<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">donstu</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="epub">2687-1653</issn><publisher><publisher-name>Don State Technical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.23947/1992-5980-2019-19-4-357-365</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">donstu-1597</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCE</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Sensorless control of the high-speed switched reluctance generator of the micro power plant</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Бездатчиковое управление высокооборотным вентильноиндукторным генератором микроэнергетической установки</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-1669-2075</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Колпахчьян</surname><given-names>П. Г.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kolpakhchyan</surname><given-names>P. G.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>заведующий кафедрой «Электрические машины и аппараты»,  доктор технических наук, доцент</p></bio><email xlink:type="simple">kolpahchyan@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-3723-5375</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Ольховатов</surname><given-names>Д. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Olkhovatov</surname><given-names>D. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>инженер НИИ Математического моделирования и прогнозирования сложных систем</p></bio><email xlink:type="simple">olkhovatov@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Ростовский государственный университет путей сообщения</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Rostov State Transport University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Донской государственный технический университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Don State Technical University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2019</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>03</day><month>01</month><year>2020</year></pub-date><volume>19</volume><issue>4</issue><fpage>357</fpage><lpage>365</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Kolpakhchyan P.G., Olkhovatov D.V., 2019</copyright-statement><copyright-year>2019</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Колпахчьян П.Г., Ольховатов Д.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Kolpakhchyan P.G., Olkhovatov D.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/1597">https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/1597</self-uri><abstract><sec><title>Introduction</title><p>Introduction. In the distributed and autonomous generation systems using renewable energy sources, low-power generating units (not more than 100-200 kW) based on microturbines function. Microturbines operate most efficiently at high rotational speeds. In this regard, the generator running with a microturbine must also be a high-speed one. A generator is a switched reluctance electric machine (EM) that needs information on the rotor position. It is difficult to use a position sensor in such mechanisms at high speeds. This paper discusses the issues of sensorless control of a high-speed switched reluctance electric generator in conjunction with a steam microturbine.</p></sec><sec><title>Materials and Methods</title><p>Materials and Methods. So, it is required to evaluate the proof-of-principle developed to control a high-speed switched reluctance EM. For this purpose, a mathematical model has been created including models of the investigated EM, an electric power converter, and a control system. For the EM under consideration, the active resistance is determined, as well as the dependence of the phase flux linkage on the current flowing through it and the position of the moving element. The method used involves probing the idle phase of an electric machine with short voltage pulses of equal duration, and measuring the current in this phase. If the voltage pulse length is much shorter than the phase time constant, then the current pulse amplitude is inversely proportional to the inductance. Thus, registering the maximum current pulse amplitude, it is possible to determine the rotor passage through an uncoordinated position for the probed phase. This information is used to form control actions by other phases. Moreover, the length of the test voltage pulses, required to obtain current pulses sufficient for measuring the value, is of significance versus the duration of the pulsing time.  Hence, with an increase in the rotational speed, the number of test pulses is insufficient for measuring the position with the accuracy required for the control goals. This reduces drastically the precision of determining the rotor position; therefore, at high speeds, the application of this method is limited without further refinement of the rotor position. In this case, to increase the precision of measurements, it is necessary to evaluate the rate of current rise when applying the basic voltage pulse or the voltage pulse rate forming the phase current before switching to a single-pulse control mode. </p></sec><sec><title>Research Results</title><p>Research Results. Two conclusions important for correcting the estimation of the rotor position in a single-pulse operation mode of a reluctance EM are proved. The first conclusion is on the efficiency of the proposed technique of filtering phase current measurement data, the second one concerns the applicability of the identified information criteria. The analysis results of the processes in the switched reluctance EM using sensorless control that implements the described principles for determining the rotor position are presented.</p><p>Discussion and Conclusions. To correct the estimation of the rotor position, the following information criteria can be used: the presence of a pause between the excitation pulse and the start of the generation process; the decrease in current by the time the generation begins. To refine the estimate, the following fact can be used: on the generation interval, the current curve knee corresponding to the maximum phase inductance is observed at the same rotor position.</p></sec></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><sec><title>Введение</title><p>Введение. В распределенных и автономных системах генерации, использующих возобновляемые источники энергии, действуют генерирующие установки малой мощности (не более 100–200 кВт) на базе микротурбин. Наиболее эффективно микротурбины функционируют на высоких частотах вращения. В связи с этим генератор, работающий с микротурбиной, тоже должен быть высокооборотным. Генератор — это вентильно-индукторная электрическая машина (ЭМ), которой необходима информация о положении ротора. В таких механизмах при высоких оборотах затруднительно применение датчика положения. В данной статье рассматриваются вопросы бездатчикового управления высокооборотным вентильно-индукторным электрогенератором совместно с паровой микротурбиной.</p></sec><sec><title>Материалы и методы</title><p>Материалы и методы. Итак, необходимо оценить правильность разработанного принципа управления высокооборотной вентильно-индукторной ЭМ. С этой целью создана математическая модель, включающая модели исследуемой ЭМ, преобразователя электроэнергии и системы управления. Для рассматриваемой ЭМ определены активное сопротивление, а также зависимости потокосцепления фазы от протекающего через нее тока и положения подвижного элемента. Используемый метод предполагает зондирование неработающей фазы электрической машины короткими импульсами напряжения равной длительности и измерение тока в этой фазе. Если длительность импульса напряжения намного меньше постоянной времени фазы, то амплитуда импульса тока обратно пропорциональна индуктивности. Таким образом, регистрируя максимум амплитуды токового импульса, можно определить прохождение ротором несогласованного положения для зондируемой фазы. Эта информация используется для формирования управляющих воздействий другими фазами. При этом длительность тестовых импульсов напряжения, необходимая для получения импульсов тока достаточной для измерений величины, является значительной по сравнению с длительностью времени подачи этих импульсов. Поэтому с ростом частоты вращения за интервал измерений подается количество тестовых импульсов, недостаточное для измерения положения с необходимой для целей управления точностью. Это существенно снижает точность определения положения ротора, поэтому на высоких скоростях вращения ограничено применение такого метода без дополнительного уточнения положения ротора. Для повышения точности измерений в этом случае следует оценить скорость нарастания тока при подаче основного импульса напряжения или частоту следования импульсов напряжения, формирующих ток фазы до перехода в одноимпульсный режим управления.</p></sec><sec><title>Результаты исследования</title><p>Результаты исследования. Доказаны два вывода, важные для коррекции оценки положения ротора в одноимпульсном режиме работы реактивно-индукторной ЭМ. Первый — об эффективности предложенного метода фильтрации результатов измерения токов фаз, второй — о возможности использования выявленных информационных признаков. Приведены результаты анализа процессов в вентильно-индукторной ЭМ при использовании бездатчикового управления, реализующего описанные принципы определения положения ротора.</p></sec><sec><title>Обсуждение и заключение</title><p>Обсуждение и заключение. Для коррекции оценки положения ротора могут быть использованы следующие информационные признаки: наличие паузы между импульсом возбуждения и началом процесса генерации; снижение тока к моменту начала генерации. Для уточнения оценки может использоваться следующий факт: на интервале генерации перегиб кривой тока, соответствующий максимуму индуктивности фазы, наблюдается при одном и том же положении ротора.</p></sec></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>микротурбина</kwd><kwd>электрогенератор</kwd><kwd>вентильно-индукторная машина</kwd><kwd>бездатчиковое управление</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>microturbine</kwd><kwd>electric generator</kwd><kwd>switchedreluctance machine</kwd><kwd>sensorless control</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Do, V. L. Modeling, simulation and control of reluctance motor drives for high speed operation [Электронный ресурс] / V. L. Do, Та Cao Minh // 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition : рroc. — Режим доступа : https://ieeexplore.ieee.org/document/5316067 (дата обращения : 12.11.2019).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Do, V. L. Modeling, simulation and control of reluctance motor drives for high speed operation [Электронный ресурс] / V. L. Do, Та Cao Minh // 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition : рroc. — Режим доступа : https://ieeexplore.ieee.org/document/5316067 (дата обращения : 12.11.2019).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cai, J. A Position Sensorless Control of Switched Reluctance Motors Based on Phase Inductance Slope / J. Cai, Z. Deng // A Journal of Power Electronics. — 2013. — Vol. 13, № 2. — P. 264–274.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cai, J. A Position Sensorless Control of Switched Reluctance Motors Based on Phase Inductance Slope / J. Cai, Z. Deng // A Journal of Power Electronics. — 2013. — Vol. 13, № 2. — P. 264–274.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Xin, K. A new simple sensorless control method for switched reluctance motor drives / K. Xin, Z. Qionghua, J. Luo // Electrical Machines and Systems : Eighth International Conference, 27–29 September 2005 in Nanjing / IEEE. — 2005. — Vol. 1. — P. 594–598.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Xin, K. A new simple sensorless control method for switched reluctance motor drives / K. Xin, Z. Qionghua, J. Luo // Electrical Machines and Systems : Eighth International Conference, 27–29 September 2005 in Nanjing / IEEE. — 2005. — Vol. 1. — P. 594–598.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kolpakhchyan, P. Emergency Generator Design for the Maritime Transport Based on the Free- Piston Combustion Engine / P. Kolpakhchyan, A. Kochin, A. Shaikhiev // Our See. — 2015. — Vol. 62, is. 2. — P. 78–84.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kolpakhchyan, P. Emergency Generator Design for the Maritime Transport Based on the Free- Piston Combustion Engine / P. Kolpakhchyan, A. Kochin, A. Shaikhiev // Our See. — 2015. — Vol. 62, is. 2. — P. 78–84.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ефромеев, А. Г. Методика выбора вентильно-индукторного двигателя для построения физической модели привода / А. Г. Ефромеев, Д. И. Степаничев // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2011. — № 2. — С. 140–143.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ефромеев, А. Г. Методика выбора вентильно-индукторного двигателя для построения физической модели привода / А. Г. Ефромеев, Д. И. Степаничев // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2011. — № 2. — С. 140–143.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Александровский, С. В. Разработка математической и имитационной модели вентильноиндукторного двигателя / С. В. Александровский, Ю. Н. Петренко // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. — 2011. — № 2. — С. 15–22.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Александровский, С. В. Разработка математической и имитационной модели вентильноиндукторного двигателя / С. В. Александровский, Ю. Н. Петренко // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. — 2011. — № 2. — С. 15–22.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сарач, E. Б. Особенности моделирования электрической трансмиссии транспортного средства на примере линейного тягового электрического привода / E. Б. Сарач, А. А. Стадухин // Наука и образование. — 2011. — № 10. — С. 61.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Сарач, E. Б. Особенности моделирования электрической трансмиссии транспортного средства на примере линейного тягового электрического привода / E. Б. Сарач, А. А. Стадухин // Наука и образование. — 2011. — № 10. — С. 61.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Математическая модель вентильно-индукторной реактивной электрической машины / В. А. Дмитриевский [и др.] // Наука и образование. — 2011. — № 10. — С. 60.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Математическая модель вентильно-индукторной реактивной электрической машины / В. А. Дмитриевский [и др.] // Наука и образование. — 2011. — № 10. — С. 60.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hamzehbahmani, H. Modeling and simulating of single side short stator linear induction motor with the end effect / H. Hamzehbahmani // Journal of electrical engineering. — 2011. — Vol. 62, № 5. — P. 302–308.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hamzehbahmani, H. Modeling and simulating of single side short stator linear induction motor with the end effect / H. Hamzehbahmani // Journal of electrical engineering. — 2011. — Vol. 62, № 5. — P. 302–308.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sensorless control of the linear switched-reluctance motor of emergency power generator / P. Kolpakhchyan [et al.] // Journal of Electrical Engineering and Technology. — 2018. — № 13 (5). — P. 1956–1964.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sensorless control of the linear switched-reluctance motor of emergency power generator / P. Kolpakhchyan [et al.] // Journal of Electrical Engineering and Technology. — 2018. — № 13 (5). — P. 1956–1964.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
