Angle estimation for permanent magnet synchronous machines using matrix converters

• Autorzy: Arias A. , Ortega C. , Saltiveri D. , Pou J. , Gago J. , Gonzales D.

Warianty tytułu

PL

Estymacja położenia maszyny synchronicznej o magnesach trwałych z wykorzystaniem impulsów napięciowych sygnałów próbnych przy zasilaniu z przekształtnika matrycowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with the rotor angle estimation of Permanent Magnet AC Machines using test voltage vectors. In concrete, due to the machine saliency (difference between Ld and Lq) and the application of pulse voltage test vectors is possible to estimate the Permanent Magnet position for further low and zero speed Sensorless Control. The novelty of this paper is the fact that a Matrix Converter is used instead of the conventional Voltage Source Inverter. The direct AC/AC or Matrix Converter is a novel topology of great interest in specific wind energy applications since it avoids the use of electrolytic DC coupling capacitors, which is a potential source of failures. The paper presents the position signals for Matrix Converters and shows all the control algorithm. Finally, some simulation results with proper angle estimation, when speed reversal, corroborates the proper functionality of the control scheme.

PL

Artykuł dotyczy estymacji kąta położenia wirnika maszyny prądu przemiennego o magnesach trwałych z wykorzystaniem próbnych wektorów napięcia. Konkretnie, w związku z asymetrią magnetyczną maszyny (różnica między Ld i Lq) oraz zastosowaniem napięciowych impulsów wektorów próbnych, jest możliwa estymacja położenia magnesów trwałych, pozwalająca na bezczujnikowe sterowanie w zakresie niskich i zerowych prędkości. Nowością w artykule jest zastosowanie przekształtnika matrycowego zamiast tradycyjnego falownika napięcia. Przekształtnik matrycowy (bezpośredni przekształtnik AC/AC) jest nowym układem budzącym duże zainteresowanie w specyficznych aplikacjach, związanych z energią wiatru, ponieważ unika się zastosowania kondensatorów elektrolitycznych DC stanowiących potencjalne źródło uszkodzeń. W artykule przedstawiono sygnały ustalające położenie wirnika oraz pełny algorytm sterowania przekształtników matrycowych. Poprawne działanie algorytmu z estymacją kąta potwierdzają wyniki symulacji przy zmianie kierunku wirowania.

Słowa kluczowe

EN

matrix converters; permanent magnet synchronous machines; sensorless control

PL

przekształtnik matrycowy; maszyna synchroniczna; sterowanie bezczujnikowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 83, nr 10
• Strony: 89--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Arias A.

autor

Ortega C.

autor

Saltiveri D.

autor

Pou J.

autor

Gago J.

autor

Gonzales D.

• Universitat Politecnica de Catalunya,

Bibliografia

• [1] J.Holtz. “Sensorless Control of Induction Machines- With or Without Signal Injection?” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, pp. 7-30, Feb 2006.
• [2] P.P. Acarnley and J. F. Watson. "A Review of Position Sensorless Operation of Brushless Permanent-Magnet Machines" IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, pp. 352-362, Apr 2006.
• [3] R.Wu, G. R. Slemon, "A Permanent Magnet Motor Drive Without a Shaft Sensor," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 27, pp. 1005-1011, 1991.
• [4] R.Dhaouadi, N. Mohan, L. Norum, "Design and Implementation of an Extended Kalman Filter for the State Estimation of a Permanent Magnet Synchronous Motor," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 6, pp. 491-497, 1991.
• [5] C.Silva, G. M. Asher, M. Sumner, K.J. Bradley, “Sensorless control in a surface mounted PM machine using rotating injection,” EPE Journal, Vol. 13, No. 3, Aug. 2003.
• [6] A.Arias, C. A. Silva, G. M. Asher, J. C. Clare, P. W. Wheeler. “Use of a Matrix Converter to Enhance the Sensorless Control of a Surface-Mount Permanent-Magnet AC Motor at Zero and Low Frequency” IEEE Transaction on Industrial Electronics, vol. 53. pp 440-449 April 2006.
• [7] P.L. Jansen, R. D. Lorenz, "Transducerless Position and Velocity Estimation in Induction and Salient AC Machines," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 31, pp. 240-247, 1995.
• [8] J.-S. Kim and S.-K. Sul, "High performance PMSM drives without rotational position sensors using reduced order observer," IEEE-IAS Annual Meeting, 1995.
• [9] C.S. Staines, C. Caruana, G. M. Asher, M. Sumner. “Sensorless Control of Induction Machines at Zero and Low Frequency Using Zero Sequence Currents” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, pp. 195-206, Feb 2006.
• [10] J.Holtz, J. Juliet. “Sensorless Acquisition of the Rotor Position Angle of Induction Motors with Arbitrary Stator Windings”. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 41, pp. 1675-1682.
• [11] J.M. Guerrero, M. Leetmaa, F. Briz, A. Zamarron, R.D. Lorenz, “Inverter nonlinearity effects in high frequency signal injection-based, sensorless control methods,” 38th IAS Annual Meeting, 2003,Vol. 2, pp. 1157 – 1164, 12-16 Oct. 2003.
• [12] Aten M., Whiltely C., Wheeler P.W., Clare J.C., Bradley K.J., G. Towers, “Dynamic Performance of a Matrix Converter Driven Electro-Mechanical Actuator for an Aircraft Rudder”, IEE PEVD Conference, 2004.
• [13] C.Klumpner , P. Nielsen, I. Boldea, F. Blaabjerg. “A New Matrix Converter (MCM) for Industry Applications”. Industrial Electronics, IEEE Transactions page(s): 325-335. Volume: 49, Issue: 2. April 2002.
• [14] D.Casadei, G. Serra, A. Tani and L. Zarri, “Matrix Converter Modulation Strategies: A New General Approach Based on Space Vector Representation of the Switch State”, IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol. 49 No. 2, April 2002, pp 370-381.