Design and Simulation of an Inverter-Fed IM for Electric Vehicles

8/14/2019 Design and Simulation of an Inverter-Fed IM for Electric Vehicles

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D e s i g n a n d S i m u l a t i o n o f An I n v e r t e r - f e dI n d u c t i o n m o t o r f o r E l e c t r i c V e h i c l e sH u i j u a n l i u . Y i h u a n g z h a n g , Q i o n g l i n z h e n g , Dong wang a n d S i z h o u g u o

o f i n v e r t e r - f e d i n d u c t i o n m o t o r f o r e l e c t r i c v e h i c l e . A s a nA b s t r a c t - T h e v a r i a b l e - f r e q u e n c y i n d u c t i o n m o t o r u s e d i n e x a m p l e , t h e i n t e g r a t e d d e s i g n a n d c o n t r o l s i m u l a t i o n m e t h o de l e c t r i c v e h i c l e i s i n v e s t i g a t e d i n t h i s p a p e r . F i r s t l y t h e d e s i g n i s p r e s e n t e d a n d p r o g r a m m e d i n VB s o f t w a r e , w h i c h t a k e t h em e t h o d o f a v o l t a g e i n v e r t e r - f e d i n d u c t i o n m o t o r i s i n t r o d u c e d , d e s i g n s p e c i f i c a t i o n , i n t e r m s o f g e o m e t r y c o n s t r a i n t s , s u p p l ya n d t h e n t h e c a l c u l a t i o n m e t h o d s o f e l e c t r o m a g n e t i c p a r a m e t e r c h a r a c t e r i s t i c s , r e q u i r e d s t a t i c p e r f o r m a n c e , r e q u i r e d d y n a m i ca r e p r e s e n t e d a n d programmed i n VB ( V i s u a l B a s i c ) s o f t w a r e .B a s e d o n t h e g e o m e t r i c a l d i m e n s i o n s a n d p a r a m e t e r s , a p e r f o r m a n c e , a n d g e n e r a t e s a n o p t i m a l g e o m e t r y o f t h es i m u l a t i o n m o d e l i n t h e v e c t o r c o n t r o l s y s t e m i s u s e d t o p r e d i c t m a c h i n e . I t i s a p p a r e n t t h a t t h e d e s i g n r e q u i r e s a c o m p r o m i s et h e p e r f o r m a n c e s o f t h i s m a c h i n e . T h e c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e b e t w e e n a c h i e v i n g l o w l o s s e s o n o n e h a n d a n d h i g h p o w e rs i m u l a t i o n r e s u l t s a n d t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w s t h a t t h e d e n s i t y a n d w i d e s p e e d r a n g e o n t h e o t h e r . T h e e x p e r i m e n t a lp e r f o r m a n c e s o f t h e d e s i g n m a c h i n e a r e m a t c h e d f o r i t s r e s u l t s s h o w t h a t t h e p e r f o r m a n c e s o f t h e s a m p l e m o t o r a r ea p p l i c a t i o n . m a t c h f o r t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e e l e c t r i c v e h i c l e .I n d e x T e r m s - I n d u c t i o n m o t o r , M o t o r d e s i g n , S i m u l a t i o n , I I . MOTOR DESIGNV o l t a g e i n v e r t e r - f e d

I . I N T R O D U C T I O N A . I n i t i a l P a r a m e t e r D e s i g nT h e m a c h i n e d e s i g n p r o c e s s i n v o l v e s f i n d i n g a s u i t a b l e s e tJ N D U C T I O N ~ ~ ~ ~ ~O O S h v . a y a d a t g s o e h o f m a c h i n e d i m e n s i o n v a r i a b l e s t o s a t i s f y a s e t o f p e r f o r m a n c eI c o n v e n t i o n a l D C m o t o r , s u c h a s r o b u s t n e s s , l o w c o s t , a n d . . .w e l l e s t a b l i s h e d m a n u f a c t u r i n g t e c h n i q u e s , w e i g h t , e f f i c i e n c y . r e q u i r e m e n t s t a k i n g i n t o a c c o u n t m i n i m i z a t i o n o f c o s t , w e i g h tW i t h t h e d e v e l o p i n g o f t h e p o w e r e l e c t r o n i c a n d i n v e r t e r e t c . T h e b a s i c d e s i g n p a r a m e t e r s i n c l u d e n u m b e r o f p o l e s ,t e c h n i q u e s , I n d u c t i o n m o t o r s f e d b y v o l t a g e s s o u r c e i n v e r t e r s b a s e f r e q u e n c y , g e o m e t r y p a r a m e t e r s , a n d w i n d i n ga r e u s e d i n v a r i e t y o f i n d u s t r i a l , r e s i d e n t i a l a n d c o m m e r c i a l d i s t r i b u t i o n , a m o n g o t h e r t h i n g s . F a c t o r s , l i k e s w i t c h i n g -a p p l i c a t i o n s , s u c h a s e l e c t r i c v e h i c l e t r a c t i o n s y s t e m , t h e f r e q u e n c y , e l e c t r i c - m a g n e t i c l o a d , core l o s s e s , h a r m o n i cp a p e r m a k i n g a n d t h e s t e e l m a k i n g s y s t e m . T h e s t r u c t u r e o f t h e c u r r e n t , a n d t h e f l u x d i s t r i b u t i o n p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n t h ev a r i a b l e - f r e q u e n c y i n d u c t i o n m o t o r i s s a m e a s t h e g e n e r a l d e s i g n o f v a r i a b l e - f r e q u e n c y i n d u c t i o n m o t o r .. ~~~The c h o i c e o f J o l e n u m b e r i n v o l v e s a c o m d r o m i s e b e t w e e na s y n c h r o n o u s m o t o r . H o w e v e r d u e t o t h e i n v e r t e r - f e d s u p p l i e s p pm a c h i n e w e i g h t a n d e f f i c i e n c y . T h e h i g h i n v e r t e r f r e q u e n c ya n d t h e r e q u i r e m e n t s o f t h e a p p l i c a t i o n s , s u c h a s e l e c t r i cv e h i c l e t r a c t i o n s y s t e m , t h e p e r f o r m a n c e s o f t h e v a r i a b l e - r e q i e d b a m o t o r w i h s x p o l e s o r . m o r e l t h e c h if r e q u e n c y i n d u c t i o n m o t o r d i f f e r g r e a t l y f r o m t h o s e o f t h e b e t w e e n a t w o - o r f o u r - p o l e m o t o r . S i n c e t h e i n v e r t e r c a ng e n e r a l ~ ~ ~ ~ .asnhoosmtr.uhaswd p e ag,hg s u p p l y t h e r a n g e o f f r e q u e n c y f o r a t w o - o r f o u r - p o l e m o t o r t oe f f i i e n c y , l a h i g h p o w e r f t o r , h i g h p o w i e d e n s i t ,h i h t o p e r a t e a t t h e same s p e e d , t h e n f r o m t h e m o t o r d e s i g n p o i n t o fd e n s i t y , h i g h d e p e n d a b i l i t y a n d m i n i m u m e s i z e . S o t h e v i e w i t i s m e r e l y a m a t t e r o f s e l e c t i n g t h e p o l e n u m b e r t h a tv a r s i t y , h i a b l e f e q u e n n d u c t l i o m t orn d e s i g n i m e h i s m o s t h e g i v e s t h e maximum t o r q u e p e r p o u n d or p e r u n i t v o l u m e . Ond i f f e r e n t f r o m t h o s e o f t h e g e n e r a l i n d u c t i o n m o t o r . i s t h i s b a s i s , t h e f o u r - p o l e m o t o r i s s u p e r i o r .T h e h a r m o n i c c o n t e n t o f s t a t o r m m f w a v e may b ep a p e r w i l l p a y a t t e n t i o n t o t h e d i s c u s s i o n o f t h e d e s i g n f e a t u r e m i n i m i z e d b y a n a p p r o p r i a t e c h o i c e o f t h e s t a t o r s l o t n u m b e r

L i u h u i j u a n i s w i t h t h e S c h o o l o f e l e c t r i c e n g i n e e r i n g B e i j i n g J i a o t o n g a n d c o i l p i t c h . T h e m a g n i t u d e o f t h e n ' t h h a r m o n i c mmfU n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 C h i n a , ( p h o n e : 8 6 - 1 0 - 5 1 6 8 4 8 3 1 ; f a x : 8 6 - 1 0 - c o m p o n e n t i s p r o p o r t i o n a l t o t h e n ' t h h a r m o n i c w i n d i n g f a c t o r5 1 6 8 7 1 0 1 ; e - m a i l : h j l i u @ b j t u . e d u . c n ) . a n d i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o n .Z h a n g y i h u a n g i s w i t h t h e S c h o o l o f e l e c t r i c e n g i n e e r i n g B e i j i n g J i a o t o n gU n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 C h i n a , ( p h o n e : 8 6 - 1 0 - 5 1 6 8 7 1 0 5 ; f a x : 8 6 - 1 0 - A l j u d i c i o u s c h o i c eo f s t h e r o t o r s l o t n u m b e ri s n e c e s s a r y t o5 1 6 8 7 1 0 1 ; e - m a i l : y h z h a n g l @ b j t u . e d u . c n ) . a l l e v i a t e t h e u n d e s i r a b l e e f f e c t s o f h a r m o n i c f l u x e s s u c h a s ,Z h e n g q i o n g l i n i s w i t h t h e S c h o o l o f e l e c t r i c e n g i n e e r i n g B e i j i n g J i a o t o n g i r o n l o s s , n o i s e , v i b r a t i o n a n d c o g g i n g , c r a w l i n g a n dU n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 C h i n a , ( p h o n e : 8 6 - 1 0 - 5 1 6 8 8 2 8 1 ; f a x : 8 6 - 1 0 - s y n c h r o n o u s t o r q u e s5 1 6 8 7 1 0 1 ; e - m a i l : q l z h e n g s b j t u . e d u . c n ) t .W a n g d o n g i s w i t h t h e S c h o o l o f e l e c t r i c e n g i n e e r i n g B e i j i n g J i a o t o n g I n t h e s a m p l e m o t o r , t h e s t a t o r w i n d i n g i S a c o n v e n t i o n a lU n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 C h i n a , ( p h o n e : 8 6 - 1 0 - 5 1 6 8 7 0 8 4 ; f a x : 8 6 - 1 0 - d o u b l e l a y e r t y p e i n 3 6 s l o t s w i t h a c o i l p i t c h o f 8 s l o t s . The5 1 6 8 7 1 0 1 ) . r o t o r w i n d i n g i s a s q u i r r e l c a g e t y p e w i t h 3 3 c o p p e r b a r s .Guo s i z h o u i s w i t h t h e S c h o o l o f e l e c t r i c e n g i n e e r i n g B e i j i n g J i a o t o n gU n i v e r s i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 C h i n a , ( p h o n e : 8 6 - 1 0 - 5 1 6 8 7 0 8 4 ; f a x : 8 6 - 1 0 - B . Magnetic D e s i g n5 1 6 8 7 1 0 1 ) . T h e v a r i a b l e - f r e q u e n c y i n d u c t i o n m o t o r t o r q u e - s p e e dO - 7 8 0 3 - 9 7 6 1 - 4 / 0 7 / $ 2 0 . O O 2 0 0 7 I E E E 1 1 2Authorized licensed use limited to: Reva Institute of Tehnology and Management. Downloaded on October 6, 2008 at 7:3 from IEEE Xplore. Restrictions apply.


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e n v e l o p e s h o w s t h a t r a t e d c u r r e n t a t h i g h s p e ed s c a n n o t b e s u p p l y c h a r a c t e r i s t i c s , r e q u i r e d s t a t i c p e r f o r m a n c e , r e q u i r e dm a i n t a i n e d d u e t o t h e e f f e c t o f l e a k a g e r e a c t a n c e a n d t h e d y n a m i c p e r f o r m a n c e , a n d g e n e r a t e s a n o p t i m a l g e o m e t r y o fmaximum t o r q u e i s l i m i t e d b y t h e p u l l o u t t o r q u e . E v i d e n t l y t h e m a c h i n e . T h i s a p p r o a c h c o m b i n e s t h e r e s u l t s o b t a i n e dt h e s p e e d r a n g e o f t h e m o t o r i s l i m i t e d b y i t s p u l l o u t t o r q u e a t f r o m a m o d i f i e d m a g n e t i c e q u i v a l e n t c i r c u i t m e t h o d w i t h ah i g h s p e e d . T h i s i s p r o p o r t i o n a l t o t h e p r o d u c t o f f l u x , w h i c h d y n a m i c s i m u l a t o r i n w h i c h v a r i o u s c o n t r o l s t r a t e g i e s c a n b ei s p r o p o r t i o n a l t o t h e r a t i o o f v o l t a g e a n d f r e q u e n c y a n d t h e p r o g r a m m e d . F i g . 1 s h o w s a f r a m e o f t h e i n v e r t e r - m o t o r v e c t o rmaximum q a x i s r o t o r c u r r e n t . I n t h e f i e l d -w e a k en i n g r e g io n c o n t r o l s y s t e m . F i g . 2 s h o w s t h e d e s i g n m e t h o d o l o g y o fo f o p e r a t i o n , f l u x f a l l s w i t h i n c r e a s i n g f r e q u e n c y a n d t h e i n v e r t e r - f e d i n d u c t i o n m o t o r . O w i n g t o t h i s a n a l y s i s m o d e l i sc o n s e q u e n t r e d u c t i o n i n p u l l o u t t o r q u e i s e x a c e r b a t e d b y t h e c o u p l i n g w i t h t h e c l o s e d l o o p c o n t r o l m e t h o d ; i t i s t h e p r e f e c tf a l l i n v o l t a g e d u e t o t h e e f f e c t s o f l e a k a g e r e a c t a n c e . T o a p p r o a c h i n v a r i a b l e f r e q u e n c y i n d u c t i o n m o t o r d e s i g n .a c h i e v e a w i d e s p e e d r a n g e i t i s n e c e s s a r y t o m i n i m i z e t h e [ 5 , 6 ]l e a k a g e r e a c t a n c e .F o r a n i n d u c t i o n m o t o r i n a n e l e c t r i c v e h i c l e i t i s n e c e s s a r yt o l i m i t t h e l e a k a g e r e a c t a n c e i n o r d e r t o a c h i e v e t h e d e s i r e d |U c u r r e ns p e e d r a n g e . E v a l u a t i o n o f l e a k a g e r e a c t a n c e i s f a c i l i t a t e d b y +ju5te3 or +d i v i d i n g i t i n t o a n u m b e r o f c o m p o n e n t s , i . e . s l o t , e n d , F


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I I I . MOTOR P E R F O R M A N C E C A L C U L A T I O N a n d a c c u r r e n t i s n e a r l y c o n s t a n t . T h i s p r o d u c e s a n e a r l yT h e d e s i g n m e t h o d i n F i g . 2 e m p l o y s t h e e q u i v a l e n t c i r c u i t c o n s t a n t t o r q u e . Of c o u r s e , t h e p o w e r o u t o f t h e m o t o r i st o p r o v i d e t h e s p e c i f i e d p u l l o u t p o w e r a n d t o r q u e o v e r t h e p r o p o r t i o n a l t o s p e e d , s o p o w e r i n c r e a s e s l i n e a r l y w i t h s p e e d .f u l l s p e e d r a n g e . V a l u e s o f t h e c i r c u i t p a r a m e t e r s a r e T h i s m e t h o d o f c o n t r o l i s p o s s i b l e u n t i l t h e a c v o l t a g e r e a c h e sc a l c u l a t e d d u r i n g a n i t e r a t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s a n d t h e t h e maximum a v a i l a b l e f r o m t h e i n v e r t e r . T h i s p o i n t i s t h e e n dm a c h i n e p e r f o r m a n c e s u b s e q u e n t l y e v a l u a t e d b y c o m b i n e o f t h e c o n s t a n t t o r q u e r e gi o n a n d t h e b e g i n n i n g o f t h e c o n s t a n ta n a l y s i s o f t h e e q u i v a l e n t c i r c u i t a n d t h e c o n t r o l s t r a t e g i e s . p o w e r r e g i o n .T h i s w i l l a l l o w u s t o p e r f o r m a t i m e l y e f f i c i e n t o p t i m i z a t i o n I n c o n s t a n t p o w e r r e g i o n t h e i n v e r t e r s u p p l y a d j u s t a b l ew h i l e a c c e s s i n g t h e d e t a i l e d p e r f o r m a n c e o f t h e e l e c t r i c f r e q u e n c y t o t h e m o t o r . A C v o l t a g e i s n o l o n g e r a d j u s t a b l ev e h i c l e d r i v e , a n d t o p e r f o r m f i n e a d j u s t m e n t s o n t h e m o t o r s i n c e t h e i n v e r t e r i s p r o d u c i n g t h e maximum v o l t a g e , s o a cd e s i g n , t h e r e b y i m p r o v i n g t h e c o m p a c t n e s s , q u i e t n e s s a n d v o l t a g e i s c o n s t a n t . T h i s r e s u l t s i n t h e f l u x d e n s i t y d e c r e a s i n gp r o v i d i n g m o r e r o o m f o r d e v e l o p m e n t o f e f f i c i e n t c o n t r o l a s t h e r e c i p r o c a l o f s p e e d . T h e s l i p f r e q u e n c y i s i n c r e a s e d a ns t r a t e g i e s . ac c u r r e n t i s n e a r l y c o n s t a n t . T h i s p r o d u c e s a t o r q u e t h a tAn i n t e g r a t e d d e s i g n a n d c o n t r o l s i m u l a t i o n m e t h o d i s d e c r e a s e s a s t h e r e c i p r o c a l o f s p e e d , w h i l e p o w e r o u t o f t h ep r e s e n t e d t o t a k e t h e m o t o r d e s i g n s p e c i f i c a t i o n . T h e m o t o r i s n e a r l y c o n s t a n t .e l e c t r o m a g n e t i c l o a d s o n t y p i c a l o p e r a t i n g p o i n t s i n t h e T h e m o t o r p e r f o r m a n c e s o f e a c h o p e r a t i o n p o i n t d u r i n gc o n s t a n t p o w e r r e g i o n a r e s h o w n i n t a b l e I I I . D u r i n g t h i sT A B L E I I r e g i o n , t h e p u l l o u t p o w e r o f m o t o r i s 4 0 . 1 3 k W .ELECTROMAG N ETIC LOADS ON TYPICAL OPERATION POINTS

R a t e d E n d o f c o n s t a n t T A B L E I I IS t a r t i n g o p e r a t i o n p o w e r r e g i o n TH E PERFORMANCE OF T H I S MOTOR DURING CON STANT POWER REGIONp o i n t p o i n t S t a t o r L i n e L i n e E f f i c i e n c Power T o r q u e S p e e dS t a t o r f r e q u e n c y ( H z ) 5 1 0 0 1 6 2 f r e q u e n c y v o l t a g c u r r e n t f a c t o r ( N . m ) ( r p m )

Power (kW) 1 . 5 9 4 0 . 1 3 4 0 . 1 3 ~ ~ ~ ( H z ) e ( V ) ( A ) ) a t r (m rmP o w e r ( k W ) 1 . 5 9 4 0 . 1 3 4 0 . 1 3 1 0 0 2 0 0 1 5 3 . 8 7 . 9 3 9 4 . 7 9 9 2 1 2 8 . 7 2 2 9 6 7 . 3 9T o r q u e ( N . m ) 1 2 9 . 1 3 1 2 9 . 1 3 7 9 . 5 7 1 0 3 2 0 0 1 5 0 . 3 3 . 9 4 0 4 . 8 1 7 2 1 2 4 . 9 7 3 0 5 6 . 4 5L i n e v o l t a g e ( V ) 1 1 . 9 1 1 9 9 . 9 2 2 0 0 1 0 6 2 0 0 1 4 7 . 6 5 . 9 4 1 . 8 3 1 4 1 2 1 . 4 4 3 1 4 5 . 4 8L i n e c u r r e n t ( A ) 1 5 2 . 2 2 1 5 4 . 2 6 1 3 6 . 9 6 5 1 0 9 2 0 0 1 4 5 . 4 9 . 9 4 1 2 . 8 4 3 6 1 1 8 . 0 9 3 2 3 4 . 4 9M a g n e t i c d e n s i t y o f 1 7 5 1 2 1 7 5 1 2 1 2 0 6 1 1 1 2 2 0 0 1 4 3 . 7 3 . 9 4 1 5 . 8 5 3 6 1 1 4 . 9 3 3 3 2 3 . 4 9s t a t o r t o o t h ( G s ) 1 1 5 2 0 0 1 4 2 . 4 5 . 9 4 1 4 . 8 6 1 2 1 1 1 . 9 3 3 4 1 2 . 4 7M a g n e t i c d e n s i t y o f 1 5 4 5 6 1 5 4 5 6 9 5 0 0 1 1 8 2 0 0 1 4 1 . 4 7 . 9 4 1 1 . 8 6 7 3 1 0 9 . 0 9 3 5 0 1 . 4 4s t a t o r y o k e ( G s ) 1 2 1 2 0 0 1 4 0 . 5 1 . 9 4 1 3 . 8 7 3 1 0 6 . 3 9 3 5 9 0 . 4 2M a g n e t i c d e n s i t y o f 1 6 4 6 2 1 6 4 6 2 1 1 3 3 7 1 2 4 2 0 0 1 3 9 . 8 1 . 9 4 1 3 . 8 7 7 5 1 0 3 . 8 1 3 6 7 9 . 3 9r o t o r t o o t h ( G s )M a g n e t i c d e n s i t y o f 1 5 6 1 9 1 5 6 1 9 9 6 0 1 1 2 7 2 0 0 1 3 9 . 2 8 . 9 4 1 2 . 8 8 0 8 1 0 1 . 3 6 3 7 6 8 . 3 6r o t o r y o k e ( G s ) 1 3 0 2 0 0 1 3 8 . 7 4 . 9 4 1 4 . 8 8 4 1 9 9 . 0 3 3 8 5 7 . 3 3M a g n e t i c d e n s i t y o f 8 9 1 1 8 9 1 1 6 1 3 7a i r g a p (Gs)133 2 0 0 1 3 8 . 3 6 . 9 4 1 . 8 8 6 9 9 6 . 7 9 3 9 4 6 . 2 7C u r r e n t d e n s i t y o f 4 . 7 8 4 . 8 4 4 . 3 0 1 1 3 6 2 0 0 1 3 8 . 0 4 . 9 4 0 8 . 8 8 9 1 9 4 . 6 6 4 0 3 5 . 2s t a t o r ( A / m m 2 )C u a t r r e t d o . 1 3 . 1 3 . 1 8 1 3 9 2 0 0 1 3 7 . 8 1 . 9 4 0 5 . 8 9 1 9 2 . 6 2 4 1 2 4 . 1 5C U r r e n t d e n S i t Y O f 3 . 1 1 D 3 . 1 2 3 J . 1 8 O Ur o t o r b a r ( A / m m 2 ) 1 4 2 2 0 0 1 3 7 . 6 5 . 9 3 9 7 . 8 9 2 7 9 0 . 6 6 4 2 1 3 . 0 4C U r r e n t d e n S i t Y O f 3 . 3 3 3 . 3 5 3 . 4 1 4C u r r o t o d e o o p t( 2 ) 1 4 5 2 0 0 1 3 7 . 4 2 . 9 3 9 8 . 8 9 4 1 8 8 . 7 9 4 3 0 1 . 9 9r O t O r l o o p ( A / m m )S t a t o r c o p p e r l o s s e s 6 4 2 6 5 9 5 2 0 1 4 8 2 0 0 1 3 7 . 2 9 . 9 3 9 3 . 8 9 5 4 8 6 . 9 9 4 3 9 0 . 9 2( W )R o t o r c o p p e r W l o s s e s 4 4 6 4 5 1 4 6 9 1 5 1 2 0 0 1 3 7 . 2 1 . 9 3 8 8 . 8 9 6 4 8 5 . 2 7 4 4 7 9 . 8 2R o t o r c o p p e r l o s s e s 4 4 6 4 5 1 4 6 9( W ) 1 5 4 2 0 0 1 3 7 . 0 9 . 9 3 8 6 . 8 9 7 4 8 3 . 6 1 4 5 6 8 . 7 4I r O n l o s s e s ( W ) 2 0 9 8 8 7 1 7 1 5 7 2 0 0 1 3 7 . 0 2 . 9 3 8 3 . 8 9 8 2 8 2 . 0 1 4 6 5 7 . 6 4S t r a y l O S S e S ( W ) 8 2 0 1 2 0 0 1 6 0 2 0 0 1 3 6 . 9 7 . 9 3 7 9 . 8 9 8 8 8 0 . 4 7 4 7 4 6 . 5 5M O S t t O r q U e m U l t i P l e 3 . 2 3 4 . 7 6 2 . 6 0 8M o s t _ _ _ _ _ t o r q u e _ _ _ _ _ _ _ m u l t i p l e _ _ _ _ _ _ _ _ 3 _ _ 2 3 _ _ _ _ 4 _ _ 7 6 _ _ _ _ 2 _ _ 6 0 8 _ _ 1 6 2 2 0 0 1 3 6 . 9 6 . 9 3 7 7 . 8 9 9 1 7 9 . 5 7 4 8 0 0 . 4 8

c o n t r o l s y s t e m a r e g i v e n i n t a b l e I I .T h e m o t o r t o r q u e - s p e e d c u r v e h a s c h a r a c t e r i z e d b y t w o I V . T E S T I N G AND R E S U L T Sr e g i o n s o p e r a t i o n , c o n s t a n t t o r q u e a n d c o n s t a n t p o w e r . T h e T o i l l u s t r a t e t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h i s e l e c t r i c v e h i c l e d r i v ec o n s t a n t t o r q u e r e g i o n l i e s f r o m s t a n d s t i l l t o t h e b a s e s p e e d . I n s y s t e m , t h i s d r i v e s y s t e m i s t e s t e d w h i l e t h e c o n t r o l s t r a t e g y o ft h i s r e g i o n t h e i n v e r t e r i s o p e r a t e d i n PWM m o d e t o s u p p l y t h e s y s t e m i s c l o s e d l o o p v e c t o r c o n t r o l a n d t h e m o t o r i s f u l la d j u s t a b l e v o l t a g e a n d f r e q u e n c y t o t h e m o t o r . T h e a c v o l t a g e l o a d . T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f t h i s m o t o r a r e s h o w n i n t a b l ei s a d j u s t e d a s s p e e d ( f r e q u e n c y ) c h a n g e s t o m a i n t a i n c o n s t a n t I V , s u c h a s l i n e v o l t a g e , l i n e c u r r e n t , p u l l o u t p o w e r , m o t o rf l u x d e n s i t y i n t h e m o t o r . T h e a c v o l t a g e , t h e r e f o r e , b a s i c a l l y e f f i c i e n c y , m o t o r s p e e d a n d t o r q u e . T a b l e V s h o w s t h e t e s ti n c r e a s e s p r o p o r t i o n a l l y w i t h s p e e d ( f r e q u e n c y ) . T h e r e s u l t s c o n t r a s t w i t h t h e d e s i g n d a t a . F i g . 3 s h o w s t h ef r e q u e n c y o f t h e v o l t a g e i n d u c e d i n t h e r o t o r i s h e l d c o n s t a n t e x p e r i m e n t a l v o l t a g e , c u r r e n t a n d FFT a n a l y s i s a t r a t i n g s p e e d

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4/4

( n = 2 9 6 7 r p m ) . I t c a n b e o b s e r v e d f r o m T a b l e V t h a t t h e e f f i c i e n c y a n d p o w e r f a c t o r t h r o u g h o u t t h e r e g i o n a n dc o n t r o l s t r a t e g y a n d t h e m o t o r d e s i g n i s m a t c h f o r t h e a v a i l a b l e i n v e r t e r c u r r e n t s . T h e m o t o r l e a k a g e i n d u c t a n c er e q u i r e m e n t s o f t h e e l e c t r i c v e h i c l e . c a n n o t b e b a s e d s o l e l y o n m o t o r d e s i g n i s s u e s o r r e q u i r e dp u l l o u t t o r q u e b u t m u s t a l s o c o n s i d e r t h e e f f e c t s o n h a r m o n i cT A B L E I V r i p p l e c u r r e n t , c h o p p i n g f r e q u e n c y , f u n d a m e n t a l a c c u r r e n t ,T H E T E S T I N G R E S U L T S O F T H I S M O T O R a n d p e a k t r a n s i s t o r c u r r e n t . An i n t e g r a t e d d e s i g n a n d c o n t r o lS t a t o r L i n e L i n e E f f i c i e n c P u l l o u t T o r q u e S p e e d p e a k c r r e n t . o d e s i g nf r e q u e n c y v o l t a g e c u r r e n t E P o w e r ( N m ) ( r p m ) s i m u l a t i o n m e t h o d i s p r e s e n t e d t o t a k e t h e m o t o r d e s i g n( H z ) ( V ) ( A ) 7 (12) s p e c i f i c a t i o n . T h e c o m p a r i s o n b e t w e e n t e s t r e s u l t s a n d d e s i g n5 1 . 2 1 1 0 0 . 9 1 5 0 . 4 2 . 8 9 6 1 9 . 2 8 1 2 9 1 4 6 6 r e s u l t s s h o w s t h a t t h e c o n t r o l s t r a t e g y a n d t h e m o t o r d e s i g n i s6 3 . 5 8 1 2 4 . 6 9 1 5 3 . 6 5 . 9 0 8 2 4 . 1 3 1 2 9 1 8 2 5 m a t c h f o r t h e e l e c t r i c v e h i c l e t r a c t i o n s y s t e m .7 6 . 1 5 1 5 4 . 3 9 1 5 3 . 8 9 . 9 1 5 3 0 . 1 4 1 2 9 2 2 7 88 8 . 6 8 1 7 8 . 1 4 1 5 4 . 0 8 . 9 2 3 3 5 . 0 9 1 2 9 2 6 3 59 8 . 1 2 1 9 5 . 9 6 1 5 4 . 2 2 . 9 3 5 3 9 . 1 5 1 2 9 2 9 0 8 REFERENCES

[ 1 ] V l a d o . O s t o v i c , "A m e t h o d f o r e v a l u a t i o n o f t r a n s i e n t a n d s t e a d y s t a t eTABLE V p e r f o r m a n c e i n s a t u r a t e d s q u i r r e l c a g e i n d u c t i o n m a c h i n e s , " I E E E T r a n s .T H E T E S T R E S U L T S CONTRAST W I T H T H E D E S I G N DATA On E n e r g y C o n v e r s i o n , v o l . E C - 1 , 1 9 8 6 , p p l 9 0 - 1 9 2S p e e d I n p u t P u l l o u t [ 2 ] E u g e n e A . K . , " P o l y p h a s e I n d u c t i o n M o t o r P e r f o r m a n c e a n d L o s s e s o n( r p m ) p o w e r P o w e r E f f i c i e n c y N o n s i n u s o i d a l V o l t a g e S o u r c e , " I E E E T r a n s . On P A S , N o . 3 . 1 9 6 8 ,( k W ) ( k W ) p p 6 2 5 - 6 3 4t e s t 7 4 7 1 1 . 7 1 5 1 0 . 1 1 0 . 8 6 3 [ 3 ] B . J . C ha l m er s , " I n d u c t io n -M o t o r L o ss e s d u e t o n o n s i n u s o i d a l S u p p l yd e s i g n 7 5 0 1 2 . 2 5 1 0 . 8 2 0 . 8 8 3 W a v e f o r m s , " P r o c , I E E E , v o l . 1 1 5 , N o . 1 2 , 1 9 6 8 , p p l 7 7 7 - 1 7 8 2t e s t 1 1 0 7 . 1 6 . 4 8 1 4 . 4 2 0 . 8 7 5 [ 4 ] S . D . T . R o b e r t s o n , K . M . H e b b a r . " T o r q u e p u l s a t i o n i n i n d u c t i o n m o t o rd e s i g n 1 1 1 0 1 6 . 8 5 1 4 . 9 3 0 . 8 8 6 w i t h i n v e r t e r d r i v e r s , " I E E E , T r a n s . I n d . G e n . A p p l . v o l , I G A - 7 , 1 9 7 1 ,t e s t 1 4 6 6 2 1 . 5 2 1 9 . 2 8 0 . 8 9 6 p p 3 1 8 - 3 2 3d e s i g n 1 4 7 0 2 2 . 1 4 2 0 . 1 7 0 . 9 1 1 [ 5 ] L i y i f e n g , G a o p e i q i n g , " T h e c h a r a c t e r i s t i c c u r v e c a l c u l a t i o n o f t h et e s t 1 8 2 5 2 6 . 5 7 2 4 . 1 3 0 . 9 0 8 i n d u c t i o n t r a c t i o n m o t o r f e d b y i n v e r t e r , " E l e c t r i c D r i v e f o r L o c o m o t i v e ,d e s i g n 1 8 3 0 2 7 . 0 9 2 4 . 9 5 0 . 9 2 1 N o . 6 , 1 9 9 7 , p p 8 - 1 1 .t e s t 2 2 7 8 3 2 . 9 4 3 0 . 1 4 0 . 9 1 5 [ 6 ] G a o p e i q i n g , " T h e d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f t h e i n d u c t i o n m o t o rd e s i g n 2 2 8 0 3 3 . 1 6 3 0 . 8 7 0 . 9 3 1 f o r e l e c t r i c t r a c t i o n , " E l e c t r i c D r i v e f o r L o c o m o t i v e , N o . 5 , 1 9 9 8, p p 2 3 -t e s t 2 6 3 5 3 8 . 0 1 3 5 . 0 9 0 . 9 2 3 2 6 .d e s i g n 2 6 4 0 3 8 . 3 7 3 5 . 8 4 0 . 9 3 4 [ 7 ] G . A . K a u f m a n a n d A . B . P l u n k e t t , " S t e a d y - s t a t e P er f o r m a n c e o f at e s t 2 9 0 8 4 1 . 8 7 3 9 . 1 5 0 . 9 3 5 v o l t a g e s o u r c e i n v e r t e r s y n c h r o n o u s m a c h i n e d r i v e s y s t e m , " i n c o n f : R e c .d e s i g n 3 0 0 0 4 2 . 1 1 3 9 . 8 4 0 . 9 4 6 1 9 8 1 A n n u . M e e t . IEEE I n d . A p p l . S o c . , p p . 8 8 1 - 8 8 7 .[ 8 ] S h a n g h a i e l e c t r i c a l a p p a r a t u s r e s e a r c h i n s t i t u t e , " T h e d e s i g n i n g m a n u a lo f S & M E l e c t r i c m a c h i n e " , C h i n a M a c h i n e P r e s s , B e i j i n g . 1 9 9 5 . p p 2 4 -2 6[ 9 ] C h e n s h i k u n , " T h e d e s i g n o f e l e c t r i c m a c h i n e " , C h i n a M a c h i n e P r e s s ,B e i j i n g . 1 9 8 5 . p p 3 - 3 2

F i g . 3 T h e v o l t a g e , c u r r e n t a n d FFT a n a l y s i s a t r a t i n g s p e e d

V . CONCLUSIONI n d u c t i o n m o t o r i s a n a t t r a c t i v e s o l u t i o n f o r t h e m o t o rp r o p u l s i o n o f e l e c t r i c v e h i c l e s . I n t h i s p a p e r , a n i n v e r t e r f e di n d u c t i o n m o t o r d r i v e i s d e v e l o p e d a n d t e s t e d u s i n g t h e c l o s e dl o o p v e c t o r c o n t r o l s y s t e m s u c c e s s f u l l y t o a c h i e v e i n d u c t i o nm o t o r t o r q u e - s p e e d c h a r a c t e r i s t i c s s u i t a b l e f o r e l e c t r i c v e h i c l ea p p l i c a t i o n s . D u r i n g t h e m o t o r d e s i g n , t h e s e l e c t i o n o f t h en u m b e r o f p o l e s c a n n o t b e b a s e d s o l e l y o n s e l e c t i n g t h e p o l es t r u c t u r e f o r m i n i m u m v o l u m e o r w e i g h t . T h e c o n s t a n t p o w e rr e g i o n o f t h e s p e e d - t o r q u e d e p e n d s u p o n t h e v a r i a t i o n s i n

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