A Novel Method for Rotor Field-Oriented Control of Single-Phase Induction Motor

This paper presents a novel rotor field-oriented control (RFOC) method for asymmetrical single-phase induction motor (SPIM). It is shown in this paper that by using a suitable transformation matrix (TM) for stator current variables, the asymmetrical equations of SPIM are transformed into symmetrical equations. Based on this similarity, a novel vector conrol technique for SPIM is presented. Performance of the proposed method is assessed using MATLAB/SIMULINK software. Simulation results showed the excellence speed and torque responses obtained using the proposed technique

Induction Motors

AC motors play a major role in modern industrial applications. Squirrel-cage induction motors (SCIMs) are probably the most frequently used when compared to other AC motors because of their low cost, ruggedness, and low maintenance. The material presented in this book is organized into four sections, covering the applications and structural properties of induction motors (IMs), fault detection and diagnostics, control strategies, and the more recently developed topology based on the multiphase (more than three phases) induction motors. This material should be of specific interest to engineers and researchers who are engaged in the modeling, design, and implementation of control algorithms applied to induction motors and, more generally, to readers broadly interested in nonlinear control, health condition monitoring, and fault diagnosis

Speed control of sensorless rotor field oriented for faulty three-phase induction motor by using extended kalman filter

This research discusses d-q model and Rotor Flux Oriented Control (RFOC) method for faulty three-phase induction motor (three-phase induction motor when one of the stator phases is opened). In the controlling method, two transformation matrixes are applied to the equations of faulty three-phase induction motor. As a result, the equations of faulty three-phase induction motor become similar to the balanced mode. By employing some modifications in the conventional block diagram of balanced induction motor, controlling of faulty three-phase induction motor is possible. Additionally, Extended Kalman Filter (EKF) is used for rotor speed estimation. The main advantage of the proposed method is it can be employed for asymmetrical single-phase induction motor. Simulation and Experemental results demonstrate the validity and applicability of the method to improve performance of faulty three-phase induction motor

Switching FOC Method for Vector Control of Single-Phase Induction Motor Drives

This paper proposes a novel vector control method based on Rotor flux Field-Oriented Control (RFOC) for single-phase Induction Motor (IM) drives. It is shown that in a rotating reference frame, the single-phase IM equations can be separated into forward and backward equations with balanced structures. In order to accommodate for these forward and backward equations, a drive system consisting of two RFOCs that are switched interchangeably, is proposed. Alternatively, these two RFOC algorithms can be simplified as a single FOC algorithm. The analysis, controller design and simulation of the proposed technique showed that it is feasible for single-phase IM drive for high performance applications

Aplicación de estimadores on-line de variables rotóricas para la mejora de las prestaciones en variadores de velocidad multifásicos

Las máquinas multifásicas (más de tres fases) son ampliamente reconocidas como una alternativa al convencional esquema trifásico en un gran número de aplicaciones en donde se requieren elevada fiabilidad e incluso la posibilidad de seguir funcionando en presencia de fallas, como es el caso de los sistemas de tracción y propulsión de vehículos eléctricos, trenes y navíos, así como sistemas eléctricos de generación eólica. Los avances en las estrategias de control de las máquinas multifásicas han evolucionado desde la extensión de los métodos de control vectorial y control directo de par, utilizados en las máquinas trifásicas, a métodos más sofisticados, tales como el control predictivo. El concepto del control predictivo se basa en el cálculo del comportamiento futuro del sistema, de tal forma a utilizar dicha información para calcular los valores óptimos que minimizan una función de costo. La ejecución del algoritmo del controlador predictivo se basa en tres pasos: estimación de las variables no medibles, predicción del comportamiento futuro de los estados del sistema, y optimización de las salidas, de acuerdo a las restricciones impuestas como consigna de control. El control predictivo aplicado a las máquinas multifásicas utilizan, en su gran mayoría, las corrientes del estátor y del rotor como variables de estado. Puesto que las corrientes del rotor son estados no medibles, éstas deben ser estimadas. La principal aportación de esta Tesis Doctoral se centra en la aplicación de estimadores on-line de variables rotóricas (corrientes del rotor) en el control predictivo de corriente en variadores de velocidad de máquinas de inducción multifásicas. En este contexto, se realiza un análisis comparativo de la eficiencia a partir de dos algoritmos de control predictivo de corriente (PCC, del inglés predictive current control), el PCC basado en el observador de Luenberger, y el PCC basado en la estimación óptima (filtro de Kalman), los resultados obtenidos son comparados con técnicas convencionales en las cuales la corriente del rotor es estimada a partir de las ecuaciones dinámicas del accionamiento. Las aportaciones han sido evaluadas mediante simulaciones sobre dos tipos de accionamientos multifásicos, de seis y cinco fases, y posteriormente validadas mediante resultados experimentales los cuales han sido obtenidos sobre el accionamiento de cinco fases

Control predictivo de corriente con frecuencia de conmutación fija aplicado a sistemas multifásicos

En las ultimas décadas, los sistemas de accionamientos eléctricos, compuestos por maquinas multifásicas (numero de fases mayor a tres en el estator) y convertidores de potencia, han surgido como una alternativa confiable debido a la redundancia de fases para varias aplicaciones industriales, tales como la propulsión de barcos eléctricos, vehículos eléctricos y en aplicaciones relacionadas a energías renovables. Esto se debe a las inherentes ventajas que presenta las maquinas multifásicas sobre las maquinas convencionales trifásicas, como mejor distribución de potencia fase, menor contenido de armónicos en las corrientes del estator y en el par electromagnético, además de una mejorada tolerancia a fallas, lo que implica que la maquina multifásica continuara operando en ausencia de una o mas fases teniendo en cuenta que las fases restantes deben ser igual o mayor a tres. Sin embargo, los accionamientos eléctricos multifásicos requieren del desarrollo de sofisticados algoritmos de control para regular la velocidad y la corriente de la maquina que resultan en un elevado costo computacional. En ese sentido, mediante el avance tecnológico y el desarrollo de nuevos controladores digitales de señales conocidos como DSP es posible la aplicación de controladores predictivos basados en el modelo (MPC) en este tipo de sistemas. Este es el caso del control predictivo basado en el modelo de estados finitos (FCS-MPC). Dentro de los controladores predictivos aplicados a sistemas multifásicos el más analizado y con características prometedoras es el control predictivo de corriente (MPCC), el cual presenta un buen desempeño dinámico y flexibilidad en la definición de objetivos de control. Esta técnica de control utiliza el modelo del sistema para realizar las predicciones de las variables de control teniendo en cuenta la posición de las referencias de corrientes mediante una función de costo el cual evalúa el error de seguimiento de las corrientes del estator. No obstante, el MPCC presenta algunas limitaciones como frecuencia de conmutación variable lo que se traduce en mayores rizados en las variables de control, además de generar corrientes elevadas vinculadas a perdidas produciendo deterioro en el sistema. Por lo tanto, en esta Tesis Doctoral, la investigación realizada se centra en paliar las limitaciones mencionadas anteriormente en el MPCC mediante novedosas estrategias de control basadas en el uso de moduladores. El principal aporte de esta Tesis Doctoral se centra en el análisis te orico y la validación experimental en la implementación de estrategias de modulación en el control predictivo de corriente priorizando la reducción de las corrientes relacionadas a las perdidas sin descuidar el correcto seguimiento de las corrientes principales involucradas en la conversión de energía. Las validaciones de las estrategias de control propuestas se realizan mediante simulaciones y pruebas experimentales utilizando una maquina de inducción (IM) asimétrica de seis fases. Los resultados obtenidos mediante esta investigación fueron presentados en conferencias y en revistas internacionales de alto impacto, todas ellas arbitradas e indexadas los cuales se constituyen como una validación de las principales aportaciones de esta Tesis Doctoral.CONACYT - Consejo Nacional de Ciencia y TecnologíaPROCIENCI

Model reference adaptive system with finite-set for encoderless control of PMSGs in micro-grid systems

Indexación: Scopus.In micro-grid systems, wind turbines are essential power generation sources. The direct-driven surface-mounted permanent-magnet synchronous generators (SMPMSGs) in variable-speed wind generation systems (VS-WGSs) are promising due to their high efficiency/power density and the avoidance of using a gearbox, i.e., regular maintenance and noise are averted. Usually, the main goal of the control system for SMPMSGs is to extract the maximum available power from the wind turbine. To do so, the rotor position/speed of the SMPMSG must be known. Those signals are obtained by the help of an incremental encoder or speed transducer. However, the system reliability is remarkably reduced due to the high failure rate of these mechanical sensors. To avoid this problem, this paper presents a model reference adaptive system with finite-set (MRAS-FS) observer for encoderless control of SMPMSGs in VS-WGSs. The motif of the presented MRAS-FS observer is taken from the direct-model predictive control (DMPC) principle, where a certain number of rotor position angles are utilized to estimate the stator flux of the SMPMSG. Subsequently, a new optimization criterion (also called quality or cost function) is formulated to select the best rotor position angle based on minimizing the error between the estimated and reference value of the stator flux. Accordingly, the traditional fixed-gain proportional-integral regulator generally employed in the classical MRAS observers is not needed. The proposed MRAS-FS observer is validated experimentally, and its estimation response has been compared with the conventional MRAS observer under different conditions. In addition to that, the robustness of the MRAS-FS observer is tested at mismatches in the parameters of the SMPMSG. © 2020 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland.https://www.mdpi.com/1996-1073/13/18/484