Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Dead time effects compensation strategy by third harmonic injection for a five-phase inverter

Łuksza Krzysztof, Kondratenko Dmytro, Lewicki Arkadiusz

Archives of Electrical Engineering

|

2024

|

Vol. 73, nr 1

17--35

EN

This paper proposes a method for compensation of dead-time effects for a five-phase inverter. In the proposed method an additional control subsystem was added to the field-oriented control (FOC) scheme in the coordinate system mapped to the third harmonic. The additional control loop operates in the fixed, orthogonal reference frame (α − β coordinates) without the need for additional Park transformations. The purpose of this method is to minimize the dead-time effects by third harmonic injection in two modes of operation of the FOC control system: with sinusoidal supply and with trapezoidal supply. The effectiveness of the proposed control method was verified experimentally on a laboratory setup with a prototype five-phase interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM). All experimental results were presented and discussed in the following paper.

2

Odtwarzanie położenia wału dla prędkości zerowej w napędzie z PMSM z użyciem analizy głównych składowych

Urbański Konrad, Janiszewski Dariusz

Przegląd Elektrotechniczny

|

2023

|

R. 99, nr 5

237--242

PL

W pracy przedstawiono sposób odtwarzania położenia wału silnika synchronicznego z magnesami trwałymi z wykorzystaniem dodatkowego prądu wysokiej częstotliwości. Uzyskany hodograf tego prądu przetwarzany jest z użyciem analizy głównych składowych. Rezultatem przetwarzania jest informacja o poziomie dopasowania do poszczególnych wzorców. Wzorzec o najlepszym dopasowaniu określa odtworzone położenie wału maszyny. Badania zostały przeprowadzone z użyciem danych pomiarowych laboratoryjnego układu napędowego z PMSM.

EN

This paper presents a method of estimating the shaft position of a permanent magnet synchronous motor using an additional high-frequency current. The resulting hodograph of this current is processed using principal component analysis. The result of the processing is information about the level of fit to individual patterns. The pattern with the best match determines the estimated shaft position. The research was carried out using measurement data of a laboratory drive with a PMSM.

3

Układ napędowy wentylatora małej mocy

Goryca Zbigniew, Zender-Świercz Ewa, Pakosz Artur, Peczkis Grzegorz

Automatyka, Elektryka, Zakłócenia

|

2023

|

Vol. 14, nr 4(54)

84--92

PL

W pracy przedstawiono konstrukcję układu napędowego do wentylatora małej mocy. Układ ten składa się z bezszczotkowego silnika prądu stałego (BLDC) i niskonapięciowego falownika. Wirnik silnika zbudowany jest z czterech przesuniętych względem siebie warstw, wewnątrz których umieszczone są magnesy trwałe. Taka konstrukcja minimalizuje moment zaczepowy maszyny i gwarantuje bezawaryjną pracę (brak możliwości oderwania się magnesów). Niskonapięciowy falownik zapewnia regulację prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie i ogranicza prąd rozruchowy silnika. W pracy wyjaśniono algorytm sterowania bezczujnikowego zmniejszającego cenę napędu (brak czujników położenia i ich okablowania), porównano silnik dotychczas stosowany z nowym silnikiem i pokazano istotne zmniejszenie poboru mocy przez nowy napęd.

EN

This paper presents the design of a drive system for a low-power fan. This system consists of a brushless DC motor (BLDC) and now-voltage inverter. The rotor of the motor is built of four offset layers, inside which permanent magnets are placed. This design minimizes the cogging torque of the machine and guarantees trouble-free operation (no possibility of magnets breaking off). A low-voltage inverter provides motor speed control over a wide range and limits the motors starting current. The paper explains the algorithm of sensorless control reducing the price of the drive (no position sensors and their wiring), compares the legacy motor with the new motor and shows a significant reduction in power consumption of the new drive.

4

Low Power Fan Drive System

Goryca Zbigniew, Zender-Swierszcz Ewa, Pakosz Artur, Peczkis Grzegorz

Automatyka, Elektryka, Zakłócenia

|

2023

|

Vol. 14, nr 4(54)

76--83

EN

This paper presents the design of a drive system for a low-power fan. This system consists of a brushless DC motor (BLDC) and now-voltage inverter. The rotor of the motor is built of four offset layers, inside which permanent magnets are placed. This design minimizes the cogging torque of the machine and guarantees trouble-free operation (no possibility of magnets breaking off). A low-voltage inverter provides motor speed control over a wide range and limits the motors starting current. The paper explains the algorithm of sensorless control reducing the price of the drive (no position sensors and their wiring), compares the legacy motor with the new motor and shows a significant reduction in power consumption of the new drive.

PL

W pracy przedstawiono konstrukcję układu napędowego do wentylatora małej mocy. Układ ten składa się z bezszczotkowego silnika prądu stałego (BLDC) i niskonapięciowego falownika. Wirnik silnika zbudowany jest z czterech przesuniętych względem siebie warstw, wewnątrz których umieszczone są magnesy trwałe. Taka konstrukcja minimalizuje moment zaczepowy maszyny i gwarantuje bezawaryjną pracę (brak możliwości oderwania się magnesów). Niskonapięciowy falownik zapewnia regulację prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie i ogranicza prąd rozruchowy silnika. W pracy wyjaśniono algorytm sterowania bezczujnikowego zmniejszającego cenę napędu (brak czujników położenia i ich okablowania), porównano silnik dotychczas stosowany z nowym silnikiem i pokazano istotne zmniejszenie poboru mocy przez nowy napęd.

5

Augmented speed control scheme of dual induction motors with mutual flux angle control loop

Kondratenko Dmytro, Lewicki Arkadiusz, Łuksza Krzysztof

Archives of Electrical Engineering

|

2023

|

Vol. 72, nr 4

915--930

EN

This paper proposes an augmented speed control scheme of dual induction motors fed by a five-leg voltage source inverter (VSI) with a common/shared-leg. An additional control loop is proposed here and based on the mutual flux angle – the difference between flux angular positions of the IMs. The main purpose of this research is to minimize the energy losses in the common inverter leg by controlling the mutual flux angle, at equal angular speeds of both motors. Simulation and experimental studies were carried out and the effectiveness of the proposed control method was proven. The PLECS software package was used for the simulation tests. The laboratory prototypewas prepared for the experimental validation. All results were provided and discussed in this paper.

6

Lyapunov stability based sliding mode observer for sensorless control of permanent magnet synchronous motor

Navaneethan Soundirarajan, Kanthalakshmi Srinivasan, Aandrew Baggio S.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2022

|

Vol. 70, nr 2

art. no. e140353

EN

In recent years there has been an increasing demand for electric vehicles due to their attractive features including low pollution and increase in efficiency. Electric vehicles use electric motors as primary motion elements and permanent magnet machines found a proven record of use in electric vehicles. Permanent magnet synchronous motor (PMSM) as electric propulsion in electric vehicles supersedes the performance compared to other motor types. However, in order to eliminate the cumbersome mechanical sensors used for feedback, sensorless control of motors has been proposed. This paper proposes the design of sliding mode observer (SMO) based on Lyapunov stability for sensorless control of PMSM. The designed observer is modeled with a simulated PMSM model to evaluate the tracking efficiency of the observer. Further, the SMO is coded using MATLAB/Xilinx block models to investigate the performance at real-time.

7

Initial Rotor Position Detection of Induction Machines Using Feedforward Sensorless Saliency Separation

Montero Eduardo Rodriguez, Vogelsberger Markus, Wolbank Thomas

Power Electronics and Drives

|

2021

|

Vol. 6 (41)

301--313

EN

The use of induction machine spatial saliencies for sensorless vector control in the proximity of zero electrical frequency has been extensively researched over the last few decades. A robust technique to extract machine saliencies is called voltage step excitation, and it computes a saliency phasor out of phase current derivatives resulting from specific voltage steps generated by the inverter switching. Within the saliency phasor, all machine saliencies appear superposed. For some machine constructions, multiple saliencies are present, containing information about the spatial, magnetic and geometric state of the machine. Due to its direct relation with the rotor angle and its high accuracy, rotor slotting saliency is often chosen as the sensorless control signal. In order to exclusively access rotor slotting, saliency separation needs to be carried out, with the goal of eliminating all non-control saliencies from the saliency phasor. In this research, feedforward harmonic compensation based on look-up tables (LUTs) is chosen. The idea is to estimate each saliency in relation to amplitude and phase shift once, store such information in a torque-dependent LUT and use it for feedforward compensation. Yet, several saliencies are linked to the rotor position and, thus, the stored phase shift in the LUT is fixed to a defined rotor position at which the saliency estimation was performed. For the feedforward compensation to work during each sensorless start-up, an initial rotor slot detection must be carried out. This paper presents a technique to estimate initial rotor angle based only on the inherent characteristics of the induction machine multi-saliencies and an iterative feedforward compensation process that requires no extra resources and only a few PWM (Pulse Width Modulation) periods to achieve initial slot rotor angle. Experimental results measured at two different test benches prove the high accuracy of the method.

8

Industrial implementations of control algorithms for voltage inverters supplying induction motors

Jabłoński Mariusz, Borkowski Piotr

Archives of Electrical Engineering

|

2021

|

Vol. 70, nr 2

475--491

EN

This article discusses the most important issues regarding the implementation of digital algorithms for control and drive technology in industrial machines, especially in open mining machines. The article presents the results of tests in which the algorithm and drive control parameter settings were not selected appropriately for voltage-fed induction motors, and where the control speed was not verified by any of the available motoring or simulation methods. We then show how the results can be improved using field-oriented control algorithms and deep parameters analysis for sensorless field-oriented performance.

9

Simple Technique of Initial Speed Identification for Speed-Sensorless Predictive Controlled Induction Motor Drive

Stando Dariusz, Kazmierkowski Marian P.

Power Electronics and Drives

|

2020

|

Vol. 5 (40)

189--197

EN

This article presents a simple technique of identifying the initial speed that allows for restarting a sensorless induction motor (IM) drive controlled by a model predictive flux control (MPFC). Initial speed identification is required because, according to the research, the applied current-model reference adaptive system (C-MRAS) can restart the IM after failure only if the error of the initial speed set in the estimator is < 25%. The proposed technique is based on short periods of flux generation for the certain initial speed and observation of the estimated torque respond. The direction of the estimated torque determines whether the real speed is higher or lower than the initial one set in the estimator. In two steps, the algorithm identifies the initial speed with an accuracy of 25%. This allows for a quick restart of the IM from any speed, eliminating the disadvantage of the sensorless drive control system with the C-MRAS speed estimator. The experimental results measured on a 50 kW drive which illustrates the operation and performances of the system are presented.

10

Design and Simulation of Direct and Indirect Back EMF Sliding Mode Observer for Sensorless Control of PMSM

Petro Viktor, Kyslan Karol

Power Electronics and Drives

|

2020

|

Vol. 5 (40)

215--228

EN

This article compares two sensorless control algorithms for a permanent magnet synchronous machine (PMSM) based on the back-EMF sliding mode observer (SMO). Indirect SMO (I-SMO) treats the back-EMF voltages as a disturbance. Direct SMO (D-SMO) considers back-EMF voltages as state-space variables. The same phase-locked loop (PLL) is used for both observers for extraction of the rotor position and speed values from the observed back-EMF voltages. In a sensorless control, the observed speed is used as feedback for the PI controller, and the observed position is used in the Park transformations. Both observers have been implemented and tested with standard field-oriented control. Simulation results indicate rather comparable speed and position estimation precision for both, but the D-SMO indicates slightly higher precision in steady-state. Even more, a tuning procedure of the D-SMO is more straightforward when compared to the I-SMO. Thus, the D-SMO was further verified experimentally with the OP 5600 rapid prototyping device and with a 350 W PMSM drive. Experimental results of the D-SMO are included at the end of the paper.

11

Sensorless five-phase induction motor drive with third harmonic injection and inverter output filter

Strankowski P., Guzinski J., Morawiec M., Lewicki A., Wilczynski F.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 3

437--445

EN

The paper presents a sensorless control approach for a five-phase induction motor drive with third harmonic injection and inverter output filter. In the case of the third harmonic injection being utilised in the control, the physical machine has to be divided into two virtual machines that are controlled separately and independently. The control system structure is presented in conjunction with speed and rotor flux observers that are required for a speed sensorless implementation of the drive. The last section is dedicated to experimental results of the drive system in sensorless operation, and the uninterrupted drive operation for two open-phase faults.

12

Constant switching frequency predictive control scheme for three-level inverter-fed sensorless induction motor drive

Stando D., Kazmierkowski M. P.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 5

1057--1068

EN

The paper presents a novel model predictive flux control (MPFC) scheme for three-level inverter-fed sensorless induction motor drive operated in a wide speed region, including field weakening. The novelty of the proposed drive lies in combining in one system a number of new solutions providing important features, among which are: very high dynamics, constant switching frequency, no need to adjust weighting factors in the predictive cost function, adaptive speed and parameter (stator resistance, main inductance) estimation. The theoretical principles of the optimal switching sequence predictive stator flux control (OSS-MPFC) method used are also discussed. The method guarantees constant switching frequency operation of a three-level inverter. For speed estimation, a compensated model reference adaptive system (C-MRAS) was adopted while for IM parameters estimation a Q-MRAS was developed. Simulation and experimental results measured on a 50 kW drive that illustrates operation and performances of the system are presented. The proposed novel solution of a predictive controlled IM drive presents an attractive and complete algorithm/system which only requires the knowledge of nominal IM parameters for proper operation.

13

Energooszczędne wentylatory promieniowe

Goryca Zbigniew

Napędy i Sterowanie

|

2019

|

R. 21, nr 9

128--133

PL

W pracy pokazano trzy wentylatory promieniowe charakteryzujące się małym poborem energii. Wentylatory te wyposażone zostały w nowy układ napędowy, składający się z bezszczotkowego silnika prądu stałego i energoelektronicznego układu (falownika) sterującego pracą silnika. Pokazano konstrukcję silnika użytego w wentylatorach, na który zużyto znacznie mniej żelaza i miedzi w porównaniu z silnikami dotychczas stosowanymi. Omówiono zasadę sterowania bezczujnikowego zastosowaną w falowniku oraz pokazano prototyp falownika. Porównano pobory mocy wentylatorów dotychczas stosowanych z wentylatorami wyposażonymi w nowe układy napędowe. Opracowane wentylatory przeznaczone są do pracy przy piecach centralnego ogrzewania, w ekstruderach do produkcji butelek PET oraz w układach klimatyzacji. Zużywają one ponad dwukrotnie mniej energii niż urządzenia stosowane obecnie.

EN

The paper presents three centrifugal fans with low power consumption. The fans are equipped with a new drive system consisting of a brushless DC motor and power electronics system (inverter) used for motor control. The construction of the motor required much less iron and copper than the present motors. The principle of sensorless control of inverter is discussed and the prototype of the inverter is presented. The power consumption of the existing fans and the ones equipped with new drive systems is compared. The developed fans are designed to work with central heating furnaces, in extruders for the production of PET bottles, and in air-conditioning systems. They consume over twice as little energy as currently used fans.

14

Energooszczędne wentylatory promieniowe

Goryca Zbigniew

Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe

|

2019

|

Nr 1 (121)

43--47

PL

W pracy pokazano trzy wentylatory promieniowe charakteryzujące się małym poborem energii. Wentylatory te wyposażone zostały w nowy układ napędowy składający się z bezszczotkowego silnika prądu stałego i energoelektronicznego układu (falownika) sterującego pracą silnika. Pokazano konstrukcję silnika użytego w wentylatorach, na który zużyto znacznie mniej żelaza i miedzi w porównaniu z silnikami dotychczas stosowanymi. Omówiono zasadę sterowania bezczujnikowego zastosowaną w falowniku oraz pokazano prototyp falownika. Porównano pobory mocy wentylatorów dotychczas stosowanych z wentylatorami wyposażonymi w nowe układy napędowe. Opracowane wentylatory przeznaczone są do pracy przy piecach centralnego ogrzewania, w ekstruderach do produkcji butelek PET oraz w układach klimatyzacji. Zużywają one ponad dwukrotnie mniej energii niż urządzenia stosowane obecnie.

EN

The paper presents three centrifugal fans with low power consumption. The fans are equipped with a new drive system consisting of a brushless DC motor and power electronics system (inverter) used for motor control. The construction of the motor required much less iron and copper than the present motors. The principle of sensorless control of inverter is discussed and the prototype of the inverter is presented. The power consumption of the existing fans and the ones equipped with new drive systems is compared. The developed fans are designed to work with central heating furnaces, in extruders for the production of PET bottles, and in air-conditioning systems. They consume over twice as little energy as currently used fans.

15

Possibility of Fault Detection in Sensorless Electric Drives

Guziński Jarosław, Kołodziejek Piotr, Strankowski Patryk

Automatyka, Elektryka, Zakłócenia

|

2019

|

Vol. 10, nr 1(35)

8--17

EN

The work presents a fault detection method for an induction motor drive system with inverter output filter. This approach make use of a load torque state observer, which complete structure is presented along with the used control structure. Moreover, the demonstrated drive system operates without rotor speed measurement in conjunction with the multiscalar control. The verification of the demonstrated idea was performed on an experimental test setup by introducing drive faults, e.g.: misalignment of the machine and unbalance of the drive shaft. Finally,an FFT analysis of the presented results confirmed the beneficial usability of the developed diagnostic tool.

PL

W pracy przedstawiono metodę diagnostyczną wykrywania uszkodzeń w napędzie elektrycznym silnika indukcyjnego z filtrem sinusoidalnym. Wyjaśniono ideę metody wykorzystującej obserwator stanu momentu obciążenia. Pokazano kompletne zależności obserwatora stanu oraz strukturę układu sterowania. Przedstawiony układ napędowy pracuje bez pomiaru prędkości obrotowej wykorzystując zasadę sterowania multiskalarnego. Weryfikację przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym wprowadzając uszkodzenia takie jak: nieosiowe ustawienie maszyn i niewyważenie wału. Zaprezentowane wyniki analizy FFT potwierdziły przydatność opracowanego narzędzia diagnostycznego.

16

Możliwości detekcji uszkodzeń w bezczujnikowych napędach elektrycznych

Guziński Jarosław, Kołodziejek Piotr, Strankowski Patryk

Automatyka, Elektryka, Zakłócenia

|

2019

|

Vol. 10, nr 1(35)

20--29

PL

W pracy przedstawiono metodę diagnostyczną wykrywania uszkodzeń w napędzie elektrycznym silnika indukcyjnego z filtrem sinusoidalnym. Wyjaśniono ideę metody wykorzystującej obserwator stanu momentu obciążenia. Pokazano kompletne zależności obserwatora stanu oraz strukturę układu sterowania. Przedstawiony układ napędowy pracuje bez pomiaru prędkości obrotowej wykorzystując zasadę sterowania multiskalarnego. Weryfikację przeprowadzono na stanowisku laboratoryjnym wprowadzając uszkodzenia takie jak: nieosiowe ustawienie maszyn i niewyważenie wału. Zaprezentowane wyniki analizy FFT potwierdziły przydatność opracowanego narzędzia diagnostycznego.

EN

The work presents a fault detection method for an induction motor drive system with inverter output filter. This approach make use of a load torque state observer, which complete structure is presented along with the used control structure. Moreover, the demonstrated drive system operates without rotor speed measurement in conjunction with the multiscalar control. The verification of the demonstrated idea was performed on an experimental test setup by introducing drive faults, e.g.: misalignment of the machine and unbalance of the drive shaft. Finally,an FFT analysis of the presented results confirmed the beneficial usability of the developed diagnostic tool.

17

Bezczujnikowe sterowanie wolnoobrotowym silnikiem PMSM z kompensacją momentu zaczepowego

Guziński J., Łuksza K., Morawiec M., Strankowski P., Krzemiński Z.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2018

|

Nr 60

27--32

PL

W pracy przedstawiono propozycję rozwiązania problemu bezczujnikowego sterowania wolnoobrotową maszyną synchroniczną z magnesami trwałymi PMSM. Przedstawiono silnik PMSM, który zastosowano w stanowisku badawczym. Omówiono problem występowania tętnień momentu napędowego wynikający głównie ze znacznego momentu zaczepowego. Pokazano rozwiązanie kompensujące tętnienia momentu napędowego w silniku PMSM. Przygotowano procedurę startową układu regulacji prędkości pozwalającą na uruchomienie napędu bez czujników prędkości i położenia. Do sterowania silnikiem użyto metodę sterowania polowo zorientowanego z regulatorami PI prądów stojana w osiach dq. Przedstawiono zależności nowej, prostszej wersji obserwatora stanu. Pokazano wyniki eksperymentów potwierdzających poprawne działanie napędu.

EN

The paper presents a possible implementation of a sensorless low speed permanent magnet synchronous machine (PMSM) control. The test setup for this purpose consists of an individual and programmable back-to-back voltage inverter and a PMSM with nominal power of 12 kW and nominal speed of 600 rpm. The impact of cogging torque oscillations is identified, which cause significant problems in the implementation of a Field Oriented Control for low speed PMSM. In order to handle this torque oscillation problem a compensation method is proposed as well. A start-up procedure for the control system was implemented that allows a motor start without any rotor angle and speed sensors. The presented control method is based on the Field Oriented Control with PI stator current controllers in dq axes. Furthermore, the equations of the applied state observer are shown. The observer estimates all of the control variables necessary using phase current measurement and the information of the desired stator voltage. All theoretical assumptions are verified with experimental results, which show the proper operation of the low speed PMSM drive.

18

Sensorless step positioning of hydraulic linear actuator

Dindorf R., Woś P.

Technical Transactions

|

2018

|

Vol. 115, iss. 11

169--174

EN

The paper presents a design, working principle and simulation of a sensorless position system whose hydraulic linear stepper actuator is controlled by a combination of single binary on/off valves. For dynamic modelling and digital simulation of stepper actuator, the bond graph method was used. Preliminary simulation tests were conducted to determine the dynamic characteristics and dynamic properties of the stepper actuator.

PL

W artykule przedstawiono projekt, zasadę działania i symulację bezczujnikowego układu pozycjonowana hydraulicznego liniowego aktuatora krokowego sterowanego kombinacją pojedynczych binarnych zaworów włączających/wyłączających. Do modelowania dynamicznego i symulacji cyfrowej aktuatora krokowego wykorzystano metodę grafów wiązań (bond graph). Przeprowadzono wstępne testy symulacyjne w celu określenia charakterystyk dynamicznych i właściwości dynamicznych aktuatora krokowego.

19

Simulation analysis of extended Kalman filter applied for estimating position and speed of a brushless DC motor

Chojowski M.

Power Electronics and Drives

|

2018

|

Vol. 3 (38), No. 1

145--155

EN

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.

20

Introduction to the Special Section on State and Parameter Estimation Methods for Sensorless Drives

Barut M., Hinkkanen M., Orlowska-Kowalska T.

Power Electronics and Drives

|

2018

|

Vol. 3 (38), No. 1

111-113

EN

This short article constitutes an introductory part of the Special Section (SS) on State and Parameter Estimation Methods in Sensorless Drives. In the current issue of the journal, the first part of this section is published. Accepted articles are focussed mainly on estimation of the state variables and parameters for vector-controlled induction motor (IM) drives, using different concepts, such as different types of Kalman filters (KFs) and model reference adaptive systems (MRASs). The KF was also proposed for brushless DC motor (BLDC). Also, neural networks (NNs) have been proposed for mechanical state variables’ estimation of the drive system with elastic couplings.