Speed and rotor flux estimation based on the induction machine inductance frequency characteristic – simulation studies

• Autorzy: Utrata G. , Rolek J. , Kapłon A.

Warianty tytułu

PL

Estymacja prędkości kątowej oraz strumienia wirnika maszyny indukcyjnej w oparciu o jej charakterystykę częstotliwościową indukcyjności – badania symulacyjne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The estimation methodology of induction motor angular velocity and rotor flux space vector has been presented in the paper. The estimation algorithms are based on the motor inductance frequency characteristic and the machine secondary multi-loop equivalent circuit, approximating this characteristic in the considered frequency range. The characteristic reproduces variability of rotor electromagnetic parameters, resulting from the skin effect in rotor conductive elements, which constitutes the main cause of these parameters’ variability in the case of induction motors with deep-bar cage or solid rotors. Given the above, during an estimation process of induction motor specified state variables, the simultaneous reconstruction of instantaneous values of rotor electromagnetic parameters is not required. The waveforms of angular velocity and rotor flux space vector magnitude reconstructed with the use of the proposed estimation algorithms have been compared with the corresponding waveforms reconstructed by means of the classical model reference adaptive system (MRAS)-type estimator.

PL

W artykule została przedstawiona metodyka estymacji prędkości kątowej oraz wektora przestrzennego strumienia wirnika silnika indukcyjnego. Algorytmy estymacji oparte są o częstotliwościową charakterystykę indukcyjności silnika oraz wieloobwodowy po stronie wtórnej schemat zastępczy maszyny, aproksymujący tę charakterystykę w rozpatrywanym zakresie częstotliwości. Charakterystyka ta odwzorowuje zmienność parametrów elektromagnetycznych wirnika, wynikającą ze zjawiska wypierania prądu w przewodzących elementach tego wirnika, stanowiącego główną przyczynę zmienności tych parametrów w przypadku silników głębokożłobkowych lub z litym wirnikiem. Biorąc powyższe pod uwagę, w trakcie procesu odtwarzania określonych zmiennych stanu silnika indukcyjnego, nie jest wymagana równoczesna estymacja chwilowych wartości parametrów elektromagnetycznych wirnika. Przebiegi prędkości kątowej oraz modułu wektora przestrzennego strumienia wirnika odtworzone przy użyciu proponowanych algorytmów estymacji zostały porównane z przebiegami odpowiednich wielkości odtworzonymi za pomocą klasycznego estymatora typu MRAS.

Słowa kluczowe

EN

estimation; equivalent circuit; frequency characteristic; induction motor; motor drive

PL

estymacja; schemat zastępczy; charakterystyka częstotliwościowa; silnik indukcyjny; układ napędowy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 91, nr 12
• Strony: 240--245
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Utrata G.

• Czestochowa University of Technology, Institute of Environmental Engineering, J.H. Dabrowskiego Str. 69, Czestochowa 42-200, Poland

autor

Rolek J.

• Kielce University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Computer Science, Tysiaclecia Panstwa Polskiego Ave. 7, Kielce 25-314, Poland

autor

Kapłon A.

• Kielce University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Computer Science, Tysiaclecia Panstwa Polskiego Ave. 7, Kielce 25-314, Poland

Bibliografia

• [1] J.R. Willis, G.J. Brock, J.S. Edmonds, “Derivation of induction motor models from standstill frequency response tests,” IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 4, issue 4, pp. 608-615, 1989. http://dx.doi.org/10.1109/60.41719
• [2] G. Utrata, J. Rolek, A. Kapłon, "Eksperymentalna identyfikacja parametrów wieloobwodowego po stronie wtórnej schematu zastępczego silnika indukcyjnego", Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, no 104/4, pp. 155 – 159, 2014.
• [3] A. Kapłon, "Estimation of the electrodynamic state of the threephase induction machine based on its equivalent circuit", AEE, vol. 53, no. 2, pp. 163-177, 2004.
• [4] G. Utrata, A. Kaplon, "Spectral inductance of the linear motorspace harmonic analysis", COMPEL, vol. 30 no. 3, pp. 1118 – 1131, 2011. http://dx.doi.org/10.1108/03321641111111040
• [5] G. Utrata, J. Rolek, A. Kaplon, "The Genetic Algorithm for an Electromagnetic Parameters Estimation of an Induction Motor Secondary Multi-Loop Equivalent Circuit", IREE, vol. 9 no. 6, pp. 1111-1118, 2014. http://dx.doi.org/10.15866/iree.v9i6.4599
• [6] A. Kaplon, G. Utrata, J. Rolek, "Estimators of induction motor electromechanical quantities built on the basis of a machine secondary multi-loop equivalent circuit", AEE, vol. 63, issue 2, pp. 149 – 160, 2014. http://dx.doi.org/10.2478/aee-2014-0012
• [7] J. Rolek, G. Utrata, A. Kapłon, "Estymacja prędkości z wykorzystaniem charakterystyki częstotliwościowej silnika indukcyjnego w warunkach odkształconego napięcia zasilającego", Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, no 108/4, pp. 137-142, 2015.
• [8] Schauder C., Adaptive speed identification for vector control of induction motors without rotational transducers, IEEE Transaction on Industry Applications 28(5): 1054-1061 (1992). http://dx.doi.org/10.1109/28.158829
• [9] M. Rashed, A.F. Stronach, “A stable back-EMF MRAS-based sensorless low-speed induction motor drive insensitive to stator resistance variation,” IEE Proceedings-Electric Power Applications, vol. 151, issue 6, pp. 685-693, 2004. http://dx.doi.org/10.1049/ip-epa:20040609
• [10] Cirrincione, M., Pucci, M., "An MRAS-based sensorless highperformance induction motor drive with a predictive adaptive model", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, issue 2, pp. 532-551, 2005. http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2005.844247
• [11] T. Orłowska-Kowalska, M. Dybkowski, “Nowy estymator typu MRAS prędkości i strumienia wirnika dla bezczujnikowego napędu indukcyjnego,” Przegląd Elektrotechniczny, no. 11, pp. 35-38, 2006.
• [12] Orlowska-Kowalska T, Dybkowski M, “Improved MRAS‐type speed estimator for the sensorless induction motor drive,” COMPEL 26(4): 1161-1174. http://dx.doi.org/10.1108/03321640710756474
• [13] Orłowska-Kowalska T. i Dybkowsk M.: Stator-Current-Based MRAS Estimator for a Wide Range Speed-Sensorless Induction-Motor Drive. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, issue 4, 2010, s. 1296-1308. http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2009.2031134
• [14] Gadoue SM, Giaouris D, Finch JW,: Stator current model reference adaptive systems speed estimator for regeneratingmode low-speed operation of sensorless induction motor drives. IET Electric Power Applications 7(7): 597-606, 2013. http://dx.doi.org/10.1049/iet-epa.2013.0091
• [15] Marcetic, D.P., Vukosavic, S.N., "Speed-Sensorless AC Drives With the Rotor Time Constant Parameter Update", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, issue 5, pp. 2618-2625, 2007. http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2007.899880
• [16] Song Wang, Dinavahi, V., Jian Xiao, "Multi-rate real-time model-based parameter estimation and state identification for induction motors", IET Electric Power Applications, vol. 7, issue 1, pp. 77-86, 2013. http://dx.doi.org/10.1049/ietepa.2012.0116
• [17] T. Orłowska-Kowalska, “Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi", Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003.
• [18] C.R. Houck, J.A. Joines, M.G. Kay, "A Genetic Algorithm for Function Optimization: A Matlab Implementation", Technical Report NCSU-IE-TR-95–09, North Carolina State University, Raleigh, NC, USA, 1995.