An inverter output power control based power factor correction (PFC) strategy is being extensively used for permanent magnet synchronous motor (PMSM) drives in appliances because such a strategy can considerably reduce the cost and size of the inverter. In this strategy, PFC circuits are removed and large electrolytic DC-link capacitors are replaced with small film capacitors. In this application, the PMSM d-q axes currents are controlled to produce ripples, the frequency of which is twice that of the AC main voltage, to obtain a high power factor at the AC mains. This process indicates that the PMSM operates under periodic magnetic saturation conditions. This paper proposes a back electromotive-force (back-EMF) estimator for the high-speed sensorless control of PMSM operating under periodic magnetic saturation conditions. The transfer function of the back-EMF estimator is analyzed to examine the effect of the periodic magnetic saturation on the accuracy of the estimated rotor position. A simple compensation method for the estimated position errors caused by the periodic magnetic saturation is also proposed in this paper. The effectiveness of the proposed method is experimentally verified with the use of a PMSM drive for a vacuum cleaner centrifugal fan, wherein the maximum operating speed reaches 30,000 rpm.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.9
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pp.1325-1333
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2017
The sensorless control of blushless DC motor(BLDCM) is based on the $120^{\circ}$ control in which the back electromotive force(Back EMF) for estimating the position of the rotor can be detected. However, the $120^{\circ}$ control has a disadvantage that the torque constant is small as compared with $180^{\circ}$ control which can not detect the back EMF. The $150^{\circ}$ control which complements these problems makes it possible to detect the back EMF and improve the torque constant by 12.5% compared to the $120^{\circ}$ control. Therefore, this paper compares the output characteristics of BLDCM through finite element method analysis (FEA) by the conventional and proposed control methods of BLDCM for water circulation system and proposes design for downsizing and weight reduction of BLDCM according to secured torque constant. The validity of the proposed control and design proposal is proved through simulation and experimental results by comparing the output characteristics of $120^{\circ}$ control and $150^{\circ}$ control.
Bu, Han-Young;Baek, Seung-Hoon;Han, Sang-Hoon;Cho, Young-Hoon
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.4
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pp.329-332
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2020
A back-electromotive force (back-EMF) estimator for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) uses the three-phase voltage references of a current controller to estimate rotor position. However, owing to voltage drops caused by the nonlinear characteristics of switches and passive components, the actual voltage in the motor and the three-phase voltage reference may not match. This study proposes a sensorless control method using a sine-wave output filter applied between the motor drive system and PMSM. The precise voltage in the motor can be measured with the sine-wave output filter and applied to the input of the estimator. Moreover, given that the voltage in the motor can be measured precisely at extremely low speeds, the stable operation range of the back-EMF estimator can be secured. Experimental results show that the proposed sensorless control method has stable operation at extremely low speeds compared with conventional sensorless control.
Six-step commutation control widely used in brushless DC (BLDC) motor can be applied to consequent pole permanent magnet (CPPM) belt starter generator (BSG) with trapezoidal back electromotive force (EMF) in the starter state. However, rotor position detection with three Hall sensors in BLDC motor can hardly be employed in CPPM BSG due to asymmetric flux distribution in each pole side of CPPM BSG. This paper presents a low-cost rotor position detection method for CPPM BSG in which six Hall sensors are proposed to be used based on the analysis of flux distribution by 3D FEA. In the method, the six Hall sensors are divided into three groups and two signals in each group are combined through performing logic operations. In addition, offset angle between back EMF and the related Hall signal can be compensated by moving the Hall sensors. Experiments of a 2 kW CPPM BSG prototype have also been performed to verify the proposed method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.104-111
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2018
The sensorless control of high efficiency air compressors using a permanent magnet type synchronous motor as an oil-free air compressor is quite common. However, due to the nature of the air compressor, it is difficult to install a position sensor. In order to control the permanent magnet type synchronous motor at variable speed, the inclusion of a position sensor to grasp the position of the rotor is essential. Therefore, in order to achieve sensorless control, it is essential to use a permanent magnet type synchronous motor in the compressor. The position estimation method based on the back electromotive force, which is widely used as the sensorless control method, has a limitation in that position errors occur due either to the phase delay caused by the use of a stationary coordinate system or to the estimated back electromotive force in the transient state caused by the use of a synchronous coordinate system. Therefore, in this paper, we propose a method of estimating the position and velocity using a rotation angle tracking observer and reducing the speed ripple through a disturbance observer. An experimental apparatus was constructed using Freescale's MPU and the feasibility of the proposed algorithm was examined. It was confirmed that even if a position error occurs at a certain point in time, the position correction value converges to the actual vector position when the position error value is found.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.10
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pp.1065-1072
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2008
A HDD adopts a sensorless brushless DC (BLDC) motor as a spindle motor. Because there is no direct sensor measuring rotor position. open loop commutations with inductive sensing are used to increase the rotor speed up to a certain speed where the zero crossings of the back electromotive force (EMF) voltage are measurable. Therefore, successful open loop commutations are necessary for the stable start-up control of the spindle motors. In this paper, the time scale and the number of the open loop commutations are employed for design parameters to guarantee robustness to torque constant variation and initial rotor position. The design results are verified by experiments on a very low current start-up of the spindle motor with various environment. The experimental results show that the design results can decrease the start-up failure rate considerably.
The unscented Kalman filter features a direct transforming process involving unscented transformation for removing the linearization process error that may occur in the extended Kalman filter. This paper proposes a reduced-order unscented Kalman filter for the sensorless control of a permanent magnet synchronous motor. The proposed method can reduce the computational load without degrading the accuracy compared to the conventional Kalman filters. Moreover, the proposed method can directly estimate the electrical rotor position and speed without a back-electromotive force. The proposed Kalman filter for the sensorless control of a permanent magnet synchronous motor is verified through the simulation and experimentation. The performance of the proposed method is evaluated over a wide range of operations, such as forward and reverse rotations in low and high speeds including the detuning parameters.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.224-229
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2008
With the wide use of mobile phones, a paging signal by a sound transducer acts as an environmental noise on many occasions, thus necessitating an alternative paging signal by a vibration motor. Conventional vibration motors employ three-phase windings with mechanical brushes for commutation. In this paper, a new one-phase brushless and sensorless vibration motor is introduced utilizing digital signal processor chips in cell-phones. For electromagnetic field analysis, two-dimensional modeling can be implemented to determine the back electromotive force using axisymmetric boundary conditions. Geometric design parameters, such as coil pitch and magnet pitch. are considered for performance optimization. Through the experiments, it is shown that the proposed design has the equivalent performance with reduced number of parts, thus enhancing manufacturing productivity and reducing manufacturing cost.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.53
no.12
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pp.709-717
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2004
Flux-reversal machine (FRM) is a new brushless doubly salient permanent magnet machine. Its operation is similar to that of the brushless DC motor, so it can be driven by 120 degree square wave voltage and use PWM pulse patterns in two-phase feeding scheme to control the speed. In this driving method, the back electromotive force (BEMF) current in the open phase is generated by the BEMF. It can be appeared or disappeared according to the changes of the neutral voltage of the machine. In this paper, the time-stepped voltage source finite-element method taking BEMF current into account is proposed. Its influences on the performances of the FRM are also investigated. To prove the propriety of the proposed analysis method, a Digital Signal Processor (DSP) installed experimental devices are equipped and the experiment is performed.
This paper discussed the research results on the development and output characteristics of single-phase direct drive 20W BLDC motor with ADC converter. It is designed to drive the rotor through PWM inverter switching and position the back electromotive force of the motor electrically 30° ahead of the hall sensor phase angle signal to ensure optimum switching time. As a major result of the characteristics evaluation, the maximum inverter efficiency was 92[%], the system efficiency was 53.34[%,] and the motor efficiency was 57.85[%].
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[게시일 2004년 10월 1일]
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