This paper deals with an electromagnetic analysis and control parameter estimation of a moving-coil linear oscillatory actuator (MCLOA). Analytical solutions for electromagnetic characteristics of the MCLOA are obtained from transfer relations derived in terms of a magnetic vector potential and two-dimensional (2-d) rectangular coordinate systems. And then, on the basis of 2-d analytical solutions, control parameters such as the thrust constant, the back-emf constant and winding inductances are estimated. Finally, analytical results for both electromagnetic characteristics and control parameters of the MCLOA are validated extensively by finite element (FE) analyses. In particular, test results such as static thrust, resistance and inductance measurements are given to confirm the analyses.
This paper proposes a unified high-frequency bipolar buck-boost (UHFBB) control strategy for a dual-active-bridge (DAB), which is derived from the classical buck and boost DC/DC converter. It can achieve optimized current stress of the switches and soft switching in wider range. The UHFBB control strategy includes multi-control-variables, which can be achieved according to an algorithm derived from an accurate mathematical model. The design method for the parameters, such as the transformer turns ratio and the inductance, are shown. The current stress of the switches is analyzed for selecting an optimal inductor. The analysis is verified by the experimental results within a 500W prototype.
This paper propose a method to identify the motor parameters and improve input voltage error which affect the low speed position error of the back-emf(back electromotive force) based sensorless algorithm and to secure the operation reliability and stability even in the case where the load fluctuation is severe and the start and low speed operation frequently occurs. In the model-based observer used in this paper, stator resistance, inductance, and input voltage are particularly influential factors on low speed performance. Stator resistance can cause resistance value fluctuation which may occur in mass production process, and fluctuation of resistance value due to heat generated during operation. The inductance is influenced by the fluctuation due to the manufacturing dispersion and at a low speed where the change of the current is severe. In order to find stator resistance and inductance which have different initial values and fluctuate during operation and have a large influence on sensorless performance at low speed, they are commonly measured through 2-point calculation method by 2-step align current injection. The effect of voltage error is minimized by offsetting the voltage error. In addition, when the command voltage is used, it is difficult to estimate the back-emf due to the relatively large distortion voltage due to the dead time and the voltage drop of the power device. In this paper, we propose a simple circuit and method to detect the voltage by measuring the PWM(Pulse Width Modulation) pulse width and compensate the voltage drop of the power device with the table, thereby minimizing the position error due to the exact estimation of the back-emf at low speed. The suitability of the proposed algorithm is verified through experiment.
This paper presents the method to calculate the motor parameters considering skew in EPS Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM). The skew is applied to stator or rotor by general technology used for design of reducing noise and vibration in motor. The characteristics analysis of motor including the skew is mostly used by 3D Finite Element Analysis (FEA), though, this analysis is a very time-consuming to perform. Besides, The reliability lacks due to the considerable change of motor characteristics according to the number of elements in 3D FEA. However, analysis time and effort can be saved by characteristic analysis considering skew using 2D FEA. Therefore, in this paper, a quick and accurate method for the calculations of motor parameters considering skew is suggested. The proposed method is verified by the comparison of calculated and experimental results.
In renewable energy system such as flywheel energy storage system, wind power and solar power, the motor/generator is the important key for offering the electric energy to the electric loads. For example, the heavy and large flywheel is rotated by electromagnetic torque of pemanent magnet synchronous motor (PMSM) and, in case of a breakdown of electric current, the PMSM used as generator supplies electric energy for the various electric utilities using mechanical rotation energy of the flywheel. Thus, design of a motor/generator should be performed in effort to reduce cogging torque and electromagnetic loss for high efficiency. In our paper, a slotless permanent magnet synchronous motor/generator (SPMSM/G) with output power 15kW at the rotor speed 18000rpm is designed from electromagnetic analysis and dynamic performance analysis. In analytical approach, design parameters such as back electro-motive force (back EMF), inductance and electromagnetic torque are derived from analytical method which is one of the electromagnetic analysis method. And using the design parameters, this paper deal with system design considering the driving characteristics and electric load in required power. Finally, the analytical results are verified by the experiment and finite element method (FEM).
In this paper, 6/4 Switched Reluctance Motor(SRM) which has simple structure and little switching element is selected basic analysis model. In order to reduce torque ripple causing noise and vibration, we execute optimization of geometric parameters (stator and rotor pole arc) and electrical parameters (turn-on angle and turn-of angle) by means of combining Fletcher-Reeves's Conjugate Directions and Finite Element Method (FEM) considering driving circuits. When considering the switching condition according to inductance profile, torque characteristics is influenced by geometric and electrical parameters importantly. The pole arc and switching angle of the optimum can also obtain the low torque ripple without high currents.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제3권3호
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pp.339-353
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2014
A straightforward method for optimal determining of a high frequency inductor's parasitic capacitance is presented. The proposed estimation method is based on measuring the inductor's impedance samples over a limited frequency range bordering on the resonance point considering k-dB deviation from the maximum impedance. An optimized solution to k could be obtained by minimizing the root mean squared error between the measured and the estimated impedance values. The model used to provide the estimations is a parallel RLC circuit valid at resonance frequency which will be transferred to the real model considering the mentioned interval of frequencies. A straightforward algorithm is suggested and programmed using MATLAB which does not require a wide knowledge of design parameters and could be implemented using a spectrum analyzer. The inputs are the measured impedance samples as a function of frequency along with the diameter of the conductors. The suggested algorithm practically provides the estimated parameters of a real inductance model at different frequencies, with or without design information. The suggested work is different from designing a high frequency inductor; it is rather concentration of determining the parameters of an available real inductor that could be easily done by a recipe provided to a technician.
Three-phase pulse width modulation (PWM) rectifiers are usually designed under the assumption of ideal ac power supply and input inductance. However, non-ideal circuit parameters may lead to a voltage collapse of PWM rectifiers. This paper investigates the mechanism of voltage collapse in three-phase PWM rectifiers. An analytical stability boundary expression is derived by analyzing the equilibrium point of the averaging state space model, which can not only accurately locate the voltage collapse boundary in the circuit parameter domain, but also reveal the essential characteristic of the voltage collapse. Results are obtained and compared with those of the trial-error method and the Jacobian method. Based on the analysis results, the system parameters can be divided into two categories. One of these categories affects the critical point, and other affects only the instability process. Furthermore, an effective control strategy is proposed to prevent a vulnerable system from being driven into the instability region. The analysis results are verified by the experiments.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제2권2호
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pp.159-164
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2013
Difficulty of torque measurements in high-speed permanent magnet (HSPM) motors has necessitated the development of improved torque calculations. Hence, this paper presents an analytical torque calculation of a high speed permanent magnet (HSPM) motor based on the power factor angle. On the basis of analytical magnetic field solutions, the equations for circuit parameters such as back-emf and synchronous inductance are derived analytically. All analytical results are validated extensively by non-linear finite element (FE) calculations and measurements. The internal angle (${\delta}$) between the back-emf and the phase current is calculated according to the rotor speed by using analytical circuit parameters and the measured power factor because this angle is not measured but estimated in case of sensorless drive of the HSPM motor, significantly affecting torque calculation. Finally, the validity of the torque analysis method proposed in this paper is confirmed, by showing that the torque calculated on the basis of the internal angle is in better agreement with the measurements.
본 논문에서는 벡터제어 기법을 적용하는 교류 전동기 PI(비례-적분) 전류제어를 위한 주요 시스템 파라미터를 측정하는 방법을 제시한다. 전류제어를 위해서 PI 제어입력은 여러 선택적 방법에 의해 튜닝될 수 있다. 그 여러 방법들 중에서 주요 계통 파라미터인 권선 저항과 인덕턴스를 이용하는 방법이 빈번히 사용된다. 본 연구에서는 단순 궤환 제어의 결과들을 통해서 이 두 파라미터를 분석, 계측하는 기법을 제시한다. 이 분석적 측정 방법은 단위 계단 또는 다중 계단 기준 명령에 대해 단순 비례 궤환 이득을 이용하는 P 제어의 출력들을 분석하여 단계적으로 파라미터들을 계측해 내는 방법이다. 이 기법은 실시간적인 해석적 계측 방법으로 추가 계측 회로들 및 복잡한 계측 알고리즘들을 사용하지 않고 교류전동기의 벡터제어를 위한 토크성분과 자속성분 전류 제어이득을 같이 연산할 수 있는 방법이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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