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Theses Year : 2013

Sensorless control of synchronous permanent magnet motors by signal injection

Commande sans capteur des moteurs synchrones à aimants permanents par injection de signaux

(1)
1
Al Kassem Jebai
  • Function : Author
  • PersonId : 763686
  • IdRef : 168994011

Abstract

This thesis addresses the problematic of sensorless low speed operation of permanent magnet synchronous motors (PMSM) by signal injection. We focus on the effects of magnetic and cross saturations because their compensation is paramount to solve this problematic. We propose an original way of modeling magnetic saturation using an energy approach (Lagrangian and Hamiltonian formulations), where the physical symmetries are exploited to simplify the expression of the magnetic energy. Experimental data show that a simple polynomial of degree 4 is sufficient to describe accurately magnetic saturation effects. Then we propose a clear and original analysis based on second-order averaging of how to recover the position information from signal injection (using the proposed model). We give an explicit relation between stator current ripples and rotor position; this relation is used in real time operation. Such magnetic saturation model and the resulting position estimates were tested and validated on two types of motors: with interior and surface permanent magnets (IPM and SPM). Experimental results obtained on a test bench show that estimation errors of the rotor position do not exceed few electrical degrees in the low speed operating domain.
Cette thèse étudie la problématique du fonctionnement sans capteur et à basse vitesse des moteurs synchrones à aimant permanent par l'injection des signaux. Nous nous focalisons sur les effets de la saturation magnétique car leur compensation est primordiale pour résoudre cette problématique. Nous proposons une méthode originale pour modéliser la saturation magnétique en utilisant une approche énergétique (les formulations Lagrangienne et Hamiltonienne), où les symétries physiques sont exploitées pour simplifier l'expression de l'énergie magnétique. Les données expérimentales montrent qu'un polynôme de degré 4 est suffisant pour décrire avec précision les effets de la saturation. Ensuite, nous proposons une analyse claire et originale basée sur la moyennisation de second ordre et qui explique comment obtenir l'information de position à partir de l'injection des signaux (en utilisant le modèle proposé). Nous donnons une relation explicite entre les oscillations des courants statoriques et la position du rotor; cette relation est utilisée en temps réel. Ce modèle de saturation magnétique ainsi que la procédure d'estimation de position ont été testés et validés sur deux types de moteurs : avec des aimants permanents à l'intérieur ou sur la surface du rotor. Les résultats expérimentaux obtenus sur un banc de test montrent que les erreurs d'estimation de la position du rotor n'excèdent pas quelques degrés électriques dans la zone d'opération à basse vitesse.
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Dates and versions

pastel-00818400 , version 1 (26-04-2013)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00818400 , version 1

Cite

Al Kassem Jebai. Sensorless control of synchronous permanent magnet motors by signal injection. General Mathematics [math.GM]. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. English. ⟨NNT : 2013ENMP0003⟩. ⟨pastel-00818400⟩
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