Position estimation and stator resistance adaptation for PMSMs

Tässä työssä esitetään uusi vähennetyn kertaluvun havaitsija kestomagneettitahtimoottorille. Tahtimoottorin anturittomassa säädössä havaitsijan tarkoitus on tuottaa mitattujen staattorivirtojen ja jännitteiden avulla reaaliaikaista informaatiota roottorin asennosta takaisinkytkettyä säätöä varten. Työn alussa luvuissa 2-3 esitellään yleistä teoriaa tutkittavasta moottorityypistä, välijännitepiirillisestä taajuusmuuttajasta ja anturittomasta säädöstä. Luvussa 4 esitellään ehdotetunhavaitsijan yhtälöt ja johdetaan tälle stabiilisuusehdot analyyttisesti. Luvussa 5tutkitaan ehtoja simuloimalla ja tämän jälkeen luvussa 6 todetaan havaitsijan toimivuuslaboratoriokokeilla. Täyden kertaluvun havaitsija estimoi kaikkia moottorimallintilamuuttujia. Täyden kertaluvun havaitsijat ovat monimutkaisia, joten niiden stabiilisuuden selvittäminen on yleensä vaikeaa. Vähennetyn kertaluvunhavaitsija tarkoittaa rakenteeltaan sellaista tilaestimaattoria, jossa kaikkia järjestelmän tilamuuttujia ei estimoida, jos ne ovat mitattavissa. Työssä on esitetty joitakin esimerkkejä kummankin tyyppisistä havaitsijoista. Ehdotettu havaitsija on äärimmäisen yksinkertainen. Virtoja ei estimoida, koska ne ovat suoraan mitattavissa. Virtojen derivaatat ovat myös suoraan laskettavissa kahdesta viimeisestä näytteestä, joten niitäkään ei estimoida. Näin muodostuu havaitsija, jonka kertaluku on yksi. Havaitsijaan lisätään algoritmi staattoriresistanssin adaptointia varten. Tarvittavien viritysparametrien valinta selvitetään stabiilisuusanalyysin avulla. Ehdotetun havaitsijan virittäminen osoittautuu erittäin yksinkertaiseksi stabiilisuusehtojen ratkettua. Valittavana on käytännössä yksi parametri kulmaestimaattorille ja yksi resistanssin adaptointia varten. Lisäksi havaitsija osoittautui simuloinneissa ja laboratoriokokeissa erittäin hyvin toimivaksi aina prosenttiin nimellisnopeudesta astiA reduced-order observer for motion-sensorless permanent magnet synchronous motors (PMSMs) is proposed in this thesis. The function of the observer is to produce motor shaft angle information from measured stator voltages and currents. Stator currents do not need to be chosen as states of the observer because the currents are measured. The derivatives of the stator currents are calculated from their discrete samples. At the beginning of the thesis, a general theory of a PMSM and vector control is presented. Stator resistance adaptation is added to the observer. Relevant observers for position estimation are reviewed. Adequate selection of tuning parameters is made by means of the stability analysis. Stability criteria are confirmed by means of simulations. Operation of the observer is also tested in laboratory experiments. Tuning of the proposed observer is simple since stability criteria are known. There is only one parameter to tune for the angle estimator and one for resistance adaptation. The observer performs very well in simulations and also in laboratory experiments at very low speeds

Vedyn käyttö energiajärjestelmissä

Energiamuutos korvaa uusiutumattomia energianlähteitä puhtailla ja kestävämmillä energianlähteillä. Kaikki uusiutuvat energianlähteet eivät ole kuitenkaan tuotannoltaan vakaita, kuten esimerkiksi aurinko- ja tuulienergia. Samanaikaisesti energiankulutus kasvaa yhteiskuntien kasvun mukana. Energiamuutoksesta jäljelle jäävien energiamuotojen on pystyttävä vastaamaan kysyntään luotettavasti. Tulevaisuuden energianlähteistä erityisesti vety on suuren mielenkiinnon kohteena korkean energiasisällön ja päästöttömän käytön vuoksi. Opinnäytetyön toimeksiantaja Jyväskylän ammattikorkeakoulu halusi ajankohtaisen selvityksen vetyteknologiasta. Tehtävänä oli kerätä tietoa vetyyn liittyvistä asioista, kuten sen valmistamisesta, varastoinnista ja kuljetuksesta sekä sen asemasta tuotteena nykyhetkessä ja tulevaisuudessa. Tutkimuksen kohteena olivat myös vedyn käyttökohteet ja taloudellinen kannattavuus. Työn tavoitteena oli tuottaa toimeksiantajalle opetusmateriaalia ja perusta mahdollisille hankkeille vetyteknologiaan liittyen. Opinnäytetyö tehtiin kirjallisuuskatsauksena. Tieto kerättiin pääasiassa vetyteknologiaa käsittelevästä kirjallisuudesta ja artikkeleista. Tietokanavina toimivat myös energiaviranomaisten verkkosivut ja raportit, alalla toimivien yritysten tuote-esitteet sekä ajankohtaiset uutiset. Lähteiden luotettavuuteen perehdyttiin tutkimalla kirjoittajien kokemusta, tutustumalla lähteiden taustaan ja vertaamalla kerättyä tietoa keskenään. Työn tuloksena valmistui selvitys vedyn käytöstä energiajärjestelmissä. Vetyteknologiaa tutkitaan laajasti, mutta siitä huolimatta sillä ei ole kovinkaan suurta asemaa energiantuotannossa. Eräänä syynä on se, että uusiutumattomat energianlähteet ovat olleet edullisempia ja päästörajat väljempiä. Vetyteknologian yleistymistä hidastaa myös vedyn käsittelyn hankaluus. Prosesseihin tarvitaan vielä enemmän kehitystä ja kokemusta. Vetyteknologia on kuitenkin yleistymässä, ja vedyllä on tärkeä rooli kestävän ja päästöneutraalin energiantuotannon saavuttamisessa