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In this work, a brushless, harmonic-excited wound-rotor synchronous machine is investigated which utilizes special stator and rotor windings. The windings magnetically decouple the fundamental torque-producing field from the harmonic field required for the inductive power transfer to the field coil. In contrast to conventional harmonic-excited synchronous machines, the whole winding is utilized for both torque production and harmonic excitation such that no additional copper for auxiliary windings is needed. Different rotor topologies using rotating power electronic components are investigated and their efficiencies have been compared based on Finite-Element calculation and circuit analysis.
Purpose. To improve the efficiency of the closed-cycle operation of the field-orientation induction machine in dynamic behavior when load conditions are changing, considering the nonlinearities of the main inductance.
Methodology. The optimal control problem is defined as the minimization of the time integral of the energy losses. The algorithm observed in this paper uses the Matlab/Simulink, dSPACE real-time interface, and C language. Handling real-time applications is made in ControlDesk experiment software for seamless ECU development.
Findings. Adiscrete-time model with an integrated predictive control scheme where the optimization is performed online at every sampling step has been developed. The optimal field-producing current trajectory is determined, so that the copper losses are minimized over a wide operational range. Additionally, the comparison of measurement results with conventional methods is provided, which validates the advantages and performance of the control scheme.
Originality. To solve the given problem, the information vector on the current state of the coordinates of the electromechanical system is used to form a controlling influence in the dynamic mode of operation. For the first time, the formation process of controls has considered the current state and the desired future state of the system in the real-time domain.
Practical value. Apredictive iterative approach for optimal flux level of an induction machine is important to generate the required electromagnetic torque and to reduce power losses simultaneously.
Der vorliegende Beitrag zeigte die Anwendung eines Extended Kalman Filters für die Beurteilung des Verschleißzustandes von Rollenketten. Anders als in den üblicherweise eingesetzten signalbasierten Verfahren wurde damit ein modellbasierter Ansatz gewählt. Der Einsatz des Extended Kalman Filters ermöglicht die Schätzung von Parametern eines reduzierten Kettenmodells, das die Dynamik der einzigen Messgröße, nämlich des Drehmoments des antreibenden Motors näherungsweise nachbildet. Im Beitrag wurde dieses Verfahren auf Messdaten aus vier Dauerversuchen an Rollenketten eingesetzt und gezeigt, dass mit steigendem Verschleiß eine Änderung ausgewählter Modellparameter erfolgt.
Diese Vorgehensweise ist ein erster Ansatz, der durch weitere Forschungsarbeiten noch verbessert werden muss. In zukünftigen Forschungsarbeiten wird zusätzlich zur Parameterschätzung eine Prädiktion durchgeführt, um einen Schätzwert für die Restlebensdauer zu erhalten. Hierzu gibt es Ansätze in der Literatur, die auf das konkrete Problem angepasst werden müssen. Zudem muss die Modellierungssystematik so erweitert werden, dass Wissen über das Prozessverhalten in die Modellierung mit eingebracht wird, um die Aussagekraft der Ergebnisse sowie die Robustheit des Verfahrens bezüglich Betriebsparametern, Umgebungsbedingungen und Exemplarstreuungen zu verbessern.
A novel brushless excitation concept for synchronous machines with a rotating power converter is proposed in this paper. The concept does not need an auxiliary winding or any other modification to the machine structure apart from an inverter with a DC link capacitor and a controller on the rotor. The power required for the rotor excitation is provided by injecting harmonics into the stator winding. Thus, a voltage in the field coil is induced. The rotor inverter is controlled such that the alternating current charges the DC link capacitor. At the same time the inverter supplies the DC field current to the field coil. The excitation concept is first developed in theory, then presented using an analytical model and FEA, and lastly investigated with a prelimininary experimental setup.
In this work design rules for a novel brushless excitation system for externally excited synchronous machines are discussed. The concept replaces slip rings with a fullbridge active rectifier and a controller mounted on the rotor. An AC signal induced from the stator is used to charge the rotor DC link. The DC current for the rotor excitation is provided from this DC link source. Finite element analysis of an existing machine is used to analyze the practicability of the excitation system.
This paper discusses the optimal control problem for increasing the energy efficiency of induction machines in dynamic operation including field weakening regime. In an offline procedure optimal current and flux trajectories are determined such that the copper losses are minimized during transient operations. These trajectories are useful for a subsequent online implementation.
This paper presents an approach for the implementation of a modular and scalable power electronics device for controlling electric drives in the field of electric vehicles using wide bandgap semiconductor devices. The main idea is to achieve the required output currents or voltages by connecting adequately designed hardware modules in parallel or in series. This particular design is based on the fact that the single modules generate a continuous and specified output voltage from a given dc voltage, e.g. an intermediate circuit or battery voltage. The main benefit is, that different current or voltage requirements can be satisfied based on a single module thus decreasing development and production costs. The current paper focuses on the connection in parallel of such modules. A control architecture is illustrated and a first proof of concept is given.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Fehlspannung eines Stromrichters, an den eine Last, insbesondere in Form einer Drehfeldmaschine wie Asynchronmaschine, angeschlossen ist, bestimmt und ggf. kompensiert wird, wobei eine Ausgangsspannung an dem Stromrichter stufen- oder schrittweise erhöht und der sich hierbei als Sprungantwort einstellende Strom gemessen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drehfeldmaschine beispielsweise in Form einer Asynchronmaschine, mit einer Leistungselektronik umfassend einen tromrichter sowie einer Kompensationseinrichtung zum Kompensieren der Fehlspannung des Stromrichters, sowie weiterhin ein Verfahren zum Betreiben und/oder Steuern einer solchen Drehfeldmaschine, bei dem die Fehlspannung des Stromrichters bestimmt und kompensiert wird.
Ein wesentliches Ziel der unter dem Schlagwort Industrie 4.0 gebündelten neuen Entwicklungen ist die Vernetzung intelligenter Komponenten in industriellen Anlagen, um Prozesse transparenter und effizienter zu gestalten. Ein weiteres Ziel ist das Condition Monitoring, d.h. die Überwachung des Zustands der Komponenten während der Laufzeit und die Abschätzung der Restlebensdauer, damit die gesamte Lebensdauer der Komponente ausgenutzt und Wartungsintervalle besser geplant werden können. Die Bewertung des Komponentenzustands erfolgt anhand von Messgrößen, die entweder durch zusätzlich in den Prozess eingebrachte Sensoren erfasst werden oder durch Prozessdaten, die in den Regel- und Steuereinrichtungen verfügbar sind. Diese Messdaten werden ausgewertet und das Ergebnis wird dem Anwender angezeigt.
Der vorliegende Beitrag gibt einen kurzen Überblick über verwendete Messgrößen sowie verwendete Auswerteverfahren. Darüber hinaus wird ein Verfahren erläutert, das die Schwierigkeiten bei der Beurteilung der üblicherweise verwendeten Frequenzspektren vermeidet.
A simple determination of the error voltage compensation map for motor parameter identification
(2018)
This paper proposes a new method for determining the error voltage compensation map in a parameter identification procedure of three-phase induction motors with an inverter. The compensation curve depending on the motor current is determined using a simple procedure based on given reference voltage steps and the corresponding steady state values of the stator current of the induction motor.