Estimatıon of Induction Motor Equivalent Circuit Parameters for Vector Controlled Drives From Manufacturer Datasheet

Son yıllarda meydana gelen endüstriyel gelişmeler gerek endüstriyel gerekse ev tipi uygulamalarda kullanılan asenkron motorların geniş bir hız aralığında kontrol edilebilmesini zorunlu kılmıştır. Vektör kontrolü algoritmaları sayesinde hız ve moment kontrolünün geniş aralıkta yüksek başarımlı bir şekilde yapılabilmesi için asenkron motorun eşdeğer devre parametrelerinin yüksek doğrulukla bilinmesi gerekir. Bu çalışmada sadece üreticilerin veri föylerinde paylaşmış olduğu kısıtlı bilgiler ile asenkron motorun eşdeğer devre parametrelerinin tahmini gerçekleştirilmiştir. Tahmin yöntemi asenkron motorun eşdeğer devresinden türetilen doğrusal olmayan denklemlerin Newton-Raphson yöntemi ile çözülmesi ilkesine dayanmaktadır. Önerilen denklem sistemi ve çözüm algoritması 20 farklı asenkron motor için test edilmiş ve deneysel olarak elde edilen eşdeğer devre parametreleri ile karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Dahası seçilen 4 farklı motor için deneysel olarak elde edilen hız-moment karakteristiği ve kestirilen parametreler ile hesaplanan hız-moment karakteristiği verilerek önerilen algoritmanın başarımı irdelenmiştir.In recent years, industrial developments have made it necessary to control induction motors used in both industrial and household applications in a widespeed range. Thanks to vector control algorithms, in order to control the torque in a wide speed range operations with high performance, the equivalent circuit parameters of induction motor have to be known precisely. In this study, the estimation of the equivalent circuit parameters of the induction motor is implemented only with the limited information shared by the manufacturer’s datasheets. The estimation method is based on the principle of solving nonlinear equations derived from the equivalent circuit of an induction motor by NewtonRaphson method. The proposed equation set and solution algorithm have been tested for 20 different induction motors and presented in comparison with the experimentally obtained equivalent circuit parameters. Moreover, the speed-torque characteristics obtained experimentally and calculated from estimated equivalent circuit parameters for 4 different selected motors are compared and the performance of the proposed algorithm is examined

Investigation of The Heat Performance of The Half-Bridge Development Board with Gan Power Devices

GaN FET anahtarlar ufak paket boyutlarına sahip olması ve yüksek çalışma gerilimakım değerlerini yüksek anahtarlama frekanslarında sağlayabilmesinden dolayı güç elektroniği çeviricilerinde yeni ufuklar açmıştır. Bu çalışma EPC firması tarafından üretilmiş olan küçük paket boyutlarındaki EPC2215 (VDS=200V, ID=32A, RDS(on)=8m) GaN FET anahtarların sonlu elemanlar yöntemi tabanlı ısıl modelinin elde edilmesini ile ilgilidir. JEDEC standartlarınca belirlenen deney talimatları kurulan benzetim modeline uygulanmıştır. Anahtarın jonksiyondan kılıfa, jonksiyondan dış ortama ve jonksiyondan devre kartına olan ısıl dirençleri benzetim modeli ile hesaplanmış ve firmanın veri föylerinde paylaştığı ısıl direnç değerleri ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra yine aynı firmaya ait olan, EPC2215 anahtarları ile yapılan, EPC9099 yarım-köprü geliştirme kartının ısıl modellemesi yapılmıştır. Firma tarafından veri föyünde paylaşılan kayıp güç değerleri benzetim modeline uygulanmıştır. Benzetim sonucunda geliştirme kartının ısıl yönden zorlandığı bölgeler belirlenmiştir. Daha sonra benzetim ile elde edilen ısıl dağılım sonuçları ile deneysel termal kamera görüntüleri karşılaştırılmıştır.GaN FET switches have opened new horizons in power electronics converters due to their small package size and their ability to provide high operating voltagecurrent values at higher switching frequencies. This study presents the finite element method (FEM) based thermal model of EPC2215 (VDS=200V, ID=32A, RDS(on)=8m) GaN FET switches produced by EPC company in small package sizes. Firstly, the test procedures determined by the JEDEC standards have been applied to the established FEM-based model. The thermal resistances of the switch from junction to case, junction to ambient, and junction to board have all been estimated using the FEM-based simulation model and compared with the thermal resistance values given in the datasheet. Afterwards, the thermal model of the EPC9099 halfbridge development board that uses EPC2215 switches has been developed. The power loss values given in the datasheet have been applied to the thermal model. As a result of the simulation, the regions where the development board was subjected to thermal stress were identified. Finally, the thermal map results obtained by the simulation have been compared with the thermal camera readings captured during experiments

Manyetik Yataklı Güneş Motoru Tasarımı ve Aydınlık Düzeyi – Hız Karakteristiğinin Belirlenmesi

Günümüzde elektrik motorları günlük hayatın gereksinimlerini karşılamak amacıyla hemen hemen her alanda kullanılmaktadır. Endüstriyel uygulamalara yönelik olarak üretilen birçok elektrik motoru olduğu gibi eğitim ve araştırma amaçlı olarak üretilen elektrik motorları da bulunmaktadır. Manyetik yataklı güneş motoru da bunlardan birisidir. Bu çalışmada manyetik olarak yataklanmış ve enerji ihtiyacını üzerindeki güneş gözeleriyle karşılayan bir elektrik motorunun tasarım ölçütleri açıklanmış, bu ölçütlere göre motor imalatı gerçekleştirilmiştir. Motorun doğal ışık kaynağı olan güneş altındaki performansı değerlendirildikten sonra yapay ışık kaynağı kullanılarak motor üzerindeki aydınlık düzeyi ile motorun hızının değişimi ölçülerek aydınlık düzeyi – hız karakteristiği elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir

Yüksek hızlı tahrik sistemleri için kütlesel rotorlu aenkron motorun rotor harmonik kayıplarını azaltmaya yönelik katkılar

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019Theses (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2019Son yıllarda, imalat ulaşım ve süreç endüstrisindeki gelişmeler tahrik sistemleri için en uygun çalışma hızında artışı beraberinde getirmiştir. Bu bağlamda, yeni geliştirilen yüksek hızlı, dişlisiz, kayış-kasnak düzeneğinin bulunmadığı veya doğrudan tahrikli elektriksel sürüş sistemlerinin yapısal hacimlerindeki azalma nedeniyle şu sıralar oldukça bilinirliği artmıştır. Kütlesel Rotorlu Asenkron Motorlar mekanik ve ısıl baskılara karşı oldukça dayanıklı olması nedeniyle yüksek hız ve yüksek basınç talep eden uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kütlesel rotor genellikle tek tip ferromanyetik bir malzemeden tek parça olarak imal edilir. Sahip olduğu rotor yapısından dolayı kütlesel rotorlu asenkron motorlar, diğer yüksek hızlı makinelere göre üretimi kolay, düşük maliyetli ve güvenilirdir. Ayrıca, yüksek hızda çalışmalarına rağmen düşük seviyede gürültü ve titreşime sahiptirler. Bu motor tipinin bir başka üstünlüğü ise sürekli mıknatıslı makinelerin çoğundan farklı olarak rotor hız-konum algılayıcısı olmadan sürülebilmesidir. Girdap akımları kütlesel rotor üzerinde serbestçe akabildiği için, rotor kayıplarının büyük kısmı hava aralığında oluşan uzay harmoniklerinden kaynaklanmaktadır. Yüksek hız uygulamalarına gelince, sürüş frekansındaki artıştan dolayı rotor kayıplarında da ciddi bir artış vardır. Hava aralığı akı yoğunluğundaki harmoniklerinin azaltılması, yüksek hızlı uygulamalarda Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor'un toplam verimini arttıracağı aşikardır. Bu tezde, öncelikle Yüksek Hızlı Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor'un tasarım ve başarım hesapları ile ilgili kısa bir bilgi verilmiştir. Bu bağlamda; Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor'un temel boyutlarının belirlenmesi, kayıpları, soğuma kabiliyeti, uzay harmoniklerinin analizi, harmonik moment ifadesinin elde edilmesi ve sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi gibi konular kısaca açıklanmıştır. Literatürde var olan geleneksel rotor yapılarından olan düz, eksenel yarıklı ve bakır giydirilmiş rotor tiplerine sahip Kütlesel Rotorlu Asenkron Motorlar geometrik boyutları sabit kalmak koşulu ile tasarlanıp analiz edilmiştir. Daha sonra, eksenel yarıklı yapıdaki rotor diş yüzeylerinin bakır ile kaplandığı Siperli-Eksenel Yarıklı Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor olarak adlandırılan yeni bir kütlesel rotor yapısı önerilmiş, önerilen bu yapı detaylıca tasarlanıp en uygunlaştırılmıştır. Tüm rotor tasarım parametreleri incelenmiş, yarık derinliği-genişliği, sayısı ve kaplama kalınlığı gibi rotor başarımına etki eden tüm geometrik parametreleri için en uygun parametreler belirlenmiştir. Yeni rotor tasarımının manyetik ve işletme başarımı, ona muadil olabilecek eksenel-yarıklı ve bakır giydirilmiş Kütlesel Rotorlu Asenkron Motorlar ile karşılaştırılmıştır. Dahası tüm rotor tiplerinin manyetik akı yoğunluğu ve hava aralığındaki akı yoğunluğu harmonik spektrumu da verilmiştir. Başarım karşılaştırmaları için iki boyutta geçici hal sonlu elemanlar analizi (SEA) kullanılmıştır. Eksenel Yarıklı Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor için yapılan analizler yarık derinliğinin arttırılıp genişliğinin dar tutulmasının moment üretimini \%250-300 arttırabildiğini göstermektedir. Bununla birlikte, moment üretimi ve mil gücündeki artış ile beraber rotor kaybında artış yaşanmaktadır. Ayrıca, yarık genişliğinin değiştirilmesi güç faktörü ve verim üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Dar ve daha derin yarıklar, güç faktöründe ve verimde artışa neden olur. Yapılan rotor en uygunlaştırması sonucunda, yarık genişliğinin yarık adımının \%15'i ve yarık derinliğinin rotor yarıçapının \%40'ı olarak seçilmesi gerektiği görülmüştür. Bakır Giydirilmiş Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor için yapılan analizlerde giydirme kalınlığındaki artışın moment üretiminde artış sağladığını görülmüştür. Rotor kaybı, 0-1 mm giydirme kalınlığı aralığında artmış, 1-2.5 mm arasında düşmüş ve 2.5 mm'den sonra tekrar artmıştır. Hesaplanan sonuçlar diğer tüm performans parametreleri için tutarlı olmasına rağmen rotor kaybı ve kaplama kalınlığı arasında önemli bir ilişki kurulamamıştır. Bu rotor tipinin güç faktörü ve verimi, kaplama kalınlığının belirli bir seviyeye kadar artmasıyla artarken daha sonra düşmeye başlamıştır. Motor başarımını en üst seviyeye çıkarmak için tüm ölçütlere ait en uygun giydirme kalınlığının 1,5 ile 2,5 mm arasında seçilmesi gerektiği görülmüştür. Önerilen yeni rotor yapısında akı, yarıkların varlığı nedeniyle düz kütlesel rotorlu asenkron motora nazaran çok daha derine nüfuz etmektedir. Ayrıca, dişlerin yüzeyindeki bakır siperin varlığı nedeniyle azaltılmış moment dalgalılığı rotorun daha az titreşimli bir şekilde çalışmasını sağlar. Rotor dişlerindeki yapılan bu değişiklik rotor kayıplarını hatırı sayılır derecede azaltmıştır. Yapılan rotor en uygunlaştırması sonucunda, yarık genişliğinin yarık adımının \%40'ı ve yarık derinliğinin rotor yarıçapının \%45'i olarak seçilmesi gerektiği görülmüştür. Önerilen yeni rotor tasarımı, düşük güç faktörüne sahip olmasına rağmen diğer rotor yapılarına karşı daha iyi verim ve daha az rotor kaybına sahiptir. İmalat sorunları açısından bu üç rotor tipi karşılaştırıldığında en kolay imal edilen yapının giydirilmiş rotor yapısı olduğu görülür. Fakat bu yapı beraberinde getirdiği yüksek rotor kayıplarından dolayı ısıl zorlanma ve soğuma başarımı olarak diğerlerine göre daha kötü durumdadır. Eksenel Yarıklı Rotor yapısı ise içerdiği hava aralığı akı yoğunluğu harmonikleri açısından diğerlerine göre oldukça başarımı düşüktür. Bu harmonikler motorda titreşimli çalışmaya ve gürültüye neden olabileceği gibi kalkış anında da motor başarımını kötüleştirmektedir. Tüm bu sonuçlar göz önüne alındığında Siperli-Eksenel Yarıklı Rotor yapısının yüksek hızlı uygulamalar için iyi bir seçim olabileceğini göstermektedir. Tezin ikinci kısmı literatürde daha önce üzerinde çalışılmamış yeni bir stator-rotor kombinasyonunu içeren yenilikçi bir tasarım içermektedir. Ayrıca başlıca uzay harmoniklerini ortadan kaldırmak için rotor yapısındaki değişikliklerden ziyade stator üzerinde bir yapısal değişiklik önerilmiştir. Alışılmadık stator oluk dizilişi ve sargı dağılımı doğadan esinlenen sayısal optimizasyon tekniklerinden olan Big Bang- Big Crunch algoritması yardımıyla hesaplanmıştır. Bu hesap yapılırken sargı faktörünün temel bileşeninin olabildiğince yüksek tutulması hedeflenmiştir. Literatürkeki var olan çalışmaların aksine, bu çalışmada hava aralığındaki akı yoğunluğu harmonikleri yok edilirken, sargı faktörünün temel bileşeninin en yüksek değeri araştırılmıştır. Daha az harmonik bozunum ve yüksek sargı faktörü sağlayan en iyi 3 çözüm 10000 sonuç arasından seçilmiştir. Stator tarafından hava aralığında oluşturulan en belirgin uzay harmonikleri daha yüksek derecelere kaydırılarak etkileri ortadan kaldırılmıştır veya azaltılmıştır. Hala hava aralığı akı yoğunluğunda bulunan harmonikler ise daha düşük senkron hız değerlerine düşürülmüştür. Faz sargılarının birbirinin içine geçtiği sıradışı bir oluk dağılımı ortaya çıkmıştır. Önerilen yeni stator-rotor kombinasyonunun yer aldığı örnek bir Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor tasarımı detaylıca verilmiş ve geleneksel oluk ve sargı yapısına sahip Kütlesel Rotorlu Asenkron Motor ile elektriksel, manyetik ve işletme başarımı açısından karşılaştırma yapılmıştır. Önerilen yenilikçi tasarım, Yüksek Hızlı Kütlesel Rotorlu Asenkron Motorlar'da hava aralığı harmoniklerinin bozucu etkisini azaltarak rotor kayıplarını azalmasına ve verim artışına katkıda bulunmaktadır. Dahası, mildeki moment dalgalılığının da azalması yeni tasarımın başarımındandır. İşletme başarımı arttırılmış ve yüksek verimli kütlesel rotorlu asenkron motorların kullanılması ulusal ekonomiye ve güç kalitesine katkı sağlayacaktır. Tezin Ulusal ekonomiye katkılarının yanı sıra, Kütlesel Rotorlu Asenkron Motorlar'da rotor yüzeyindeki harmonik güç kaybı hesabında ve rotor yüzeyindeki harmonik güç kayıplarının azaltılması yöntemlerine bilimsel katkısı mevcuttur.In recent years, improvements in industries have brought about an increase in the optimum operating speed for drive systems. In this respect, the recently developed, high-speed, gearless or direct electrical drives are currently very popular, because of the reduction in the total structural volume of the drive system. Depending on its excellent mechanical and thermal capabilities to withstand stress, solid rotor induction motors (SRIM) are widely used in demanding high-speed and high-pressure applications. Solid rotor is mainly made of one type ferromagnetic material as single-piece. Due to their single material rotor structure, solid rotor induction motor are easy to manufacture, cost-effective and reliable alternatively to other types of high-speed machines. In addition, even if they operate in high speed, they have low level of noise and vibrations. Another main advantage of this motor type is the ability to operate without a speed sensor unlike most of permanent magnet machines. Since eddy currents are set free in SRIMs, great part of rotor losses is caused by space harmonics created in the air-gap. Rotor losses are increased tremendously in high speed applications with the remarkable increase in driving frequency. It is obvious that elimination of prominent air-gap MMF harmonics can improve the total efficiency of SRIM in high speed applications. In this thesis, fistly high speed solid rotor induction motor with different convenient types of rotor, i.e., smooth solid, slitted solid and coated solid rotor were designed and analysed in cases where the geometrical size was kept constant. After that, a novel solid rotor structure with slits in axial directions, of which the top of rotor iron teeth is coated with copper named as Shielded Axially Slitted SRIM (SAS-SRIM) was designed and optimised in details. Performance of the motor with the novel rotor design is compared with those of the equivalent motors having axial-slits and copper coated solid rotors. In order to calculate and compare the performances of all motors, the systems were simulated by 2D time stepping finite element analysis (FEA). In the novel structure, the fundamental flux can penetrate much deeper than that of a smooth-type IM because of the presence of slits. In addition, because of the existence of coating on the top of the teeth, the rotor creates decreased torque ripple resulting in less vibration. Novel rotor design serves a better efficiency with less rotor loss together with a disadvantage of decreased power factor. The second part of thesis contains an innovative design representing a novel stator and rotor combination that is not achieved in previous studies and it is proposed by structural changes to stator to eliminate major effective space harmonics. An unconventional stator slotting pattern and winding distribution was calculated by nature inspired numerical optimization techniques while keeping the fundamental winding factor relatively high. Unlike previus studies, highest fundamental winding factor was investigated while eliminating space harmonics in the air-gap mmf. A sample design where novel concepts were implemented is presented and a comparison is given in terms of important operational quantities with those of a standard SRIM. Proposed innovative design contributes to reducing rotor losses and increasing the efficiency of high-speed solid rotor induction motors. In addition to that, proposed innovative design increases the electrical performance of high-speed solid rotor induction motor. Use of high-performance and high-efficiency solid rotor induction motors provides contribution to national economy and power quality. Besides these national contributions, this thesis also has scientific contributions to analysis of harmonic power loss calculation in solid rotor induction motor and methods of eliminating harmonic power loss in rotor surface.DoktoraPh.D

Design and finite element analysis of a medium power eddy current brake

Thesis (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013Girdap akımı frenleri mekanik enerjiyi ısı enerjisine dönüştüren sistemlerdir. İletken bir disk zamanla değişen manyetik akı yoğunluğuna maruz kaldığında iletkenin içinde akımlar akar. Bu akımlar kendi üzerinde kapanan akımlar olduğu ve malzeme içinde ortaya doğru çukurlaşacak şekilde dağıldığından girdap akımları adı verilir. Sistemde var olan mekanik enerji, girdap akımlarının karesi ve iletken malzemenin iç direncinin çarpımı ile harcanır. Girdap akımları akmaya başladığında kendisini oluşturan manyetik alana karşı yönde bir manyetik alan oluşturur. Bu iki manyetik alan şiddeti arasındaki ilişkiden frenleme kuvveti ortaya çıkar.Bugüne kadar girdap akım frenlerine dair pek çok çalışma yapılmış olsa da bu fren sistemlerinin manyetik olarak pek çok problemi barındırdığı aşikârdır. Yapılan çalışmalar sonucu ortaya pek çok analitik ifade ve matematiksel model ortaya konmuştur. Ancak yapılan incelemeler dar bir hız aralığında elde edilen analitik ifadelerden oluşmaktadır. Bu modellerden en çok öne çıkanlar Smythe, Schieber ve Wauterse?nin modelleridir. Bu analitik ifadeler elde edilirken çok fazla ihmal yapıldığından, kutuplar üzerindeki manyetik akı yoğunluğu çok basite indirgendiğinden, malzemenin doyması önemsenmediğinden ve en önemlisi endüvi reaksiyonunun hesaba katılmamasından dolayı elde edilen ifadelerin geniş hız aralıklarında doğru sonuçlar vermesi beklenemez. Modeller endüvi reasiyonunun ihmal edildiği doğrusal moment bölgesinde geçerlidir. Kurulan matematiksel modeller ya da yapılan analitik hesaplamalar girdap akımı frenlerinin fiziksel olgusunu anlamak ve bir takım tasarım koşulları belirlemek için ortaya konulabilir. Halen piyasada rastlanabilecek ticari frenlerin bilimsel detayları ticari kaygılar sebebi ile akademik çalışmalarda yer almamakta ve literatürde giriş ve çıkış büyüklüklerini birbirine bağlayan matematiksel ifadeler bulunmamaktadır.Mekanik, elektriksel ve manyetik olayları içeren karmaşık bir sistem olması sebebi ile sistemin zaman bölgesinde incelenmesi fazlası ile zordur. Bu sebeple yazılabilecek durum denklemleri üzerinden sistemin cevabını görmek nerede ise imkânsızdır. Bu sebeple elde edilecek tasarımların benzetiminin yapılması ve hesap kolaylığı açısından Sonlu Elemanlar Yöntemi gibi sayısal yöntemlerin kullanılması gerekliliği ortaya çıkmaktadır.Giriş ve çıkış büyüklüklerinin birbirine olan ilişkisi üzerinde tasarım işletme büyüklüklerinin etkisi vardır. İletken diskin geometrik, manyetik ve elektriksel özellikleri ile akıyı oluşturan kutuplar, bunların sayısı ve akıyı taşıyan hava aralığının boyu dışında akının iletken diski kesme hızı da oluşturulacak fren kuvveti üzerinde etkiye sahiptir. İletken diskin elektriksel iletkenliğinin artması fren sisteminde en yüksek frenleme momentinin artmasına ve kritik hız değerinin azalmasına neden olmuştur. İletken disk kalınlığının kalınlığının artması diskin elektriksel direncini artıracağından dolayı en yüksek frenleme momenti azalmış, kritik hız değeri de xxazalmıştır.M.Sc

Estimation of Induction Motor Equivalent Circuit Parameters from Manufacturer’s Datasheet by Particle Swarm Optimization Algorithm for Variable Frequency Drives

In recent years, industrial developments have made it necessary to control induction motors, used in both industrial and household applications, over a wide range of speeds. Thanks to vector-control algorithms, in order to control the torque in high-performance operations over wide-ranging speeds, the equivalent circuit parameters of the induction motor have to be known precisely. In this study, the equivalent circuit parameters of the induction motor are estimated only with the limited information shared by the manufacturer’s datasheets. The estimation method is based on the principle of solving nonlinear equations derived from the equivalent circuit of an induction motor by the particle swarm optimization algorithm. The proposed equation set and the algorithmic solution have been tested for 20 different induction motors and presented in comparison with the experimentally obtained equivalent circuit parameters. Moreover, the speed–torque characteristics obtained experimentally and calculated from the estimated equivalent circuit parameters for ten different selected motors are compared and the performance of the proposed algorithm is examined

Sensorless Scalar Speed Control of Induction Motor Wıth Flux and Slip Frequency Estimation

Bu çalışma, asenkron motorun hız kontrolü için algılayıcısız bir skaler denetim algoritması ortaya koymaktadır. İlk olarak, motor gerilimleri ve akımları ölçülerek stator akısı tahmin edilmiş ardından asenkron motorun matematiksel modeline göre kayma frekansı hesaplanmış ve uygulanması gereken gerilim değeri kayma frekansının değerine göre yeniden hesaplanmıştır. Stator direncinin üzerindeki düşen gerilimi kompanze etmek için otomatik gerilim yükseltme kontrolörü tasarlanmıştır. Kontrolör parametreleri doğadan ilham alan optimizasyon algoritmalarından olan genetik algoritma ile hesaplanmıştır. Son olarak, önerilen kontrol algoritmasının başarımını irdelemek için, 18 kW'lık bir asenkron motorda geniş bir hız aralığında benzetim sonuçları verilmiştir.This study presents a sensorless scalar control algorithm for speed control of induction motor. Firstly, the stator flux was estimated by measuring the motor voltages and currents, then the slip frequency was calculated according to the mathematical model of the induction motor and the voltage value to be applied was recalculated according to the value of the slip frequency. An auto-voltage boost controller is designed to compensate for the dropping voltage on the stator resistor. Controller parameters were calculated with a genetic algorithm, which is one of the nature-inspired optimization algorithms. Finally, simulation results over a wide speed range are given for an 18 kW induction motor to examine the performance of the proposed control algorithm

Extended Describing Function Modeling and Closed-Loop Control of LLC Converter in Battery Charging Applications

The variable switching frequency control of LLC converters makes the modeling and compensator design rather a difficult task. In this paper, an extended describing function modeling that can represent the beat frequency successfully has been examined in detail. The small signal model of the converter dynamics has been extracted for output current and voltage. Two compensators have been designed to close the loop for constant-current and constant-voltage operations considering main operating regions. The performances of the designed compensators have been verified under different load conditions. It has been shown that the designed controller successfully tracks the reference output current and voltage appropriately by adjusting the switching frequency

A Comprehensive Disturbing Effect Analysis of Multi-Sectional Rotor Slot Geometry for Induction Machines in Electrical Vehicles

Although the performance of an Induction Motor (IM) can be maximized for any speed by use of an inverter, there is still room to contribute by optimizing the rotor slot shape while decreasing the mechanical disturbing effects and acoustic noise. This paper focuses on the effect of different individual rotor slot shapes on the performance of an IM including overall space harmonic, vibration and acoustic effects. A number of rotor slot shapes were implemented to the rotor of a commercial IM and ef ciency of all designs were maximized for constant torque region by optimization. Afterwards, operational performance including starting, breakdown and rated operations; moreover, harmonic content and torque ripple were analyzed numerically in association with the mentioned rotor slot shapes. Best performing 4 rotor slot shapes in terms of chosen operational quantities were designated. Furthermore, the determined motors were carried out to vibration and acoustic noise analysis. Superposed acoustic disturbances in terms of sound power level for different harmonic frequencies were obtained and results are given in comparison. All-in-all, this paper contributes to associating the end-to-end disturbing effects to certain rotor slot shapes. This study determines disturbance and performance criterions for choosing an appropriate motor for an IM to be used in an electric vehicle. It was shown that rotor slot shape still deserves considerable attention to increase the performance of an IM while decreasing the adverse effects of space harmonics, mechanical vibration and acoustic disturbance

Analysis of a GaN based PWM AC-AC Converter with an Improved Switch Loss Model

AC-AC converters have a wide range of use in industrial applications mostly with installed silicon switches. In last decade, GaN’s are served to market with their high efficiency and fast on-off times, hence implementation of GaN’s to any conventional power electronic circuit is a focus of interest. In this paper, effects of both GaN and MOS switches on efficiency of an AC-AC converter were analysed both numerically and practically. A new extended mathematical loss model proposed by the authors was used to calculate the switching-conduction losses. Laboratory tests were performed with same physical circuit for both switches having the same package. Calculated and measured efficiencies and loss results which are in great harmony proved that the proposed mathematical loss model is extraordinarily realistic. All-in-all, it was observed that GaN and MOSFET switches have both high efficiencies (greater than 96.5%) at low switching frequencies, even though they operate at low power levels. With increasing switching frequency, GaN’s efficiency is slightly reduced (less than 0.5%) while that of MOSFET decreased dramatically almost by 3%. Besides, it was seen that at low frequencies, reverse diode has a significant effect on efficiency of a fast switch, although switching-conduction losses are extremely low