Układ sterowania 5-fazową maszyną synchroniczną z magnesami trwałymi (PMSM)

Drive system with 5-phase permanent magnet synchronous machine (PMSM)

mgr inż. Krzysztof ŁUKSZA, prof. dr hab. inż. Jarosław GUZIŃSKI, dr hab. inż. Marcin MORAWIEC, dr inż. Filip WILCZYŃSKI

Abstract

The paper presents a proposed sensorless control system of a 5-phase permanent magnet synchronous machine (PMSM). The proposed system uses a state observer for the 1st harmonic variables and controls the 3rd harmonic variables in order to improve the torque density. A diagram of a complete control system is presented, along with the steady-state and transient waveforms registered during experimental tests on a prototype 5-phase PMSM machine.

Streszczenie

W pracy przedstawiono nowy układ sterowania bezczujnikowego 5-fazową maszyną synchroniczną z magnesami trwałymi zagłębionymi (IPMSM). Zaproponowany układ wykorzystuje obserwator stanu dla zmiennych w pierwszym układzie współrzędnych (1. harmoniczna), jak i drugim (3. harmoniczna), w celu zwiększenia gęstości momentu elektromagnetycznego. Zaprezentowano schemat kompletnego układu sterowania, przebiegi zmiennych w stanie ustalonym, jak również podczas stanów przejściowych, zarejestrowane podczas badań laboratoryjnych z wykorzystaniem prototypowej 5-fazowej maszyny PMSM.

Keywords

five-phase synchronous motor, multiphase electrical drive, sensorless speed control

Słowa kluczowe

pięciofazowa maszyna synchroniczna, wielofazowy napęd elektryczny, sterowanie bezczujnikowe

Rys. / Fig.

Bibliografia / Bilbiography

[1] E. Levi & R. Bojoi & F. Profumo & H. Toliyat & S. Williamson: (2007). “Multiphase induction motor drives - A technology status review.”, Electric Power Applications, IET. 1. 489 - 516. 10.1049/iet-epa:20060342.
[2] J. Guziński, G. Kostro, P. Strankowski, M. Morawiec, A. Iqbal: „Budowa i właściwości napędowe maszyny indukcyjnej pięciofazowej.” Automatyka-Elektryka-Zakłócenia, vol. 7, nr 4(26) 2016, s. 110-122
[3] E. Levi: “Multiphase Electric Machines for Variable-Speed Applications.”, IEEE Trans. Ind. Electron., 55 (2008), n.5, 1893-1909).
[4] C. Filho, R. Vieira: “Adaptive Full-Order Observer Analysis and Design for Sensorless Interior Permanent Magnet Synchronous Motors Drives”, IEEE Trans. Ind. Electron., 68 (2021), n.8, 6527-6536).
[5] M. Morawiec, K. Kroplewski: “Nonadaptive estimation of the rotor speed in an adaptive full order observer of induction machine”, Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, Vol. 68, No. 5, 2020.
[6] P. Zhao, G. Yang: “Torque Density Improvement of Five-Phase PMSM Drive for Electric Vehicle Applications”, Journal of Power Electronics, Vol. 11, No. 4, July 2011.
[7] J. Zhang & S. He & K. Wang: “Multi-Harmonic Currents Control Strategy for Five-Phase Permanent Magnet Machine with non-sinusoidal back-EMF”, IEEE Access, PP. 1-1. 10.1109/ACCESS.2020.2989323.
[8] V. Bobek: “PMSM Electrical Parameters Measurement”, Freescale Semiconductor Application Note, AN4680, Rev. 0, 02/2013.
[9] A. Lewicki, C. I. Odeh, D. Kondratenko and M. Morawiec: "Hybridized Space-Vector Pulsewidth Modulation for Multiphase Two-Level Voltage Source Inverter," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 37, no. 7, pp. 7663-7674, July 2022, doi: 10.1109/TPEL.2022.3145161.
[10] M. Adamowicz, Z. Krzemiński, M. Morawiec, P. Strankowski, J. Guziński: „Sterowanie multiskalarne pięciofazową maszyną indukcyjną”, Przegląd Elektrotechniczny 5/2016.