상전류를 제어함으로써 독립상 BLDC 전동기의 전류 맥동이 저감됨을 확인하였다.
In the vector control methods of induction motor, the stator current is divided into the flux and torque component current. By controlling these components respectively, the methods control independently flux and torque as in the DC motor and improve the control effects. To apply the vector control methods, the position of the rotor current is identified. The indirect vector control use the parameters of the machine to identify the position of rotor flux. But due to the temperature rise during machine operation, the variation of rotor resistance degrades the vector control. To solve the problem, the q-axis is aligned to reference frame without phase difference by comparing the real flux component with the reference flux component. Then to compensate the slip, PI controller is used. The proposed method keeps a constant slip by compensating the gain of direct slip frequency when the rotor resistance of induction motor varies. To prove the validations of the proposed algorithm in the paper, computer simulations is executed.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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제5B권4호
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pp.350-357
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2005
This paper presents a mechanical sensorless vector-controlled system with parameter identification by the aid of image processor. Based on the flux observer and the model reference adaptive system method, the proposed sensorless system includes rotor speed estimation and stator resistance identification using flux errors. Since the mathematical model of this system is constructed in a synchronously rotating reference frame, a linear model is easily derived for analyzing the system stability, including motor operating state and parameter variations. Because it is difficult to identify rotor resistance simultaneously while estimating rotor speed, a low-accuracy image processor is used to measure the mechanical axis position for calculating the rotor speed at a steady-state operation. The rotor resistance is identified by the error between the estimated speed using the estimated flux and the calculated speed using the image processor. Finally, the validity of this proposed system has been proven through experimentation.
유도전동기 센서리스 벡터제어의 안정성에 대하여 많은 연구가 되어지고 있다. 그 결과 유도전동기의 고정자 저항, 회전자 저항, 시스템 파라미터의 변화에 대하여 센서리스 방법이 속도 센서가 있는 경우와 비교하여 불안정하게 되기 쉽다는 것이 분명하다. 본 논문에서 속도 지령 $\omega$$_{r}$일 스텝 변화에 대하여 관성 모멘트 J 를 변화하는 경우, 유도전동기 회전자 저항 R$_{r}$,을 변화하는 경우에 대해 살펴보고, 전동기의 파라미터, 시스템 파라미터의 변화에 영향을 받지 않는 제어 방법으로 전동기 전압, 전류, 전동기 정수에 의한 속도 Observer를 구성하여 속도 추정을 행하는 방법에 대하여 제안하고 타당성을 입증하고자 한다.
전동기 소손의 원인으로는 과부하, 결상, 구속, 층간단락, 권선의 지락, 순간과전압의 유입, 회전자가 고정자에 닿는 경우 등 절연파괴로 이어져 고장 또는 전기 사고로 이어지고 있다. 따라서 기기 고장은 기기의 보수/수리에 필요한 비용에 의한 손실뿐만 아니라, 전동기가 포함된 공정 자체를 멈추기 때문에 공정 정지에 따른 생산성 저하에 의한 막대한 경제적 손실을 초래한다. 전동기의 고장을 진단하기 위한 현재의 기술의 수준은 진동, 열, 전력분석 방식을 이용하고 있지만, 고장에 따른 상당 부분의 시간이 진행되어야 문제점을 분석할 수 있는 한계점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하고자 DC AMP 신호를 이용하여 절연저항을 측정하는 장치 및 알고리즘을 산업용 전동기에 적용하여 절연저항 상태값을 추종하여 기존방식에서 해결되지 못한 전동기의 열화 및 고장 진단을 제안한다.
A 50kW-4000rpm interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM) applied to the high-performance electric vehicle (EV) is introduced in this paper. The main work of this paper is that a 2-D T-type lumped-parameter thermal network (LPTN) model is presented for IPMSM temperature rise calculation. Thermal conductance matrix equation is generated based on calculated thermal resistance and loss. Thus the temperature of each node is obtained by solving thermal conductance matrix. Then a 3-D liquid-solid coupling model is built to compare with the 2-D T-type LPTN model. Finally, an experimental platform is established to verify the above-mentioned methods, which obtains the measured efficiency map and current wave at rated load case and overload case. Thermocouple PTC100 is used to measure the temperature of the stator winding and iron core, and the FLUKE infrared-thermal-imager is applied to measure the surface temperature of IPMSM and controller. Test results show that the 2-D T-type LPTN model have a high accuracy to predict each part temperature.
The time optimal position control scheme can be repeatedly taken from the initial state of a dynamic system to a desired one as fast as possible at the industrial drives. In this case, the machine parameters will vary due to temperature, frequency, and saturation effects. In particular, the rotor resistance value changes dramatically with temperature and frequency. These changes affect the command values of the stator current components and slip speed. There is a mismatch between the commanded variables and actual variables of the induction motor drive, and this situation leads to decoupling of the vector controller from the plant, i.e the induction motor. Consequences of such decoupling include the initiation of oscillations of the rotor flux and unsuitable switching of electromagnetic torque of the induction motor servo drive. Therefore, a rotor resistance parameter compensating method for the induction motor is described.
In the design of sensorless control system for induction motor, high-precision speed estimation is one of the most difficult problems. To solve this problem, the common method is model reference adaptive method (MRAS). MRAS requires accurate motor parameters to estimate rotor speed precisely. However, when motor is running, the variety of temperature and magnetic saturation will lead to the change of motor parameters such as stator resistance and rotor resistance, which will lower the accuracy of the speed estimation. To improve the accuracy and rapidity of speed estimation, this paper analyses the mutual MRAS speed identification based on rotor flux linkage, and proposes an improved mutual MRAS speed identification based on back-EMF. The improved method is verified by Simulink simulation and motor experimental platform based on DSP2812. The results of simulation and experiment indicate that the method proposed by this paper can significantly improve the accuracy of speed identification, and speed up the response of identification.
This paper addresses the adaptive controller for efficiency optimization of induction motors. The paper describes an adaptive controller based on-line efficiency optimization control of a drive that uses a direct vector controlled induction motors. To improve the efficiency of the induction motors, it is important to find the optimal flux reference that minimize power loss. The proposed optimal flux reference is derived using a power loss function that is constructed with stator resistance losses, rotor resistance losses and core losses. The proposed sliding mode flux observer generates estimates the unmeasured rotor fluxes. An optimal efficiency controller has goal of maximizing the efficiency for a given speed and load torque. A simulation shows the effectiveness of the proposed technique.
In the wound rotor induction motor, the external resistor is usually added to the rotor circuit in order to limit the starting current. In this scheme, whilst the starting current is limited, the available torque is remarkably reduced. In this paper, to improve the starting characteristics the stator current can be maintained constant by adjusting the external resistor. To change the external resistor, teh chopper and the resistor is connected in parallel, and the chopper duty cycle is adjusted by microprocessor. The duty cycle is calculated according to the actual speed of motor by microprocessor look-up table map. In this suggested scheme, the starting characteristics are remarkably improved without over-current. The starting time of this system is reduced by 20-48 Percent compared with fixed extemal resistance system in the same load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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