A Novel Approach to Detection of Some Parameters for IM

8/14/2019 A Novel Approach to Detection of Some Parameters for IM

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A N o v e l A p p r o a c h t o D e t e c t i o n o f Some P a r a m e t e r sf I d c t i o n M o r

P r o f . D r . H . B u l en t E r t a n a n d E r t a n M u r a t B a r i Q o l a kM i d d l e E a s t T e c h n i c a l U n i v e r s i t y , E l e c t r i c a l & TUBITAK - S p a c e T e c h n o l o g i e s R e s e a r c h I n s t i t u t e ,E l e c t r o n i c s E n g . D e p a r t m e n t 0 6 5 3 1 ODTU K a m p u s u ,A n k a r a , TURKEY A n k a r a , TURKEYE - m a i l : e r t a n @ m e t u . e d u . t r E m a i l : b a r i s . c o l a k @ u z a y . t u b i t a k . g o v . t rA b s t r a c t - - T h i s p a p e r d e s c r i b e s a n o v e l a p p r o a c h f o r o f f l i n e s p e e d m e a s u r e m e n t i s a l s o r e q u i r e d . I n t h i s p a p e r we s h a l ls t a t o r l e a k a g e i n d u c t a n c e a n d o n l i n e s t a t o r r e s i s t a n c e e s t i m a t i o n c o n s i d e r FOC o f a n i n d u c t i o n m o t o r .t h a t c a n b e u s e d f o r s e l f - t u n i n g o f i n d u c t i o n m o t o r d r i v e s . T h e T h e r e a r e t w o b a s i c m o d e l s f o r f i e l d - o r i e n t e d c o n t r o l o fp a p e r b r i e f l y d e s c r i b e s t h e t h e o r y b e h i n d t h e a p p r o a c h . T h e i n d u c t i o n m o t o r s [ 2 ] :p r o p o s e d m e t h o d s a r e e x p e r i m e n t a l l y t e s t e d o n a n i n d u s t r i a l m o d e l : T h i s m o d e l r e q u i r e s an a c c u r a t ei n d u c t i o n m o t o r a n d a l s o t e s t e d o n a w a s h i n g m a c h i n e m o t o r * e C u r r e n t of theo me constant a n a c c u r a t ed e s i g n e d f o r v a r i a b l e s p e e d o p e r a t i o n . T e s t r e s u l t s a r e g i v e n a n d m e a s u r e m e n t o f t h e r o t o r t i m e c o n s t a n t a n d a c c u r a t et h e r o b u s t n e s s o f t h e a p p r o a c h i s i l l u s t r a t e d . m e a s u r e m e n t o f m e c ha n i c a l s p e ed o f t h e m o t o r [ 3 ] ;* V o l t a g e m o d e l : T h i s m o d e l d o e s n o t r e q u i r e s p e e dI n d e x T e r m s - - I n d u c t i o n m o t o r d r i v e s , p a r a m e t e r e s t i m a t i o n , m e a s e m e n t h i s acurcd e p e n d s n q p r e c s ei n d u c t a n c ee a s u r e m e n t . ~ ~ ~ ~ ~ m e a s u r e m e n t ; h o w e v e r i t S a c c u r a c y d e p e n d s on p r e c i s eI n d u c t a n c e m e a s u r e m e n t . m e a s u r e m e n t o f s t a t o r r e s i s t a n c e a n d l e a k a g e

I . I N T R O D U C T I O N i n d u c t a n c e .T h e f i r s t a p p r o a c h i s a d v a n t a g e o u s i f t h e a d d i t i o n a l c o s t o fI n d u c t i o n m o t o r s h a v e b r o a d a p p l i c a t i o n i n i n d u s t r y d u e t o t h e s p e e d m e a s u r e m e n t i s n o t a p r o b l e m a n d i f a s p e e dt h e i r l o w c o s t a n d e a s y m a i n t e n a n c e . T h e r e a r e many m e a s u r e m e n t d e v i c e c a n b e i m p l e m e n t e d t o t h e m o t o r s h a f t .c o m m e r c i a l i z e d s o l u t i o n s f o r d r i v i n g i n d u c t i o n m o t o r s , t h e s e T h e s e c o n d a p p r o a c h i s a l s o c a l l e d " s e n s o r l e s s " i n t h e s e n s em e t h o d s u s e d i f f e r e n t k i n d o f c o n t r o l t e c h n i q u e s : s c a l a r t h a t a s h a f t s p e e d m e a s u r e m e n t i s n o t r e q u i r e d . H o w e v e r ,c o n t r o l , f i e l d o r i e n t a t i o n c o n t r o l ( F O C ) , d i r e c t t o r q u e c o n t r o l b e l o w a c e r t a i n s p e e d FOC i s n o t p o s s i b l e .( D T C ) , e t c . T o o b t a i n h i g h p e r f o r m a n c e f r o m a m o t o r d r i v e T h i s p a p e r a d d r e s s e s t w o s e p a r a t e i s s u e s . I n s e c t i o n ( I I ) aF OC a n d DTC t e c h n i q u e s a r e c o m m o n l y u s e d . T h e s e new a p p r o a c h i s p r e s e n t e d f o r d e t e r m i n a t i o n o f t h e s t a t o rt e c h n i q u e s r e q u i r e m o t o r p a r a m e t e r s ( s t a t o r r e s i s t a n c e , l e a k a g e i n d u c t a n c e o f a n i n d u c t i o n m o t o r f o r s e l f -i n d u c t a n c e , e t c ) t o b e k n o w n . T h e p r o c e s s o f d e t e r m i n i n g t h e c o m m i s s i o n i n g p u r p o s e s . I n s e c t i o n ( I I I ) , a n o v e l o n - l i n em o t o r p a r a m e t e r s b e f o r e t h e o p e r a t i o n i s c a l l e d " s e l f - s t a t o r r e s i s t a n c e m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e i s p r e s e n t e d .c o m m i s s i o n i n g " o r " s e l f - t u n i n g " . O n c e t h e m o t o r s t a r t sr u n n i n g , m o t o r p a r a m e t e r s may v a r y d u e t o c h a n g i n g I I . O F F L I N E S T A T O R L E A K A G E I N D U C T A N C E E S T I M A T I O Nt e m p e r a t u r e o f t h e m o t o r o r d u e t o o t h e r o p e r a t i n g c o n d i t i o n s , I n t h i s p a r t o f t h e p a p e r , w e s h a l l c o n c e n t r a t e ons u c h a s o p e r a t i n g t h e m o t o r a t v a r i o u s l e v e l s o f m u t u a l f l u x . I n t h odp a r t o f t h e leakageH e n c e , a n " i n t e l l i g e n t " m o t o r d r i v e r i s r e q u i r e d t o m e a s u r e i n t r o d u c i n g a m e t h o d f o r d e t e r m i n a t i o n o f t h e l e a k a g et h e m o t o r p a r a m e t e r s a l s o d u r i n g t h e o p e r a t i o n [ 1 ] o f t h e i n d u c t a n c e o f a n i n d u c t i o n m o t o r f o r s e l f - c o m m i s s i o n i n g .m o t o r d r i v e . C o n v e n t i o n a l t e s t s f o r d e t e r m i n i n g t h e i n d u c t i o n m o t o rH i g h p e r f o r m a n c e t o r q u e c o n t r o l l e d d r i v e s ( F O C , D T C , p a r a m e t e r s a r e n o t s u i t a b l e f o r i d e n t i f y i n g t h e p a r a m e t e r s o fe t c ) c o n t r o l t h e s t a t o r c u r r e n t s s o t h a t t h e f l u x a n d MMF a n i n d u c t i o n m o t o r d u r i n g s e l f - c o m m i s s i o n i n g .v e c t o r s a r e l o c a t e d a t t h e d e s i r e d p o s i t i o n s r e l a t i v e t o e a c h I n t h e l i t e r a t u r e q u i t e a n u m b e r o f s t u d i e s e x i s t w h i c ho t h e r . T h i s i s s u e i s d i s c u s s e d i n a n u m b e r o f b o o k s a n d t h e a d d r e s s t h e s e l f - t u n i n g p r o b l e m [ 3 - 7 ] . T h i s p a p e r p r e s e n t s a nd e t a i l s o f a p p l i c a t i o n o f FOC o r DTC t e c h n i q u e s a r e a l t e r n a t i v e m e t h o d , w h i c h may b e u s e d f o r t h e e s t i m a t i o n o fd i s c u s s e d i n many p a p e r s . T h e r e f o r e t h i s i s s u e s h a l l n o t b e t h e s t a t o r l e a k a g e i n d u c t a n c e o f an i n d u c t i o n m o t o r d u r i n gd i s c u s s e d h e r e . s e l f - c o m m i s s i o n i n g . N o t e t h a t i f t h e l e a k a g e i n d u c t a n c e i sI n g e n e r a l , d r i v e s c o n t r o l l e d b y F OC o r DTC h a v e m u t u a l a l r e a d y k n o w n , t h e sa me a p p r o a c h c a n b e u s e d f o r i d e n t i f y i n gf l u x a n d s h a f t t o r q u e r e f e r e n c e s , w h i c h t h e y t r y t o m e e t v i a a t h e s t a t o r r e s i s t a n c e v al ue d u r i n g o p e r a t i o n , i n a n i n t e r v a lc e r t a i n a l g o r i t h m . S u c h m o t o r d r i v e s c o m m o n l y m e a s u r e t h e w h e r e t h e m o t o r i s s t a t i o n a r y .t e r m i n a l v o l t a g e a n d p h a s e c u r r e n t s o f t h e m o t o r t h e y d r i v e .I n s o m e t y p e s o f d r i v e s t h e r o t o r p o s i t i o n m e a s u r e m e n t o r

1 - 4 2 4 4 - 0 7 4 3 - 5 / 0 7 / $ 2 0 . O O 2 0 0 7 I EEE 1 6 2 6Authorized licensed use limited to: Reva Institute of Tehnology and Management. Downloaded on October 6, 2008 at 6:57 from IEEE Xplore. Restrictions apply.


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T h e p r o p o s e d a l g o r i t h m g i v e n h e r e h a s t h e f o l l o w i n g W h e r e , R s i s t h e s t a t o r r e s i s t a n c e , I s i s t h e s t a t o r p h a s ea d v a n t a g e s o v e r o t h e r a l g o r i t h m s , w h i c h e x i s t i n t h e c u r r e n t , a n d 1 V r i s t h e r o t o r f l u x .l i t e r a t u r e : A t y p i c a l v a r i a t i o n o f t h e p h a s e c u r r e n t a f t e r t h e s h o r tc i r c u i t i s s h o w n i n F i g . 1 . A s h o r t t i m e i n t e r v a l r i g h t a f t e r* E s t i m a t i o n c a n b e p e r f o r m e d a t r a t e d f l u x o r c u r r e n t , s h o r t - c i r c u i t i n g a p h a s e ( t h i s i n t e r v a l i s much s h o r t e r t h a n t h eh e n c e i t s r e s u l t s a r e r e a l i s t i c [ 3 ] . r o t o r t i m e c o n s t a n t ) i s c a l l e d t h e " s u b - t r a n s i e n t r e g i o n " . S i n c e* T h e r e g i o n w h e r e t h e e s t i m a t i o n i s p e r f o r m e d i s m u c h t h e r o t o r f l u x i s a s l o w c h a n g i n g v a r i a b l e , i n t h e s u b - t r a n s i e n tl o n g e r t h e n t h e s o f t w a r e c o n t r o l c y c l e t o t a k e e n o u g h r e g i o n , t h e c h a n g e i n t h e r o t o r f l u x may b e n e g l e c t e d a n d i tn u m b e r o f c u r r e n t s a m p l e s , t h u s e n a b l i n g t h e may b e a s s u m e d t h a t t h e f l u x s t a y s a t t h e v a l u e s e t b y t h ea u t o m a t e d e s t i m a t i o n [ 5 ] . d r i v e . T h e r e f o r e , E q u a t i o n ( 2 ) may b e s i m p l i f i e d a n d t a k e t h e* T h i s m e t h o d c r e a t e s l i t t l e c o m p u t a t i o n a l b u r d e n f o r t h e f o r m s h o w n i n ( 4 ) . a L s ( s t a t o r t r a n s i e n t i n d u c t a n c e ) may b em i c r o p r o c e s s o r ; t h u s e l i m i n a t i n g n e e d f o r e x t r a c a l c u l a t e d u s i n g t h i s e q u a t i o n , p r o v i d e d t h a t t h e s t a t o rh a r d w a r e [ 5 , 6 ] . r e s i s t a n c e ( R s ) i s k n o w n a n d t h e s t a t o r c u r r e n t i s m e a s u r e d .* C u r r e n t m e a s u r e m e n t , u s e d f o r l e a ka g e i n du c t a n c em e a s u r e m e n t , i s a n o i s e f r e e s i g n a l ; n o f i l t e r i n g , w h i c h u = R I + a L d I s ( 4 )c o u l d i n f l u e n c e t h e m e a s u r e m e n t a c c u r a c y i s n e c e s s a r y s s s s d t[ 3 , 4 ] . ( T h e p h a s e i s s h o r t c i r c u i t e d d u r i n g t h e S u p p o s e t h a t t h e s t a t o r c u r r e n t i s m e a s u r e d a t e v e r y A tm e a s u r e m e n t a n d t h e c u r r e n t m e a s u r e d i s D C . ) s e c o n d s . I n t h i s c a s e , d l s m ay b e a p p r o x i m a t e d b y t h e* T h i s m e t h o d w o r k s e v e n f o r t h e m o t o rs w i t h l o w s t a t o r d i f f e r e n c e o f t h e t w o c o n s e c u t i v e m e a s u r e m e n t s o f c u r r e n t ,p h a s e v o l t a g e s , f o r w h i c h p a r a m e t e r e s t i m a t i o n i s n a m e l y b e t w e e n ' n ' t h a n d ' n - i ' t h m e a s u r e m e n t s . T h e r e f o r e ,p a r t i c u l a r l y d i f f i c u l t . E q u a t i o n ( 4 ) m ay b e w r i t t e n a s i n ( 5 ) a n d e a c h v a r i a b l e i s

A . T h e t h e o r y m e a s u r e d o r c a l c u l a t e d a t e v e r y A t s e c o n d s .S t a t o r t r a n s i e n t i n d u c t a n c e t e r m ( a L s ) r e f e r s t o t h e U s ( n ) = R s I s ( n ) + ( T L s ( n ) I s ( n ) - I s ( n - 1 )i n d u c t a n c e v al u e m e a s u r e d f r o m s t a t o r w i n d i n g t e r m i n a l s . A tS T a t o re r a n s i e ne i n e d u c y t a n e o l w i g e r m a io( [ 4 ] e e s :oteU)=R1n+ () AT h i s t e r m i s d e f i n e d b y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n [ 4 ] : R e - a r r a n g i n g ( 5 ) , t h e s t a t o r t r a n s i e n t i n d u c t a n c e i sx L = L s L L r + L m ( L s + L ) ( c a l c u l a t e d a t e v e r y A t s e c o n d s ( e a c h s a m p l e i s d e n o t e d b y ' n ' )J L s = L m + L r a s s h o w n i n ( 6 ) .W h e r e , L s a n d L r a r e s t a t o r a n d r o t o r l e a k a g e i n d u c t a n c e s , O L ( n ) - ( U s ( n ) - R s i s ( n ) ) A t ( 6 )r e s p e c t i v e l y ; a n d L m i s t h e m a g n e t i z i n g ( m u t u a l ) i n d u c t a n c e . I ( n ) -I ( n - l )W i t h t h e a s s u m p t i o n o f L m >> L r , u s u a l l y , s t a t o r t r a n s i e n t s (i n d u c t a n c e ( G L s ) i s c o n s i d e r e d a s t h e s u m o f s t a t o r a n d r o t o r I n t h e s u b - t r a n s i e n t r e g i o n , a L s i s c a l c u l a t e d " n " t i m e s ,

l e a k a g e i n d u c t a n c e s . When t h e m a c h i n e i s n o t e n e r g i z e d a n d w i t h 0 . 1 m s i n t e r v a l s u s i n g ( 6 ) . S i n c e t h e s t a t o r r e s i s t a n c e i st h e i n i t i a l f l u x i s z e r o a t s t a n d s t i l l , t h e m o t o r e q u i v a l e n t k n o w n ( c a n b e m e a s u r e d v i a s o m e w e l l - k n o w n m e t h o d ) , L sc i r c u i t m ay b e c o n s i d e r e d a s a s e r i e s c o n n e c t e d r e s i s t i v e - c a n b e f o u n d d i r e c t l y f r o m t h i s e q u a t i o n . I n t h e s u b - t r a n s i e n ti n d u c t i v e l o a d . r e g i o n , a p p r o x i m a t e l y f o r 1 m s , L s i s c a l c u l a t e d 1 0 t i m e sT h e p r o p o s e d s t a t o r t r a n s i e n t i n d u c t a n c e m e a s u r e m e n t ( e v e r y 0 . 1 I m s ) u s i n g ( 5 ) . J u s t a f t e r s h o r t - c i r c u i t i n g t h e t h em e t h o d r e l i e s o n f o r c i n g a u s e r - d e f i n e d d c c u r r e n t t h r o u g h t h e p h a s e , t h e r e may s t i l l b e p a r a s i t i c e f f e c t s o f t h e s w i t c h i n g t h a ts t a t o r p h a s e w i n d i n g s f o r s h o r t t i m e d u r a t i o n . T h i s c u r r e n t c o u l d l e a d t h e s e n s o r r e a d i n g e r r o r s , t h e r e f o r e t h e f i r s t f e we s t a b l i s h e s t h e f l u x i n t h e m o t o r . N o t e t h a t a p p l y i n g a s a m p l e s a r e o m i t t e d f r o m t h e m e a s u r e m e n t t o i g n o r e t h e s ec o n t r o l l e d c u r r e n t i s s a f e r t h a n a p p l y i n g t h e o p e n - c i r c u i t p o s s i b l e e f f e c t s . T h e v o l t a g e a n d c u r r e n t m e a s u r e m e n t s a r ev o l t a g e , w h i c h may l e a d t o o v e r c u r r e n t s i n t h e m a c h i n e a n d d o n e b y u s i n g t h e c u r r e n t a n d v o l t a g e s e n s o r s t h a t a l r e a d yt h e i n v e r t e r [ 3 ] . e x i s t i n t h e d r i v e .A f t e r t h e r o t o r f l u x i s b u i l t u p t o t h e d e s i r e d v a l u e ; t h e B . T h e t e s t M o t o r s a n d T h e D r i v es t a t o r p h a s e w i n d i n g s a r e s h o r t - c i r c u i t e d w i t h t h e a i d o f t h ei n v e r t e r , b y t u r n i n g o n t h e l o w e r p o w e r s w i t c h e s o f t h e T a b l e 1 a n d 2 s h o w t h e p r o p e r t i e s o f t h e d r i v e a n d t h ei n v e r t e r l e g s . A s s o o n a s t h e s t a t o r p h a s e s a r e s h o r t - c i r c u i t e d , m o t o r s u s e d t o p e r f o r m t h e m e a s u r e m e n t s f o r s t a t o rs t a t o r p h a s e v o l t a g e s d e c r e a s e t o z e r o a n d t h e s t a t o r p h a s e i n d u c t a n c e e s t i m a t i o n . M o t o r 1 i s a 3 - p h a s e , v a r i a b l e s p e e dc u r r e n t s s t a r t t o d e c r e a s e . A t t h i s c o n d i t i o n , t h e s t a t o r v o l t a g e i n d u c t i o n m o t o r d e s i g n e d t o b e u s ed i n a w a s h i n g m a c h i n e( U s ) a n d r o t o r m a g n e t i z i n g c u r r e n t ( I r ) a r e g i v e n b y t h e a p p l i c a t i o n ; M o t o r 2 i s a s t a n d a r d 3 - p h a s e 5 0 Hz i n d u c t i o nf o l l o w i n g e q u a t i o n s [ 4 ] : m o t o r . T h e p r o p o s e d a l g o r i t h m i s a p p l i e d f o r b o t h o f t h ed I d l m o t o r s w i t h t h e s p e c i f i e d d r i v e r i n T a b l e 1 . M o t o r 1 i s a m o r eU5=R5I + o L 5 s + ( 1 - 7 ) L 5 m ( 2 ) c h a l l e n g i n g m o t o r d u e t o l o w r a t e d p h a s e v o l t a g e ; t h e r e f o r ec i t c i t p a r a m e t e r e s t i m a t i o n f o r t h i s m o t o r i s l i k e l y t o b e m o r e

I m r = l / Y r / Lm ( 3 ) s e n s i t i v e t o m e a s u r e m e n t e r r o r s a n d a s s u m p t i o n s .

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T A B L E 1 a f t e r s h o r t - c i r c u i t i n g i s v e r y i m p o r t a n t f o r t h e s e k i n d s o fP R O P E R T I E S O F T B E D R I V E m o t o r s . A f t e r t h e s h o r t c i r c u i t , U s f a l l t o - 1 . 5 V o l t s , n o t 0v o l t s d u e t o s o m e t r a n s i e n t m e c h a n i s m s o c c u r r i n g i n m o t o rM i c r o - c o n t r o l l e r T I D S 1 1 0 2 B o a r d w i n d i n g s . - 1 V o l t i s a v e r y i m p o r t a n t v a l u e t h a t c o u l d a f f e c tt h e m e a s u r e d o f f l i n e p a r a m e t e r s .I n v e r t e r 1 2 0 0 V , 2 5 A , 3 p h a s e I P M F i g . 2 s h o w s t h e c a l c u l a t e d s t a t o r i n d u c t a n c e v a l u e sH a l l e f f e c t C u r r e n t a n d V o l t a g e s e n s o r s b e t w e e n t h e t o a n d t 1 i n s t a n t s s h o w n i n F i g . 1 . T h e s a m p l i n gM e a s u r e m e n t t i m e i s 0 . 1 I m s , t h e r e f o r e t h e t o t a l m e a s u r e m e n t t i m e d u r a t i o n( N o s p e e d s e n s o r ) i n t h i s c a s e i s a p p r o x i m a t e l y 1 m s . T h i s t i m e i n t e r v a l i s l o n gM o d u l a t i o n S p a c e v e c t o r ( P W M ) , PW M f r e q u e n c y 2 0 k H z e n o u g h a n d e v e n t h e l e a s t e x p e n s i v e p r o c e s s o r s c a n h a n d l et h e a l g o r i t h m .

T A B L E 2 A s s e e n i n t h e f i g u r e t h e c a l c u l a t e d l e a k a g e i n d u c t a n c eP R O P E R T I E S O F T i E M O T O R S U N D E R T E S T v a l u e s a r e v i r t u a l l y c o n s t a n t i n t h e ( t o , t l ) i n t e r v a l , a n d t h e nb e g i n t o r i s e a s t h e t i m e p r o g r e s s e s , w h i c h m e a n s t h a t t h e1 p e c i f i c a t i o n M O T O R IOT OR 2 a s s u m p t i o n t h a t r o t o r f l u x d o e s n o t v a r y i s n o l o n g e r v a l i d .T h i s k n o w l e d g e ca n b e u s e d t o s t a r t a n d s t o p t h eP o w e r 1 k W , 3 p h a s e 2 . 2 k W , 3 p h a s e m e a s u r e m e n t s .I n t h e i m p l e m e n t e d a l g o r i t h m b y t h e a u t h o r s , i f t h eF r e q u e n c y V a r i a b l e ( 1 0 - 2 5 0 H z ) 5 0 H z c a l c u l a t e d L s v a l u e s c h a n g e m o r e t h a n a p r e d e f i n e d r a t i o

S p e e d V a r i a b l e ( 5 0 0 - 1 2 0 0 0 r p m ) 1 4 2 0 r p m t o w a r d s t h e e n d o f t h e m e a s u r e m e n t p e r i o d , t h o s e v a l u e s a r en o t t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n . S i m i l a r l y , s a m p l e s t o b eR a t e d C u r r e n t a n d 3 2 5 A , 2 0 V / p h NA e x c l u d e d f r o m t h e f i r s t f e w m e a s u r e m e n t s a r e d e c i d e d o n t h eV o l t a g e @ 0 , 1 0 H z b a s i s o f i d e n t i f y i n g t h e s a m p l e a f t e r w h i c h t h e s u c c e s s i v eR a t e d C u r r e n t a n d i n d u c t a n c e m e a s u r e m e n t s r e m a i n w i t h i n a p r e d e f i n e d m a r g i n .V o l t a g e @ 5 0 H z 2 4 5 A 1 0 0 V / p h 3 1 A 2 2 0 V / p h From t h e d a t a s h o w n i n F i g . 2 , a v e r a g e v a l u e o f t h e l a s t 8s a m p l e s i s c a l c u l a t e d a s t h e s t a t o r l e a k a g e i n d u c t a n c e o fR a t e d C u r r e n t a n d 3 . 2 A 1 0 0 V / p h NA M o t o r 1 . T h e v a l u e f o u n d f r o m t h e m e t h o d i n t h i s p a p e r i sV o l t a g e , 2 5 0 H z , 2 . 6 7 mH. T h e v a l u e m e a s u r e d w i t h t h e c o n v e n t i o n a l n o - l o a da n d l o c k e d - r o t o r t e s t s i s 2 . 5 5 mH. T h e e r r o r b e t w e e n t h e t w oC . R e s u l t s v a l u e s i s l e s s t h a n 5 % ( 4 . 7 % ) , a n d may b e r e g a r d e d a s a nF i g . 1 s h o w s t h e m e a s u r e d s t a t o r p h a s e v o l t a g e ( U s ) a n d a c c u r a t e e s t i m a t i o n .s t a t o r p h a s e c u r r e n t v a l u e s ( I s ) d u r i n g a t e s t o n a c o m m e r c i a l T h e same t e s t i s p e r f o r m e d w i t h M o t o r 2 a n d e s t i m a t e dm o t o r o f 1 kW b y t h e a u t h o r s . A s m e n t i o n e d a b o v e a DC l e a k a g e i n d u c t a n c e v a l u e i s 1 2 . 4 mH. T h e m e a s u r e d v a l u e

c u r r e n t e q u a l t o t h e r a t e d v a l u e o f p h a s e c u r r e n t i s i n j e c t e d t o f r o m t h e c o n v e n t i o n a l t e s t s i s 1 1 7 mH A g a i n t h e e r r o r h a s at h e s t a t o r p h a s e . T h e a v e r a g e p h a s e v o l t a g e i s o n l y 3 . 5 V o l t s v e r y a c c e p t a b l e v a l u e o f 6 . 0 O .b e f o r e t h e s h o r t c i r c u i t o c c u r s , t h e r e f o r e t h e v o l t a g e v a l u e s

S t a t o r C u r e n t I s )

C - ) 2 -e S h o r t c i r c u i t> ) 1 . AALs i s c a l c u l a t e d i n t h ei n t e r v a l ( t o , t 1 )

0

> ._._______ . _ * I S t a t 6 r V o l t a g e ( U S s )-,~~~~~~~~~~~~~~~~~Sad- ----X--

0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5 4 . 0T i m e ( i n S )

F i g u r e 1 : S t a t o r p h a s e v o lt a g e ( U s ) a n d c u r r e n t ( I s ) v a l u e s d u r i n g m e a s u r e m e n t .



4/6

0 1 0( Ut 2U,

' t - t o t = t l0n 0

5 1 0 1 5 2 0Number o f s a m p l e s ( n )

F i g . 2 C a l c u l a t e d S t a t o r L e a k a g e I n d u c t a n c e v a l u e s f o r e a c h s a m p l e i n t h e ( t o , t 1 ) i n t e r v a lI I I . O N L I N E S T A T O R R E S I S T A N C E E S T I M A T I O N METHOD T h e m e t h o d p r o p o s e d h e r e p r o m i s e s t o e l i m i n a t e t h e

S e n s o r l e s s v e c t o r c o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r d r i v e s i s d i s a d v a n t a g e s o f a v a i l a b l e r e s i s t a n c e e s t i m a t i o n m e t h o d s .r e c e i v i n g w i d e a t t e n t i o n i n t h e l i t e r a t u r e . T h e e s t i m a t i o n o f A . T h e F i e l d O r i e n t a t i o n C o n t r o l M e t h o df e e d b a c k s i g n a l s ( e . g . f l u x v e c t o r , s p e e d , a n d f r e q u e n c y ) f o r I n t h i s p a p e r , t h e d r i v e w i t h a v e c t o r c o n t r o l a l g o r i t h mb o t h t h e r o t o r a n d s t a t o r - f l u x o r i e n t e d v e c t o r c o n t r o l m e t h o d s ;w h i c h a r e b a s e d o n t h e " v o l t a g e m o d e l " , b e c o m e s i n a c c u r a t e ; u i n g t h e " t a g e m e l " i s l e m e n d . c t h i s m o d ed u t s t t r r s s a c v a r i a t i o n . w i t t e p r t r . ' T i r e q u i r e s t h e s t a t o r r e s i s t a n c e a n d l e a k a g e i n d u c t a n c e t o b ed u e t o s t a t o r - r e s i s t a n c v a r i a t i o n w i t h t e m p e r a t u r e . e s t i m a t e d a c c u r a t e l y . T h i s s e c t i o n b r i e f l y d e s c r i b e s t h e v e c t o re s t i m a t i o n e r r o r b e c o m e s e s p e c i a l l y i m p o r t a n t n e a r z e r o c o n t r o l m e t h o d u s e d b t h e a u t h o r ss p e e d , w h e r e t h e s t a t o r r e s i s t a n c e v o l t a g e d r o p t e n d s t o b e yc o m p a r a b l e w i t h m a c h i n e c o u n t e r - e l e c t r o m a g n e t i c f o r c e a I t i w e l l k n o w n t h a t i a n i n d u c t o n m a c h i n e t h e t o r q u e i s( E M F ) . T h e r e f o r e , so me m e a ns o f a c c o u n t i n g f o r t h e a f u n c t i o n o f b o t h t h e s t a t o r a n d r o t o r c u r r e n t s , a l s o w h e nr e s i t a n c v a i a i o d u otmeaueiseta. s t a t o r c u r r e n t i S c o n t r o l l e d b o t h t h e r o t o r f l u x a n d t o r q u eO t n e m e r i a t h o n d u f o o r r e c t l y e s t a t i n g r t h es e s i s e n t i a n v a l v a l u e s are a f f e c t e d . H e n c e , a d i r e c t c o n t r o l o f t o r q u e w i t hOne m e t h o d f o r c o r r e c t l y e s t i m a t i n g t h e r e s i s t a n c e v a l u e s t t r c f ' . s b c m s i p o s b e [ I ] oee,bs t a t o r c u r r e n t s b e c o m e s i m p o s s i b l e [ 1 ] . H o w e v e r , b yd u r i n g o p e r a t i o n i s p l a c i n g t e m p e r a t u r e - s e n s i n g t h e r m i s t o r s m t r a n s f o r m i n g t h e t h r e e p h a s e s y s t e m ( a - b - c ) i n t o s t a t i o n a r y ( -t h e s t a t o r w i n d i n g i n a d i s t r i b u t e d ma n n er a n d m e a s u r i n g t h e a n d s y c h r o n o u s l y r o t a t i n g ( d - q ) r e f e r e n c e f r a m e s u s i n ga v e r a g e s t a t o r w i n d i n g t e m p e r a t u r e . O n c e t h e t e m p e r a t u r e o f y g rt q )t he i n i n i s knw esiatn t h s t t o r es i s t a n ce b e c o m e s C l a r k e a n d P a r k t r a n s f o r m a t i o n s r e s p e c t i v e l y a n d c o i n c i d i n gt h e d - a x i s a n d r o t o r f l u x ( W V ) ; t h e e l e c t r i c a l t o r q u e e q u a t i o na s i m p l e m a t t e r , g i v e n i t s v a l u e a t a k n o w n t e m p e r a t u r e [ 7 ] .H o w e v e r , t h e u s e o f s u c h s e n s o r s i n a s e n s o r l e s s d r i v e i s n o ta c c e p t a b l e . T p 3 L m 1 U I 7 )A n o t h e r m e t h o d f o r o n l i n e e s t i m a t i o n o f t h e s t a t o r e 2 2 Lr ( 7 )r e s i s t a n c e , b a s ed o n t h e z e r o - s e q u e n c e m o d e l , i s p r e s e n t e d i n[ 8 ] . T h e p r o p o s e d m e t h o d p r o v i d e s a n e s t i m a t e o f t h e s t a t o r W h e r e p i s t h e n u m b e r o f p o l e s , Wd i s t h e d - a x i sr e s i s t a n c e t h a t d o e s n o t r e q u i r e t h e k n o w l e d g e o f a n y o t h e r c o m p o n e n t o f t h e r o t o r f l u x a n d I s q i s t h e q - a x i s c o m p o n e n t o fp a r a m e t e r a n d i s i n d e p e n d e n t o f t h e d r i v e c o n t r o l s t r a t e g y . t h e s t a t o r c u r r e n t .T h e m e t h o d r e q u i r e s t h e n e u t r a l w i r e o f t h e m a c h i n e b ea v a i l a b l e a n d t h e m e a s u r e m e n t o f t h e p h a s e c u r r e n t s a n d q P A Lv o l t a g e s . H o w e v e r , i n s o m e c a s e s n e u t r a l w i r e i s n o tda v a i l a b l e . dHa a n d L e e p r o p o s e d a n o v e l o n l i n e i d e n t i f i c a t i o n m e t h o d I st h a t c a n b e u s e d f o r e s t i m a t i n g b o t h R , a n d R r [ 9 ] . I n t h i sa p p r o a c h a s m a l l m a g n i t u d e a n d l o w f r e q u e n c y ACc o m p o n e n t i s i n j e c t e d t o t h e f l u x c o m m a n d . T h e i ri d e n t i f i c a t i o n a l g o r i t h m f o r R s i s m o t i v a t e d f r o m t h e s t e a d y i s q c = as t a t e p o w e r f l o w b e t w e e n s t a t o r a n d r o t o r t h r o u g h t h e a i r g a p . _ _ _ _ _ _ _ _ S e ____.____T h i s m e t h o d c a n b e a p p l i e d o n l y u n d e r s t e a d y s t a t e Ic o n d i t i o n s . F u r t h e r m o r e t h e i n j e c t e d l o w f r e q u e n c y s i g n a l sm a y c a u s e p r o b l e m s a t l o w s p e e d . F i g . 3 V e c t o r d i a g r a m f o r f i e l d o r i e n t a t i o n o f i n d u c t i o n m o t o r



5/6

F i g . 3 s h o w s t h e v e c t o r d i a g r a m s o f t h e r e f e r e n c e f r a m e s , c a l c u l a t e d w i t h t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n :t h e p r o j e c t i o n s o f s t a t o r c u r r e n t a n d r o t o r f l u x , a n d t h e r o t o rf l u x p o s i t i o n w i t h r e s p e c t t o u - a x i s ( O e ) . I n t h e s t e a d y s t a t e , d O e ( U s q - I s q R s ) / s d - ( U s d - ' s d R s ) Y s qn a m e l y i f t h e d e r i v a t i v e o f 1 d i S z e r o , V d c a n b e e x p r e s s e d a s s= 22 ( 1 2 )f o l l o w s : d tY f r d = L m I s d ( 8 ) B . O n l i n e R e s i s t a n ce E s t i m a t i on Method

T h e r e f o r e , E q u a t i o n ( 7 ) c a n b e r e w r i t t e n a s i n ( 9 ) ; w h i c h T h e s t a t o r v o l t a g e v e c t o r a t u - P r e f e r e n c e f r a m e ( U s , a n dm e a n s w h e n t h e r o t o r f l u x i s m a i n t a i n e d c o n s t a n t , t h e t o r q u e U s p ) i s g i v e n b y [ 1 ] :o f t h e m o t o r c a n b e c o n t r o l l e d t h r o u g h I s d a n d I s q 1p 3 m j U = 3 u 2 + U ( 1 3 )T e = 2 I s d i s q ( 9 ) U, = R . I - ( 1 4 . a )

F i g . 4 s h o w s t h e F i e l d O r i e n t a t i o n C o n t r o l ( F O C ) s c h e m e U , s = R S I + ,w s ( 1 4 . b )u s e d b y t h e a u t h o r s . T h e d r i v e u t i l i z e s t h e v o l t a g e c o n t r o l F r o m t h e a b o v e e q u a t i o n s t h e s t a t o r r e s i s t a n c e i s g i v e n b y :m e t h o d w i t h o u t s p e e d s e n s o r s ; h e n c e t h e o b s e r v e d p a r a m e t e r s Ui n t h e d r i v e a r e t h e s t a t o r v o l t a g e s ( U s ) a n d t h e s t a t o r c u r r e n t s R U - C < I s a ( 1 5 )( I s ) . S i n c e i t i s a s s u m e d t h a t t h e s y s t e m i s b a l a n c e d , i t i s 'e n o u g h t o m e a s u r e t h e t w o o f t h e c u r r e n t s i n t h e t h r e e - p h a s e s w am o t r w t h e n s r s . A f t r to s a t o cufets nd o l t g e s a r e T h e o n l y u n k n o w n i n ( 1 5 ) i S V s , , w h i c h c a n b e f o u n d a sm o t o r w i t h s e n s o r s . A f t e r t w o s t a t o r c u r r e n t s a n d v o l t a g e s a r e e x p l a i n e d b e l ow . S i n c e I s a = I s a = 0 a t t h e z e r o c r o s s i n s t a n t o f I s am e a s u r e d a n d t r a n s f o r m e d i n t o d - q c o m p o n e n t s ( i s d a n d I s q ) , a n d t h e t o t a l f l u x l i n k a g e ( Y 5 ) i s t h e v e c t o r s u m m a t i o n o f t h et h e s e v a l u e s a r e c o m p a r e d w i t h t h e r e f e r e n c e v a l u e s , w h i c h a n d q c o m p o n e n t s o f n t h e f l u x i n k a g e a s s h o w a b e o w :a r e c a l c u l a t e d f r o m t h e r e f e r e n c e t o r q u e a n d f l u x v a l u e s u s i n g( 8 ) a n d ( 9 ) . T h e e r r o r i s i n s e r t e d i n t o a P l r e g u l a t o r i n o r d e r t o s = + = + ( 1 6 )g e n e r a t e t h e v o l t a g e r e f e r e n c e s f o r t h e PWM g e n e r a t o r , w h i c hu t i l i z e s S p a c e V e c t o r P u l s e W i d t h M o d u l a t i o n (SVPWM) w h e r e I s q i s known a n d Y s q = J L s I s qt e c h n i q u e .T h e a c t u a l s t a t o r ( V s ) a n d r o t o r f l u x ( V r ) a r e g i v e n b y t h ef o l l o w i n g e q u a t i o n s : a n d Y V f s d = Y f s d ( r e f ) ( 1 8 )

=( Us -R I d t ( 1 0 ) W h e r e V s d ( r e f i s t h e r e f e r e n c e v a l u e f o r t h e d-component o ft h e s t a t o r f l u x l i n k a g e . S u b s t i t u t i n g ( 1 7 ) a n d ( 1 8 ) i n t o ( 1 6 ) , V sc a n b e f o u n d . F r o m e q u a t i o n 1 4 a i t f o l l o w s t h a t ;r= L r ( 1 1 )m uUs a = - C W s s / 3 > V s ( U a ) ( 1 9 )T h e s y n c h r o n o u s s p e e d ( w o s ) , w h i c h i s t h e d e r i v a t i v e o f t h e C O sf l u x p o s i t i o n w i t h r e s p e c t t o a - a x i s ( 0 e ) , s e e n i n F i g . 3 , i s

l s q ref U s q re ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ U s ae f; | I n v e r s 3 - p h a s e L

A Novel Approach to Detection of Some Parameters for IM

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