Free shaft standstill identification and sensorless control of synchronous reluctance motors

In this thesis three methods to identify the non linear flux characteristics of any reluctance motor are addressed, along with a sensorless control scheme able to properly account for them and able to drive the motor effciently in the low-medium speed range, zero speed included. To achieve this a OCVC (optimal current vector control) control scheme is enhanced with HF (high frequency) injection to estimate rotor position. In the identi fication phase no external hardware (position sensors) nor additional machinery (load motor, brake) is used. Two of the three proposed methods perform automatically at standstill and free shaft during the drive start up, only relying on motor's power converter and control board. The (quasi) standstill condition is achieved by imposing fast torque oscillations. Thus the drive operability is guaranteed to be quick and low cost in any condition. The validity of the methods is shown both in simulation environment and through experimental tests. The ease of manufacturing and the mechanical robustness typical of synchronous reluctance motors together with the possibility of a plug and play identi cation and an effcient sensorless control makes them a palatable alternative to induction and permanent magnet motors not only in high performance drives but also in general purpose applications.

In questa tesi vengono presentati tre metodi per identi ficare le mappe non lineari di flusso di qualsiasi motore a riluttanza unitamente ad uno schema di controllo sensorless in grado di tenerle in considerazione in modo appropriato e di controllare il motore in modo efficiente in un range di velocità medio-basso, velocità nulla compresa. Per fare ciò uno schema OCVC (optimal current vector control) viene affiancato da un'iniezione ad alta frequenza per stimare la posizione del rotore. In fase di identifi cazione nessun componente aggiuntivo (sensori di posizione) ne macchinario esterno (carico controllato, freno) viene utilizzato. Due dei tre metodi proposti vengono eseguiti automaticamente a rotore fermo e libero durante la fase di accensione dell'azionamento, sfruttando solamente l'unita di potenza e la scheda di controllo del motore. La condizione di (quasi) rotore fermo viene ottenuta imponendo repentine oscillazioni di coppia. In questo modo la funzionalità dell'azionamento è garantita in breve tempo e a basso costo in ogni circostanza. La validità dei metodi presentati è dimostrata sia in ambiente di simulazione che attraverso test sperimentali. La semplicità di produzione e la robustezza meccanica tipica dei motori sincroni a riluttanza unitamente alla possibilità di un'identi ficazione "al volo" e ad un efficiente controllo sensorless fanno si che questi si pongano come una valida alternativa ai motori asincroni e a magnati permanenti non solo per quanto riguarda azionamenti ad alte prestazioni ma anche per applicazioni più ordinarie.