The intrinsic simplicity, ruggedness, and simple power electronic drive requirement of a Switched Reluctance Motor(SRM) make it possible to use in many commercial adjustable speed application. The simple magnetic circuit results in a high efficiency drive and low temperature rise, and the drive system provides a good drive characteristics. This paper is provides two phase 4/3 SRM that is similar to two phase 6/3 SRM as aspect to magnetic structure. Although 6/3 SRM does not experience any flux reversal as the flux is in the same direction whether phase A or B is excited, but two phase 4/3 SRM experiences a flux reversal in small part of stator yoke. The flux reversal in two phase 4/3 SRM could be relieved by an adjustment of stator yoke structure. The magnetic analysis and design considerations of the two phase 4/3 SRM have been obtained by the finite element method analysis (FEM).
This study presents a novel twophase eight stator poles and six rotor poles (8/6) switched reluctance machine (SRM) that can compensate for the vibration and noise problems of twophase 6/3 SRM and compare the characteristics of two SRMs. In the case of twophase 6/3 SRM, the short flux path and the flux direction inside the stator are not reversed, so they have high efficiency characteristics. However, the use of three rotor poles causes problems of vibration and noise because the radial force applied to the rotor poles is not balance. The proposed twophase 8/6 SRM has advantages of 6/3 SRM such as the fluxreversalfree stator and it can improve vibration and noise by using six rotor poles due to balanced radial force acting on the rotor poles. In order to make a reasonable comparison between two SRMs, the electromagnetic field structure of 8/6 SRM is designed to have equivalent torque characteristic to 6/3 SRM and then the copper loss and core loss are compared and analyzed. Finally, we compare the effieicney of two SRMs using finite element analysis and compare the distribution of radial force acting on the rotor poles based on Maxwell's stress method.
The SRM is a doubly salient, singly excited machine. The torque is developed by the tendency for the magnetic circuit to adopt a configuration of minimum reluctance, i.e. for the rotor to move into in line with the stator poles and to maximize the inductance of the coils excited. It is common practice to combine them into groups of poles which are excited simultaneously; for example, 8/6 SRM (8 stator poles and 6 rotor poles) for 4 phases, 6/4, 12/8 SRM for 3 phases, 4/2, 6/3 SRM for 2 phases. Small number of phases in two-phase SRMs allows more cost savings with regards to the switching devices in the converter. The stator back irons of two phase 6/3 SRM and C-core 4/3 SRM does not experience any flux reversal as the flux is in the same direction whether phase A or B is excited. In this study, the similarities, the differences, and structural characteristics between the two SRMs was studied, The magnetic analysis also has been carried out by the finite element method analysis (FEM).
중소형 가변속 전동기구는 성능뿐만 아니라 가격경쟁력이 중요한 요인 중에 하나로 인식되고 있다. 가변속 전동기중에서 SRM을 중소형 전동기로서 적용할 때 가격경쟁력 측면에서 보면 단상이나 2상이 적합하다. 그러한 이유로 전력용량이 비교적 작은 가정용 전동기구에는 거의 단상 혹은 2상 SRM이 연구되고 있다. 그러나 단상 SRM은 근본적으로 발생토오크가 블연속적이여서 운전특성이 떨어지고 자기동능력이 없어 기동을 위한 보조적인 장치가 항상 필요하다. 또한 2상 SRM은 연속적인 토오크를 만들 수 있으나 기동에 관해서는 아 도 많은 문제점을 안고 있다. 제안한 2상 6/3 SRM은 일반적인 다른 SRM과 달리 고정자 철심에 자속의 교번 없이 구동이 가능하여 철손을 줄일 수 있다. 또한 일반적으로 단상과 2상의 SRM에서 실용화에 있어서 가장 장애가 된 자기동이 안 되는 문제점을 회전자의 비대칭 형상을 이용하여 구동특성의 저하없이 자기동 능력을 가지게 되었다. 특성 해석을 위해 FEM 해석프로그램인 FLUX2D을 사용하였다.
In small-power applications, variable-speed motors having high efficiency and controllability become more dominant than brushed DC motors. BLDC motors with permanent magnets in the rotor and SRMs directed by reluctance torque due to no permanent magnets have been strongly studied as a candidate. Compared to the BLDC motors, SRMs are more suitable for low-cost applications since the magnetic structure is simple, mechanically robust, and cheap due to no additional excitation in the rotor such as copper wire, aluminum, and permanent magnets. In addition, relatively small number of phases in single and two-phase SRMs allows more cost savings with regards to material in the motor and switching devices in the converter. In this paper, several 2 phase SRMs are compared to a 3 phase 6/4 SRM in terms of flux distribution in key parts of the motors.
The phase inductance of a switch reluctance motor (SRM) is significantly nonlinear. With different saturation conditions, the phase inductance shape is clearly changed. This study focuses on the relationship between coefficient and current in an inductance model with ignored harmonics above the order of 3. A position estimation method based on the variable coefficient inductance model is proposed in this paper. A four-quadrant sensorless control system of the SRM drive is constructed based on the relationship between variable coefficient inductance and rotor position. The proposed algorithms are implemented in an experimental SRM test setup. Experimental results show that the proposed method estimates position accurately in operating two/four-quadrants. The entire system also has good static and dynamic performance.
The FEM(Finite Element Method) can be used to analysis SRM(Switched Reluctance Motor) as it can account for the salient pole geometry of the stator and rotor and the nonlinear properties of the magnetic materials. However, FEM requirers a lot of computer memory and computing time because, the kind of SRM drivers is verity and the switching strategies are various for one SRM driver. In this paper we proposed the method of analysis of a SRM which results are similar to FEM and has very short computing time. The Inductance and torque for each phase current at each rotor position are calculated by using two-dimensional nonlinear FEM analysis. Using the look-up table of inductance and torque and the voltage equations of SRM we obtained the phase current and torque. To verify proposed algorithm, 3 phase 6/4 SRM is analysed and found a good agreement with FEM results. And computing time is about 1/1600 of the FEM analysis.
SRM 드라이브는 펄스 기자력과 스위칭 전류원리상 큰 소음과 진동이 발생된다. SRM 드라이브에서 발생하는 진동.소음의 주된 원인은 상 스위치-오프시의 고정자와 회전자 사이에 자기적인 스트레스로 작용하는 바사방향의 급격한 전자력 변화에 의한 고정자 프레임의 탄성진동에 의해 발생한다. 본 논문에서는 이러한 SRM 드라이브의 진동을 저감하는 방법으로 기존의 SRM에 상권선과 동일한 자속이 발생하도록 단방향 보상권선(Compensating Winding)을 감아 컴뮤테이션 기간동안 2단계 소호전압방식을 적용하는 방법을 제안하고자 한다. 2단계 소호전압방식을 적용함으로서 상전류를 빨리 소호시킬 수 있고 이로 인해 토크 활용구간과 에너지 활용도를 넓힐 수 있어서 큰 출력을 발생시킬 수 있었으며, 진동.소음저감효과를 얻울 수 있었다
SRM은 회전자의 위치에 따라 상권선의 여자시점이 결정되므로 회전자의 정확한 위치정보가 요구된다. 회전자 위치검출을 위해 절대형 엔코더 및 레졸버를 사용할 경우 초기 회전자 위치 검출이 가능하여 초기기동이 가능하지만 경제성을 고려할 때 적절하지 않다. 증분형 엔코더의 경우 초기 회전자 위치 검출이 용이하지 않아 초기기동의 문제가 있고, 홀센서를 이용할 경우 별도의 링마그넷을 부착하여야 하는 단점이 있다. 초기기동과 경제성을 고려할 때 슬롯디스크 및 옵토 인터럽터를 이용한 광센서 기법이 적합하지만, 이 방식은 6/4 pole SRM의 경우 3개의 옵토 인터럽터와 슬롯디스크가 필요하다. 반면에 본 논문에서는 단지 2개의 광센서만을 이용하여 3상 6/4 pole SRM을 구동하였으며 초기기동 및 정·역 운전을 가능하게 하였다. 광센서의 개수를 1개 줄이고 슬롯디스크를 제거함으로써 제작의 편리성과 경제성이 개선되었으며 슬롯디스크 취부면적이 제거되어 모터의 부피도 줄일 수 있었다.
In this study, two types of switched reluctance motors (SRMs) with segmental rotors are presented in detail. The first is a 6/5 segmental rotor type, whereas the second is a 12/8 segmental rotor type. Both motor types have the same stator, rotor, and winding configurations. The stator is constructed with special stator poles, namely, exclusively designed exciting and auxiliary poles. The rotor is constructed from a series of discrete segments, each of which is embedded into the nonmagnetic isolator. The windings are only wound on the exciting poles, and no winding is wound on the auxiliary poles. Given these configurations, short flux paths and high flux-linkage utilization rate are achieved in the proposed motors, which may reduce the magnetomotive force requirement and increase the electrical utilization of a machine. To verify the effectiveness of the proposed motors, their characteristics, such as magnetic flux distribution, flux-linkage, torque, radial force, and efficiency, are analyzed and compared with those of a conventional 12/8 SRM. Meanwhile, two prototypes, one for each proposed segmental rotor type, are also designed and manufactured. Finally, the validity of the proposed motors is further verified by test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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