Modern control systems’ dependability, safety and efficiency have all been improved by studying fault-tolerant control systems (FTCS). FTCS techniques can typically be active or passive controls. The fault detection and diagnosis (FDD) method is used in this study’s active control branch to identify probable faults that could develop in the speed Hall sensors of brushless DC motors (BLDC). FDD methodologies can be categorised into two types, depending on the available data and the process involved: model-based methods and data-based methods. The proposed approach in this study explores the implementation of the Luenberger observer methodology as part of the model-based approach. The chosen methodology was practically implemented and subjected to experimental evaluation. The proposed observer relies on the residual signal, which displays the difference between the plant’s observed and estimated speed signals and serves as a failure alert for the entire system. Given the increasing demand for BLDC motors in various industrial control applications, including medical fields, automation and robotics, this particular motor was selected as a benchmark to thoroughly evaluate and validate the proposed method. The primary contribution of this paper lies in the real-time application of model-based sensor fault detection methods to BLDC motors. The efficiency of the suggested method is showcased through extensive MATLAB simulations, where the obtained results confirm the successful detection of faults with a high level of responsiveness. As a result, the project was successfully implemented in real-time, and the experimental results exhibited a close correlation with the simulated outcomes. This consistency between simulation and practical implementation validates the accuracy and reliability of the proposed methodology for detecting faults in the BLDC motor speed sensor. The results underscore the heightened reliability and safety attained by promptly and accurately detecting sensor faults during the operation of the motor.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Because of its high efficiency, high power density, and low cost, the synchronous brushless DC (BLDC) motor is increasingly used in industrial settings, particularly in solar DC air conditioning systems and household applications. In this article, we provide a method for measuring the characteristics of BLDC motors used in solar-powered DC air conditioning systems. The main source is solar energy, which is widely available, environmentally friendly, and excellent for the next generation. This essay discusses how changing the brushless DC motor's speed can adjust the air conditioner's output in accordance with the size of the room. Under the guidance of the Matlab program, the identification techniques are being evaluated through simulation.
PL
Ze względu na wysoką wydajność, dużą gęstość mocy i niski koszt, synchroniczny bezszczotkowy silnik prądu stałego (BLDC) jest coraz częściej stosowany w warunkach przemysłowych, szczególnie w systemach klimatyzacji na prąd stały i zastosowaniach domowych. W artykule przedstawiamy metodę pomiaru charakterystyk silników BLDC stosowanych w systemach klimatyzacji prądu stałego zasilanych energią słoneczną. Głównym źródłem jest energia słoneczna, która jest powszechnie dostępna, przyjazna dla środowiska i doskonała dla następnych pokoleń. W tym eseju omówiono, w jaki sposób zmiana prędkości bezszczotkowego silnika prądu stałego może dostosować moc wyjściową klimatyzatora do wielkości pomieszczenia. Pod kierunkiem programu Matlab techniki identyfikacji są oceniane poprzez symulację.
W pracy przedstawiono konstrukcję i wybrane wyniki badań bezszczotkowego silnika prądu stałego przeznaczonego do kolejowego napędu rogatkowego. Obliczenia obwodu magnetycznego silnika przeprowadzono w programie FEMM 4.2. Blachy stojana i wirnika silnika wykonano metodą cięcia laserowego. Taka technologia umożliwia umieszczenie magnesów wewnątrz wirnika, co w znaczący sposób upraszcza technologię wykonania wirnika i zapewnia pewność mocowania magnesów. Do kontroli położenia wirnika względem stojana zastosowano transoptory szczelinowe współpracujące ze specjalizowanym układem elektronicznym. Silnik zasilany jest z niskonapięciowego falownika, którego tranzystory sterowane są sygnałami mikroprocesora.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule porównano dwa prototypy bezszczotkowych silników prądu stałego (PM BLDC), których rdzenie wykonano z materiału amorficznego (ASMM) i blachy elektrotechnicznej (Fe-Si). Badania porównawcze wykonano korzystając z symulacji komputerowej w programie ANSYS i eksperymentu laboratoryjnego. Uzyskane wyniki potwierdzają, że silnik z rdzeniem amorficznym charakteryzuje się niższymi stratami i niższą temperatura obudowy silnika.
EN
This paper compares two prototypes of brushless dc motors (PM BLDC) with cores made of amorphous material (ASMM) and electrical sheet metal (Fe-Si). Comparative studies were performed using computer simulation in ANSYS and laboratory experiment. The results obtained confirm that the motor with an amorphous core has lower losses and a lower motor case temperature.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
There are many research on electric vehicles to reduce environmental pollution due to vehicles that use fossil fuels. The advantages of using a BLDC motor are high efficiency, high torque, reduced noise, long lifetime, and easy maintenance. Using of BLDC motors in electric vehicles is sometimes not optimal due to varying set points and presence of loads. Then a speed motor is needed to be controlled so the motor can work properly. In this research using the Artificial Neural Network (ANN) method. The ANN on this speed controller is practical as a 3-phase inverter input voltage control so the speed of BLDC motor can match the set point. In the simulation in this research, controlled based ANN is applied to electric buses with large torque, from the simulation it can be seen that Controlled based ANN can work well.
PL
Istnieje wiele badań dotyczących pojazdów elektrycznych mających na celu zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska przez pojazdy wykorzystujące paliwa kopalne. Zalety stosowania silnika BLDC to wysoka sprawność, wysoki moment obrotowy, obniżony poziom hałasu, długa żywotność i łatwa konserwacja. Stosowanie silników BLDC w pojazdach elektrycznych czasami nie jest optymalne ze względu na różne nastawy i obecność obciążeń. Następnie konieczne jest sterowanie prędkością silnika, aby silnik mógł działać prawidłowo. W badaniach wykorzystano metodę Sztucznej Sieci Neuronowej (ANN). SSN na tym regulatorze prędkości jest praktycznym sterowaniem napięcia wejściowego falownika 3-fazowego, dzięki czemu prędkość silnika BLDC może być zgodna z wartością zadaną. W symulacji w niniejszych badaniach, kontrolowany SSN jest stosowany do autobusów elektrycznych o dużym momencie obrotowym, z symulacji widać, że SSN w oparciu o sterowanie może dobrze działać.
This paper presents an algorithm and optimization procedure for the optimization of the outer rotor structure of the brushless DC (BLDC) motor. The optimization software was developed in the Delphi Tiburón development environment. The optimization procedure is based on the salp swarm algorithm. The effectiveness of the developed optimization procedurewas compared with genetic algorithm and particle swarmoptimization algorithm. The mathematical model of the device includes the electromagnetic field equations taking into account the non-linearity of the ferromagnetic material, equations of external supply circuits and equations of mechanical motion. The external penalty function was introduced into the optimization algorithm to take into account the non-linear constraint function.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł dotyczy wyznaczania strat tarcia o powietrze w wysokoobrotowym bezszczotkowym silniku prądu stałego (PM BLDC) z wirnikiem zewnętrznym. W silniku o takiej konstrukcji, straty tarcia o powietrze są znacznie większe niż w silniku pracującym w typowym zakresie prędkości obrotowej. W artykule zaproponowano własną metodę wyznaczania strat tarcia o powietrze dla silników z wirnikiem zewnętrznym. Rozważania teoretyczne poparto badaniami laboratoryjnymi na prototypowym wysokoobrotowym silniku PM BLDC z wirnikiem zewnętrznym.
EN
The article concerns the determination of air friction losses in a high speed brushless DC motor (PM BLDC) with an external rotor. In a motor of such a design, air friction losses are much higher than in a motor operating in a typical speed range. The authors in the paper propose their own method of determining air friction losses for motors with an external rotor. Theoretical considerations have been supported by laboratory tests on a prototype of high-speed PM BLDC motor with an external rotor.
W pracy przedstawiono konstrukcję i wybrane wyniki badań wolnoobrotowego, bezszczotkowego silnika prądu stałego przeznaczonego do kolejowego napędu rogatkowego. Obliczenia obwodu magnetycznego silnika przeprowadzono w programie FEMM 4.2. Blachy stojana i wirnika silnika wykonano metodą cięcia laserowego. Taka technologia umożliwia umieszczenie magnesów wewnątrz wirnika, co w znaczący sposób upraszcza technologię wykonania wirnika i zapewnia pewność mocowania magnesów. Do kontroli położenia wirnika względem stojana zastosowano wielobiegunowy magnes współpracujący ze specjalizowanym, programowanym układem elektronicznym. W zależności od potrzeby układ ten może dostarczać różne sygnały informujące o położeniu wirnika. Silnik zasilany jest z niskonapięciowego falownika, którego tranzystory sterowane są sygnałami mikroprocesora.
EN
The paper presents the construction and chosen experimental results for brushless motor using in level crossing barrier drive. Calculations for magnetic circuit have been conducted in FEMM 4.2 program. Steel sheets both for the stator and the rotor have been made using laser. Such technology allows placing magnets inside the rotor what in turn simplifies significantly the rotor and enhances durability of the motor. The position of the rotor towards the stator is controlled by multi-pole magnet connected to special electronic circuit. This circuit can generate different signals indicating the rotor’s position. The motor is supplied by low voltage converter whose transistors are controlled by microprocessor.
The purpose of this paper was to present a method for the estimation of the rotor speed and position of brushless DC (BLDC) motor. The BLDC motor state equations were developed, and the model was discretised. Extended Kalman filter has been designed to observe specific states from the state vector, needed for the sensorless control (rotor position) and to determine the speed, which may be useful to use as a feedback for the controller. A test was carried out to determine the noise covariance matrices in a simulation manner.
W pracy przedstawiono konstrukcję i wybrane wyniki badań wolnoobrotowego, bezszczotkowego silnika prądu stałego przeznaczonego do kolejowego napędu rogatkowego. Obliczenia obwodu magnetycznego silnika przeprowadzono w programie FEMM 4.2. Blachy stojana i wirnika silnika wykonano metodą cięcia laserowego. Taka technologia umożliwia umieszczenie magnesów wewnątrz wirnika, co w znaczący sposób upraszcza technologię wykonania wirnika i zapewnia pewność mocowania magnesów. Do kontroli położenia wirnika względem stojana zastosowano wielobiegunowy magnes współpracujący ze specjalizowanym, programowanym układem elektronicznym. W zależności od potrzeby układ ten może dostarczać różne sygnały informujące o położeniu wirnika. Silnik zasilany jest z niskonapięciowego falownika, którego tranzystory sterowane są sygnałami mikroprocesora.
EN
The paper presents the construction and chosen experimental results for brushless motor using in level crossing barrier drive. Calculations for magnetic circuit have been conducted in FEMM 4.2 program. Steel sheets both for the stator and the rotor have been made using laser. Such technology allows placing magnets inside the rotor what in turn simplifies significantly the rotor and enhances durability of the motor. The position of the rotor towards the stator is controlled by multi-pole magnet connected to special electronic circuit. This circuit can generate different signals indicating the rotor's position. The motor is supplied by low voltage converter whose transistors are controlled by microprocessor.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper an extensive comparative performance study is carried out between No-load and load condition of an open loop model of a Brushless Direct Current (BLDC) Motor drive fed from a two-level voltage source inverter (VSI) under 120-degree conduction mode, using simulations in a MATLAB based software environment. BLDC motors are currently growing in popularity and replacing the brush motor in many applications, as they can be used in both low and high-speed vehicle systems and also in servo drives. The high reliability, torque to inertia ratio, high efficiency, high power density, ease of control and mainly the brushless operation make BLDC motors superior to others. It has a permanent magnet as a rotor with a balanced 3-phase armature in its stator. The armature winding is driven by a power electronics inverter which is switched in synchronism with the rotor position, sensed by an optical encoder or a Hall Effect sensor. It is found that torque ripple can be minimized by tuning the value of rotor position, no load condition and trapezoidal armature phase current. The different performance parameters for no-load and load condition of the BLDC motor such as phase voltages, phase currents, speed, electromagnetic torque, d and q axis current and rotor position etc. are determined in MATLAB environment.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono konstrukcję i wybrane wyniki badań bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi przeznaczonego do napędu przemysłowego mieszadła granulatu tworzyw sztucznych. Obliczenia obwodu magnetycznego silnika przeprowadzono w programie FEMM 4.2. Do budowy stojana silnika wykorzystano typowe blachy o symbolu 100D, zaś wirnik wykonano w postaci stalowego walca, na którym przyklejono neodymowe magnesy segmentowe. W silniku zastosowano optyczne czujniki położenia wirnika przysłaniane wirującą przysłoną. Silnik zasilany jest z niskonapięciowego falownika zbudowanego na bazie specjalizowanego układu sterowania. Wymagany w mieszadle duży moment obrotowy uzyskano przez zastosowanie przekładni ślimakowej o przełożeniu 25:1.
EN
The paper presents the construction and chosen testing results of DC brushless motor used to drive industrial stirrer. The FEMM 4.2. has been used to perform calculations for magnetic circuit of the motor. The stator of the motor has been made of the steel sheets 100D and the rotor has been made of steel cylinder with neodymium magnets being glued. The motor is fitted with optic position sensors shielded by shutter. The motor is supplied by low voltage converter based on special integrated circuit. High torque required has been obtained using worm gear of the ratio 25:1.
In this paper the mathematical model of the brushless DC motor (BLDCM) with a double 3-phase stator winding is analysed. Both the 3-phase windings are mutually displaced by 30 electrical degree. Special care has been sacrificed to influence of higher harmonics of induced electromotive forces (EMF) on electromagnetic torque and zero sequence voltages that may be used for sensorless control. The mathematical model has been presented in natural variables and, after transformation to symmetrical components, in a vector form. This allows, from one side, for formulating the equivalent circuit suitable for circuit oriented simulators (e.g.: Spice, SimPowerSystems of Simulink) and, from the other point of view, for analysis of higher harmonics influence on control possibilities. These considerations have been illustrated with some results of four quadrant operation obtainded due to simulation at automatic control.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Torque ripple in Brushless dc motors is generally undesirable. Torque ripple causes increased acoustic noise and undesirable speed ripple preventing BLDC motor from achieving high performance. This article presents the method of reducing torque ripple in BLDC motor. This study presents an approach to reduce torque ripples by controlling the voltage while maintaining speed. To get the desired dc link voltage, a singleended primary inductor converter (SEPIC) circuit is used to control the input of the commutation circuit.
PL
W artykule analizuje się możliwości minimalizacji zafalowań momentu napędowego w silniku bezszczotkowym. Zmniejszenie tętnień uzyskuje się przez sterowanie napięcia utrzymującego prędkość. W celu utrzymania pożądanego napięcia dc wykorzystano niesymetryczny przekształtnik typu DSEPIC.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono badania symulacyjne napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego, w którym układ sterowania wykorzystuje logikę rozmytą. Głównym celem było opracowanie regulatora prędkości obrotowej silnika w postaci regulatora rozmytego. Ma on zapewnić lepsze właściwości regulacyjne. Punktem odniesienia były wyniki jakości regulacji prędkości obrotowej otrzymane przy zastosowaniu klasycznego regulatora proporcjonalno-całkującego.
EN
This paper presents the simulation of brushless DC motor drive, wherein the control system uses fuzzy logic. The main objective was to develop a speed controller in the form of fuzzy controller. This solution aims to provide better control properties. The reference point were the results of the speed control obtained using the conventional proportional-integral controller.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono analizę wpływu wybranych uszkodzeń falownika na położenie i orientację dwusilnikowego pojazdu mobilnego z silnikami PM BLDC. Opisano model układu napędowego i kinematyki pojazdu. Przedstawiono sposób sterowania prędkością pojazdu za pośrednictwem drążka sterowniczego oraz wybrane wyniki symulacji wpływu uszkodzeń falownika na trajektorie pojazdu.
EN
This paper presents an analysis of the impact of selected inverter failures to the location and orientation of the mobile vehicle with two PM BLDC motors. The vehicle kinematic model and PM BLDC motor principles were described. The control method of the speed the vehicle via the joystick was demonstrated and the results of simulation the effect of failures were shown.
W ostatnich latach coraz częściej w napędach górniczych wymagających dokładnej regulacji prędkości obrotowej stosuje się bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC), wzbudzane za pomocą magnesów trwałych umieszczonych w wirniku. W tych silnikach rolę komutatora przejmuje falownik sterowany przez elektroniczne czujniki położenia wału. Zastosowanie maszyn BLDC powoduje powstanie nowych problemów. Jednym z nich jest niepewna praca czujników położenia wału, w których elementami przełączającymi są najczęściej hallotrony. W chwilach komutacji prądu, a także pod wpływem silnych zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycznych czujniki mogą wysłać fałszywe impulsy sterujące, wskutek czego pojawiają się błędne przełączenia tranzystorów falownika. Aby napęd mógł pracować poprawnie, należy ograniczyć wpływ niepewności czujników hallotronowych na pracę maszyny. W tym celu stosuje się tzw. procedury debouncingu, pozwalające na przełączenie obwodu dopiero wtedy, kiedy upewnimy się, że wirnik istotnie obrócił się o założony kąt. Wprowadzają one pewne, niewielkie opóźnienie chwili komutacji tranzystorów. W artykule przedstawiono problemy związane z zastosowaniem procedur debouncingu w szybkobieżnych maszynach BLDC dużej mocy.
EN
Brushless DC motors (BLDC) are used more and more frequently used in mining drives which require accurate regulation of rotational speed. These motors are induced by means of permanent magnets placed in the rotor. The role of the commutator is taken over by an inverter which is controlled by electronic shaft position sensors. The use of BLDC generates some problems. One is the uncertain work of shaft position sensors in which the commuting elements are hall generators. During current commutation, and under the influence of strong external magnetic disturbances, the sensors may send false control impulses. As a result of that, there are false commutations of the inverter transistors. In order to have proper operations of the drive, it is necessary to reduce the impact of hall-generators uncertainty on the work of the machine. For this purpose the so called debouncing procedures are used. They allow to commute the circuit no sooner than it is certain that the rotor rotates by the defined angle. These procedures introduce some small delays of the transistors commutation moment. The article features the issues related to the use of debouncing procedures in high-speed high-power brushless motors (BLDC).
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper the mathematical model of the brushless DC motor (BLDCM) with a double 3-phase stator winding is analysed. Both the 3-phase windings are mutually displaced by 30 electrical degree. Special care has been sacrificed to influence of higher harmonics of induced electromotive forces (EMF) on electromagnetic torque and zero sequence voltages that may be used for sensorless control. The mathematical model has been presented in natural variables and, after transformation to symmetrical components, in a vector form. This allows, from one side, for formulating the equivalent circuit suitable for circuit oriented Simulator (e.g.: Spice, SimPowerSystems of Simulink) and, from the other point of view, for analysis of higher harmonics influence on control possibilities. These considerations have been illustrated with some results of four quadrant operation obtainded due to simulation.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono różne metody bezczujnikowego sterowania silników BLDC. Praca zawiera dokładny opis bezczujnikowych metod sterowania silnikami BLDC. W metodach bezczujnikowych pozycja wirnika szacowana jest na podstawie siły elektromotorycznej, matematycznych modeli opisujących prądy i napięcia lub ze wspomaganiem logiki rozmytej i sieci neuronowych. Początkowe położenie wirnika wyznaczane jest obecnie metodą HPI lub poprzez sekwencję przełączania i kontroli impulsów prądowych.
EN
The paper presents the review of controlling sensorless methods for BLDC motors. The paper contains thorough description of sensorless controlling methods. In these methods the position of rotor is estimated on the basis of BFEM, mathematical models, currents and voltages measurements being aided with fuzzy logic and neural networks. At present, the initial estimation of rotor position are used by HPI method or sequence of switching and monitoring of current pulses are used.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The objectives of this paper were to determine by computer simulation and laboratory test the electromechanical characteristics of a double-sided axial flux permanent magnet brushless DC (AFPM BLDC) motor with two-phase winding and analysis the influences of switching angle on motor performance. To study the motor operation, a mathematical dynamic model has been proposed for motor, which became the basis for simulations that were performed using MATLAB/SIMULINK software package. The results of simulations were presented in form of the waveforms of selected quantities and the electromechanical characteristics performed by the motor. The calculation results show that the two-phase motor version develops smooth torque and reaches high efficiency. An experimental device is developed to compare experimental and simulated results. The results obtained from the test practically do not differ from those obtained from simulation. The two-phase motor can be applied where more smooth torque is required. Finally a study on the influences of switching angle on motor performance shows that when advance switching technique is used, the motor operates with the highest efficiency.
PL
Celem projektu opisanego w artykule było wykonanie symulacji i testów laboratoryjnych charakterystyki elektromechanicznej bezszczotkowej maszyny DC z magnesami trwałymi o strumieniu osiowym (AFPM-BLDC) z uzwojeniem dwufazowym. Model sumacyjny opracowano w programie Matlab/Simulink. Wyniki obliczeń wykazały, że maszyna dwufazowa posiada gładką charakterystykę momentu oraz wysoką sprawność, a zastosowana metoda sterowania i modulacji ma duży wpływ na sprawność maszyny.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.