Analytical performance investigation of unsymmetrical two-phase induction motor drives using indirect RFOC strategy under unbalanced voltage supply conditions

• Autorzy: Sirikan Piya , Charumit Chakrapong

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.01.01

Warianty tytułu

PL

Badanie wydajności niesymetrycznych dwufazowych silników indukcyjnych przy użyciu pośredniej strategii RFOC w warunkach niesymetrycznego zasilania napięcie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents an investigation and a performance evaluation of an unsymmetrical two-phase induction motor (U-TPIM) controlled by an indirect rotor flux orientation (IRFO) strategy under the difference of stator winding voltages using the unbalanced space vector PWM technique. The main and auxiliary windings are fed by the appropriate voltages as the correct proportion of an effective turns ratio between the auxiliary and main windings so as to eliminate the backward rotating field, reduce the torque pulsation and increase the electromagnetic torque. In addition, this effective turns ratio is employed for the similar magnitude compensation of stator winding currents in rotor flux oriented control. Thus, the double line frequency components established by an unsymmetrical component of the stator current transformation in the rotating reference frame are eliminated. To confirm the validity, the comprehensive simulation results using Matlab/Simulink are illustrated, and the experimental results implemented by dSPACE illustrate the speed response, electromagnetic torque, currents and voltages in the stationary and rotating reference frame. All of the established experimental results indicate that the proposed U-TPIM performances are improved.

PL

W artykule przedstawiono badanie i ocenę działania niesymetrycznego dwufazowego silnika indukcyjnego (U-TPIM) sterowanego za pomocą strategii pośredniej orientacji strumienia wirnika (IRFO) w warunkach różnicy napięć uzwojenia stojana przy użyciu techniki niezrównoważonego wektora przestrzennego PWM. Uzwojenia główne i pomocnicze są zasilane odpowiednimi napięciami, jako właściwa proporcja efektywnego stosunku zwojów między uzwojeniem pomocniczym i głównym, tak aby wyeliminować wsteczne pole wirujące, zmniejszyć pulsacje momentu obrotowego i zwiększyć moment elektromagnetyczny. Ponadto ten efektywny współczynnik zwojów jest wykorzystywany do kompensacji podobnej wielkości prądów uzwojenia stojana w sterowaniu zorientowanym na strumień wirnika. W ten sposób eliminowane są składowe podwójnej częstotliwości linii ustalone przez niesymetryczną składową transformacji prądu stojana w wirującym układzie odniesienia. Aby potwierdzić wiarygodność, zilustrowano kompleksowe wyniki symulacji z wykorzystaniem Matlab/Simulink, a wyniki eksperymentalne zaimplementowane przez dSPACE ilustrują odpowiedź prędkości, moment elektromagnetyczny, prądy i napięcia w stacjonarnej i obrotowej ramce odniesienia. Wszystkie ustalone wyniki eksperymentalne wskazują, że proponowane osiągi U-TPIM uległy poprawie.

Słowa kluczowe

EN

unbalanced two-phase induction motor; indirect rotor field orientation; single-phase induction motor; variable speed drive

PL

silnik indulkcyjny dwufazowy; napęd o różnej prędkości

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 1
• Strony: 1--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sirikan Piya

• Pathumwan Institute of Technology, 833 Rama1 Wangmai District, Bangkok, Thailand

• https://orcid.org/0000-0001-8688-7607

autor

Charumit Chakrapong

• Pathumwan Institute of Technology, 833 Rama1 Wangmai District, Bangkok, Thailand

• https://orcid.org/0000-0002-0762-2588

Bibliografia

• [1] Holmes D.G., Kotsopoulos A., Variable speed control of single and two phase induction motors using a three phase voltage source inverter, Conference Record of the 1993 IEEE Industry Applications Conference Twenty-Eighth IAS Annual Meeting, Toronto, ON, Canada, (1993), 613–620
• [2] Gangadhar P.N., Banchhor D.K., Dhabale A., Torque ripple reduction in unsymmetrical two phase induction motor, 2018 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), Chennai, India, (2018), 1-6
• [3] Charumit C., Kinnares V., Realization of a carrier-based unbalanced output space vector PWM strategy using analogue and digital techniques for three-leg voltage source inverter fed twophase induction motors, IEEJ Trans. Industry Applications, 129(2009), No. 6, 636–648
• [4] Kumsuwan Y., Premrudeepreechacharn S., Kinnares V., A Carrier- Based Unbalanced PWM Method for Four-Leg Voltage Source Inverter Fed Unsymmetrical Two-Phase Induction Motor, IEEE Trans. Industrial Electronics, 60(2013), No. 5, 2031–2041
• [5] Piyarat W., Hothongkham P., Charumit C., Kinnares V., Simple speed control of an asymmetrical type two-phase induction motor drive, International Conference on Electrical Engineering/ Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, Chiang Mai, Thailand, (2010), 274-278
• [6] Abdel-Rahim N.M., Shaltout A.A., Slip-frequency control of singlephase induction motor operated as two-phase motor, 30th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, 2(2004), 1417– 1422
• [7] Abdel-Rahim N.M.B., Shaltout A., An Unsymmetrical two-phase induction motor drive with slip-frequency control, IEEE Trans. on Energy Conversion, 24(2009), No. 3, 608–616
• [8] Charumit C., Kinnares V., Discontinuous SVPWM techniques of three-leg VSI-fed balanced two-phase loads for reduced switching losses and current ripple, IEEE Trans. Power Electronics, 30(2015), No. 4, 2191–2204
• [9] Correa M.B.R., Jacobina C.B., da Silva E.R.C., Lima A.M.N., Vector control strategies for single-phase induction motor drive systems, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 51(2004), No. 5, 1073–1080
• [10] Vaez-Zadeh S., Reicy Harooni Sh., Decoupling vector control of single-phase induction motor Drives, 2005 IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference, Dresden, Germany, (2005), 733–738
• [11] Nied A., de Oliveira J., de Sá F.L., de F. Campos R., de C. Stival L.H.R., Single-phase induction motor indirect field oriented control under nominal load, International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS), Taipei, Taiwan, (2009), 789–793
• [12] Jang D.H., Problems Incurred in a Vector-controlled single-phase induction motor, and a proposal for a vector-controlled two-phase induction motor as a Replacement, IEEE Trans. on Power Electronics, 28(2013), No. 1, 526-536
• [13] Matsch L.W., Morgan J.D., Electromagnetic and electromecha-nical machines, John Wiley & Sons, 3rd ed., (1988), 289-303
• [14] Krause P.C., Wasynczuk O., Sudhoff S.D., Analysis of electric machinery and drive systems, Wiley-IEEE Press, 2nd ed., (2002), 361-393
• [15] Ong C.M., Dynamic simulation of electric machinery using matlab/simulink, Prentice Hall PTR, (1998), 214-221
• [16] Trzynadlowski A.M., The field orientation principle in control of induction motors, Kluwer academic publishers, (1994), 97-108
• [17] Kim S.H., Electric motor control DC, AC and BLDC motors, Elsevier Science, (2017), 256-263
• [18] Feraga C.E., Bouldjedri A., Indirect rotor field oriented control strategy for single phase induction motor drives, Przegląd Elektrotechniczny, 88(2012), nr. 12, 222–225
• [19] Phillips C.L., Harbor R.D., Feedback control system, 4th ed., Prentice Hall, (2000)
• [20] Sirikan P., Charumit C., Implementation of indirect rotor field oriented control for three-phase induction motor drive based on TMS320F28335 DSP, Przegląd Elektrotechniczny, 96(2020), nr. 9, 153–158