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In this work, a comparison between different brushless harmonic-excited wound-rotor synchronous machines is performed. The general idea of all topologies is the elimination of the slip rings and auxiliary windings by using the already existing stator and rotor winding for field excitation. This is achieved by injecting a harmonic airgap field with the help of power electronics. This harmonic field does not interact with the fundamental field, it just transfers the excitation power across the airgap. Alternative methods with varying number of phases, different pole-pair combinations, and winding layouts are covered and compared with a detailed Finite-Element-parameterized model. Parasitic effects due to saturation and coupling between the harmonic and main windings are considered.
The current paper proposes a design method for an active damping approach for LC output filters in a power stage for motor control with continuous output voltage. The power stage uses GaN-HEMTs and operates at switching frequencies in a range between 500 kHz and 1MHz. The active damping of the output filter is achieved here by a feedback of the filter inductor current using a high-pass structure. The paper discusses the impact of this feedback on the system behavior and proposes a design method.
Class Phi2 amplifier using GaN HEMTs at 13.56MHz with tuned transformer for wireless power transfer
(2022)
This paper discusses a design procedure of a wireless power transfer system at a RF switching frequency of 13.56MHz. The wireless power transfer amplifier uses GaN HEMTs in aClass phi2 topology and is designed in order to achieve high efficiency and high power density. A design method for the load over a certain bandwidth is presented for a transformer with its tuning network.
In this work, a brushless, harmonic-excited wound-rotor synchronous machine without any auxiliary windings which can provide full torque at startup is investigated experimentally. The excitation power is transferred inductively by superimposing an additional harmonic field of different pole-pair number on top of the airgap field. This is achieved by feeding the parallel paths of the stator and rotor winding separately. A prototype for the harmonic-excited synchronous machine has been constructed and experimental results are presented to verify the concept. The main loss contributors are identified and the importance of considering core losses under harmonic excitation is discussed. A general analytical model for harmonic excited synchronous machines is proposed which enables a quick estimation of the iron core flux densities and the core losses generated by the additional harmonic currents.
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.
In diesem Beitrag wurde gezeigt, wie ein bereits bekanntes Verfahren zur modellprädiktiven Regelung zur Optimierung der Energieeffizienz einer Asynchronmaschine im dynamischen Betrieb eingesetzt werden kann. Dazu wurden zunächst die Beziehungen für die Verlustleistung bei alleiniger Berücksichtigung der Kupferverluste im dynamischen Betrieb hergeleitet. Ausgehend davon wurde das Optimierungsproblem formuliert, der Einfluss von Parametern des modellprädiktiven Verfahrens auf das Optimierungsergebnis untersucht und damit Vorschlagswerte für diese Parameter ermittelt. Der Vergleich mit zwei weiteren Verfahren ohne Optimierung bzw. mit Optimierung allein für stationäre Arbeitspunkte zeigt die Vorteile des modellprädiktiven Verfahrens.
In diesem Beitrag wurde gezeigt, wie mit Hilfe von Verfahren zur Analyse von Petri–Netzen ein in der Programmiersprache Kontaktplan erstelltes SPS–Programm analysiert werden kann. Das Ziel des Verfahrens ist dabei nicht eine Verifikation im eigentlichen Sinne sondern das Aufdecken von verbotenen oder unerwünschten Zuständen. Im Beitrag wurden Regeln zur Transformation des im Kontaktplan erstellten Ablaufs in ein Petri–Netz angegeben und anhand der Analyse eines fehlerhaft implementierten Ablaufs die Leistungsfähigkeit des Ansatzes vorgestellt. Das Beispiel zeigt, dass Programmfehler bereits vor einem Test an der realen Anlage erkannt werden können. Bei der weiteren Entwicklung des Verfahrens liegt ein Schwerpunkt auf der Verallgemeinerung auf im Kontaktplan entwickelte Programmorganisationseinheiten, die nicht nur reine
Abläufe implementieren. Ein weiterer wichtiger Entwicklungsschritt ist die graphische Unterstützung der Fehlersuche im Erreichbarkeitsgraphen, so dass insgesamt ein leistungsfähiges Werkzeug zur Unterstützung der Implementierung von Ablaufsteuerungen im Kontaktplan zur Verfügung steht.
In this article feedback linearization for control-affine nonlinear systems is extended to systems where linearization is not feasible in the complete state space by combining state feedback linearization and homotopy numerical continuation in subspaces of the phase space where feedback linearization fails. Starting from the conceptual simplicity of feedback linearization, this new method expands the scope of their applicability to irregular systems with poorly expressed relative degree. The method is illustrated on a simple SISO–system and by controlling the speed and the rotor flux linkage in a three phase induction machine.