This paper presents a conceptual design approach of air-cored synchronous machine with high temperature superconductor (HTS) field winding. With a given configuration of a target machine, boundary conditions are set in the cylindrical coordinate system and analytic field calculation is performed by solving a governing equation. To set proper boundary conditions, current distributions of the field winding and the armature winding are expressed by the Fourier expansion. Based on analytic magnetic field calculation results, key machine parameters are calculated: 1) inductance, 2) critical current of field winding, 3) weight, 4) HTS conductor consumption, and 5) efficiency. To investigate all potential design options, 6 sweeping parameters are determined to characterize the geometry of the machine and the parameter calculation process is performed for each design options. Among design options satisfying constraints including >80 % critical current margin and >95 % efficiency, in this paper, a first-cut design was selected in terms of overall machine weight and HTS conductor consumption to obtain a lightweight and economical design. The goal is to design a 5-MW machine by referring to the same capacity machine that was previously constructed by another group. Our design output is compared with finite element method (FEM) simulation to validate our design approach.
This paper presents the optimal permanent magnet shape on the rotor of an interior permanent magnet motor to reduce the core losses and improve the performance. As permanent magnet has conductivity inherently, it causes huge amount of eddy current losses by the slot harmonics with concentrated winding. This loss is roughly 100 times larger than that of distributed winding in high speed operation and it cannot be ignored, especially on traction motors. Each eddy current loss on permanent magnet has been investigated in detail by using FEM(Finite Element Method) instead of EMCNM(Equivalent Magnetic Circuit Network Method) in order to consider saturation and non-linear magnetic property. Simulation-based DOE(Design Of Experiment) is also applied to avoid large number of analyses according to each design parameter and consider expected interactions among parameters. Consequently, the optimal design to reduce the core loss on the permanent magnet while maintaining or improving motor performance is proposed by an optimization algorithm using regression equation derived and lastly, the core loss reduction on the proposed shape of the permanent magnet is verified by FEM.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.19
no.10
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pp.942-946
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2006
We simulated insulation defects of stator winding wire on high voltage generator by 5 types. 4 types have one discharge source and other one has multi discharge source by simulation. For accurate decision, measurements used to PRPD pattern to occurred partial discharge source of various types. In this research, when PRPD pattern carried out or analyzed pattern recognition of discharge source, it used to powerful tools. In this result, PRPD Pattern defined to have single discharge source of 4 types by insulation defect. When insulation defect simulated, all the defected winding have not the same result. Errors for a little different can make mistakes from a subtle distinction. The difference between internal and void discharge have magnitude of pulse amplitude of inner discharge bigger than void discharge and have a shape of bisymmetry. But void discharge has a shape of bisymmetry against maximum value on polarity respectively. In cases of slot and surface discharge, we confirmed to show similar results those other researchers. In case of multi-discharge, as a result of we could classify not perfect match with occurred patterns in single discharge eachother. In the future, we will have to recognize and classify with results of multi-discharge.
An optimized space vector pulse width modulation (SVPWM) method with common mode voltage elimination and neutral point potential balancing is proposed for an open-end winding induction motor. The motor is fed from both of the ends with two neutral point clamped (NPC) three-level inverters. In order to eliminate the common mode voltage of the motor ends and balance the neutral point potential of the DC link, only zero common mode voltage vectors are used and a balancing control factor is gained from calculation in the strategy. In order to improve the harmonic characteristics of the output voltages and currents, the balancing control factor is regulated properly and the theoretical analysis is provided. Simulation and experimental results show that by adopting the proposed method, the common mode voltage can be completely eliminated, the neutral point potential can be accurately balanced and the harmonic performance for the output voltages and currents can be effectively improved.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.9
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pp.1597-1604
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2016
The speed at which the SRM (Switched Reluctance Motor) makes a transition from chopping control to single pulse operation. (i.e., low speed to high speed operation). It is unsatisfied with performance at all operational regimes. In this paper, the operational performance of SRM can be improved by using current hysteresis control method. This method maintains a generally flat current waveform. At the high speed, the current chopping capability is lost due to the development of the back-EMF. Therefore SRM operates in single pulse mode. By using zero-current switching and zero-voltage switching technique, the stress of power switches can be reduce in chopping mode. When the commutation from one phase winding to another phase winding, the current can be zero as fast as possible in this period because several times negative voltage of DC-source voltage produce in phase winding. This paper is compared to performance based on energy efficient C-dump converter topology and the proposed resonant C-dump converter topology. Simulation and experimental results are presented to verify the effectiveness of the proposed circuit.
The Theory of operation of switched reluctance motors (SRM) depends on the reluctance torque, where energy is transferred to stator winding only. Although its construction is simple, the electrical design is complex, due to the switching configuration needed to deliver power to stator coils. However, because of the nonlinearly of magnetic circuit, SRM has torque ripple. This paper proposes a new strategy to drive SRM from a single-phase AC supply. Each stator winding is connected to AC-DC or AC-AC converters, which is called branch. All branches are connected in parallel to a single-phase AC supply. A shaft encoder allows current production in stator winding during the positive torque production region and terminates it during the negative torque production region. A magnetic flux is produced between stator poles when current is supplied from AC supply to stator coil and repeats many cycles as long as the rate of change of stator inductance is positive. Different possibilities for the configurations of AC-AC or AC-DC converters are introduced to drive SRM from the single-phase AC supply. A case study is presented for a SRM fed from AC supply through semi-controlled AC-DC converter is presented. A simulation model is introduced and verified by experimental rig for two-phase SRM.
In this paper, the operational performance of SRM can be improved by using current hysteresis control method. This method maintains a generally flat current waveform. At the high speed, the current chopping capability is lost due to the development of the back-EMF. Therefore SRM operates in single pulse mode. By using zero-current switching and zero-voltage switching technique, the stress of power switches can be reduce in chopping mode. When the commutation from one phase winding to another phase winding, the current can be zero as fast as possible in this period because several times negative voltage of DC-source voltage produce in phase winding. This paper is compared to performance based on conventional C-dump converter topology and the proposed resonant C-dump converter topology Simulation and experimental results are presented to verify the effectiveness of the proposed circuit.
Due to the excessive zero-sequence voltage in dual three-level inverter fed open-end winding induction motor systems, zero-sequence circumfluence which is harmful to switching devices and insulation is then formed when operating in a single DC voltage source supplying mode. Traditionally, it is the mean value instead of instantaneous value of the zero-sequence voltage that is eliminated, through adjusting the durations of the operating vectors. A new strategy is proposed for zero-sequence voltage elimination, which utilizes unified voltage modulation and a decoupled SVPWM strategy to achieve two same-sized equivalent vectors for an angle of $120^{\circ}$, generated by two inverters independently. Both simulation and experimental results have verified its efficiency in the instantaneous value elimination of zero-sequence voltage.
This paper presents a new stand-alone wind-based induction generator system with constant frequency and adjustable output voltage. The proposed generator consists of a six-phase cage-rotor induction machine with two separate three-phase balanced stator windings and a three-phase space vector pulse width modulation inverter that operates as a static synchronous compensator (STATCOM). The first stator winding is fed by the STATCOM and used to excite the machine while the second stator winding is connected to the generator external load. The main frequency of the STATCOM is determined to be constant and equal to the load-requested frequency. The generator output frequency is independent of the load power demand and its prime mover speed because the frequency of the induced emf in the second stator winding is the same as this constant frequency. A sliding mode control (SMC) is developed to regulate the generator output voltage. A second SMC is used to force the zero active power exchanged between the machine and the STATCOM. Some simulation and experimental results are presented to prove the validity and effectiveness of the proposed generator system.
Ryu, Younggon;Kim, Sungnam;Jeong, Geunseok;Park, Jaesu;Kim, Duil;Park, Jongwook;Kim, Jingook;Han, Ki Jin
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.15
no.2
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pp.89-96
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2015
This paper describes the application of a passive noise cancellation method to a prototype inductor-inductor-capacitor (LLC) resonant converter by placing a compensation winding in a transformer to reduce common mode noise. The connection method for the compensation winding is investigated. A circuit analysis is implemented for the displacement currents between the primary and secondary windings in the transformer. The analyzed displacement currents are verified by performing a circuit simulation and a proper compensation winding connection that reduces common mode noise is found. The measurement results show that common mode noise is reduced effectively up to 20 dB in the 1 to 7 MHz frequency region for the prototype LLC resonant converter by using the proposed passive noise cancellation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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