Thesis (M.Sc (Hons)) -- University of Western Sydney, Nepean, 2000. / "Submitted for the degree of Master of Engineering (Hons), School of Mechatronic, Computer & Electrical Engineering, University of Western Sydney, Nepean" Includes bibliographical references (leaves 107-114).

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 2008. / Includes bibliographical references (p. 169-182) Also available in print.

Thesis (Ph. D.), Memorial University of Newfoundland, 1999. / Bibliography: p. 179-186.

Thesis (M.Eng.)--Memorial University of Newfoundland, 2003. / Bibliography: leaves 121-132. Also available online.

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη, εξομοίωση και κατασκευή ενός ηλεκτρονικού τριφασικού αντιστροφέα ισχύος, ο οποίος μετατρέπει μια σταθερή συνεχή τάση σε τριφασική εναλλασσόμενη , μέσω της οποίας ελέγχεται ένας τριφασικός σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη (Brushless DC, BLDC). Η συνεχής αυτή τάση προέρχεται από έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα ισχύος ανύψωσης συνεχούς τάσης σε συνεχή, ο οποίος ανυψώνει και σταθεροποιηθεί στα 50 V την τάση, η οποία παράγεται από μία πηγή κυψελών καυσίμου (Fuel Cells). Αρχικά έγινε ενδελεχής μελέτη διαφόρων τριφασικών αντιστροφέων με σκοπό την εμβάθυνση στη δομή και λειτουργία τους, ώστε να διευκολυνθούμε στο σχεδιασμό και κατασκευή του αντιστροφέα για τη συγκριμένη εφαρμογή και τελικά επιλέχτηκε να σχεδιαστεί, να εξομοιωθεί και να κατασκευαστεί ένας ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος έξι παλμών τετραγωνικής κυματομορφής εξόδου, όπου το πλάτος και η συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης εξόδου ελέγχεται μέσω της τεχνικής διαμόρφωσης του εύρους των παλμών (PWM) των ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων ισχύος του αντιστροφέα. Τα ημιαγωγικά διακοπτικά στοιχεία ισχύος του αντιστροφέα επιλέχθηκαν να είναι MOSFET, αφού ύστερα από υπολογισμούς και συγκρίσεις των διαφόρων ημιαγωγικών στοιχείων μεταξύ τους αυτά κρίθηκαν ως τα πιο κατάλληλα. Έπειτα έγινε εξομοίωση του συστήματος μετατροπέα-κινητήρα μέσω του προγράμματος Matlab/Simulink προκειμένου να βρεθεί η καταλληλότερη μέθοδος παλμοδότησης των έξι ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος και να εξετασθούν διάφορα μεγέθη απαραίτητα για την σχεδίαση του αντιστροφέα. Ακολούθησε η σχεδίαση του τυπωμένου κυκλώματος του μετατροπέα καθώς και του κυκλώματος ελέγχου σε κοινή πλακέτα μέσω του προγράμματος Kicad, το οποίο έπειτα συναρμολογήθηκε και προγραμματίστηκε στο Εργαστήριο. Για τη σωστή λειτουργία του κινητήρα απαιτείται η συγχρονισμένη και διαδοχική τροφοδότηση των τριών τυλιγμάτων του στάτη του κινητήρα, έτσι ώστε να μην υπάρξει αποσυγχρονισμός. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται τρεις αισθητήρες Hall, οι οποίοι είναι ενσωματωμένοι στη μηχανή και τοποθετημένοι σε γωνία 120ο ηλεκτρικών μοιρών μεταξύ τους (οι 120ο ηλεκτρικές μοίρες αντιστοιχούν σε 30ο χωρικές μοίρες για έναν οχταπολικό κινητήρα). Τα σήματα που παράγουν οι αισθητήρες Hall χρησιμοποιούνται για να ορίσουν τη θέση του δρομέα και οδηγούνται στη βαθμίδα, η οποία καλείται «ελεγκτής καταστάσεων μετάβασης» (commutation logic block) και ελέγχει την παλμοδότηση των έξι ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων ισχύος του αντιστροφέα. Ο κινητήρας λόγω της χρήσης της παραπάνω λογικής στην τροφοδότησή του αδυνατεί να αποσυγχρονιστεί, διότι ο ελεγκτής καταστάσεων μετάβασης δεν επιτρέπει λανθασμένη τροφοδοσία τυλίγματος. Έτσι, η ηλεκτρική συχνότητα ισούται πάντα με τη συχνότητα περιστροφής του άξονα επί 4, δεδομένου ότι η μηχανή έχει τέσσερα ζεύγη πόλων. Ο έλεγχος του ρεύματος γίνεται μέσω του λόγου κατάτμησης (duty cycle) των διακοπτών. Σε λειτουργία κλειστού βρόχου το αποτέλεσμα της σύγκρισης του ρεύματος αναφοράς και του ρεύματος ανάδρασης οδηγείται σε έναν ελεγκτή PI και στη συνέχεια με τεχνική PWM ελέγχεται η κατάσταση των ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων. Τέλος στο προαναφερθέν σύστημα προστέθηκε μία γεννήτρια συνεχούς ρεύματος μόνιμου μαγνήτη ως φορτίο και πραγματοποιήθηκαν πειραματικές δοκιμές για διάφορες καταστάσεις λειτουργίας της διάταξης. Μετρήσεις έγιναν για τις φασικές και πολικές τάσεις του κινητήρα καθώς και για τα ρεύματα αυτού για 1500min-1 και για 3000 min-1 (ονομαστικός αριθμός στροφών) με αφόρτιστη τη γεννήτρια συνεχούς ρεύματος. / This thesis deals with the study, design and construction of a converter topology for a DC Brushless motor drives. Three-Phase DC Brushless motors are known to be controlled electronically using a three-phase voltage inverter. Therefore, the aim of this paper is to construct this circuit. This circuit converts a 50 V DC voltage which comes from fuel cells source and has already been stabilized with a power electronic boost converter to a three-phase voltage which drives the motor. Firstly a deep study was done between many different kinds of three-phase voltage inverter in order to find the most appropriate for this job. Finally it was chosen to be studied, designed and constructed a six pulse power converter producing a square waveform output. The amplitude and the frequency of the AC square output voltage is controlled by the method of pulse generation which is Pulse Width Modulation (PWM). The power electronic components were chosen to be MOSFET because after some calculations and comparison between the different types of power electronic switches these (MOSFET) where consider to be the most appropriate. Afterwards the system ’’power converter-motor’’ was simulated trough the Matlab/Simulink program in order to find the best pulse generation method for the six power components and observe some current and voltage figures essential for the further design of the inverter. For the right function of the motor is required the synchronous and succession feed of its stator windings so as not to be unsynchronized. For this purpose three hall sensors are used. These sensors are an integral part of the motor and have 120 electrical degrees distance between each other. Those three hall signals are used to define rotor’s position and are driven to commutation logic block which controls the six pulses of the six MOSFETS. Due to the fact of the upper logic for giving pulses, the motor can’t be unsynchronized because the commutation logic block doesn’t allow a wrong winding to be fed. So electrical frequency is every time four times bigger than the mechanical (rotor) frequency (this BLDC motor has eight poles). Current control is possible via duty cycle control. In close loop operation, the result of the comparison between reference current and feedback current is driven to a PI controller which controls the output via duty cycle control. Finally a DC permanent magnet generation has been added to the upper system and several experimental tests took place in lab. Measurements were done at 1500 and 3000rpm (nominal rotation number) for BLDC motor’s voltages and motor’s currents while there was no load to the generator at that time.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια εκτενής αναφορά στον τρόπο σχεδιασμού μιας ασύγχρονης τριφασικής μηχανής με το υπολογιστικό εργαλείο Autocad. Συγκεκριμένα αναλύουμε τον τρόπο σχεδιασμού του στάτη, του δρομέα, του διπλού μοντέλου στάτη δρομέα καθώς και της μηχανής σε πλάγια όψη, πρόσοψη και τομή. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στη θεωρία των ασύγχρονων μηχανών. Αναλύουμε τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά τους, περιγράφουμε την αρχή λειτουργίας τους και τέλος αναφέρουμε τις βασικές εφαρμογές τους. Στη συνέχεια κάνουμε μια εισαγωγή στο πρόγραμμα σχεδιασμού Autocad. Περιγράφουμε το περιβάλλον εργασίας του, επεξηγούμε τα βασικά εργαλεία σχεδιασμού του, που θα χρησιμεύσουν στην δημιουργία των σχεδίων της μηχανής μας, καθώς και τον τρόπο σχεδίασης βασικών αντικειμένων που είναι χρήσιμα στην πλειοψηφία των εφαρμογών. Όλα αυτά τα εργαλεία θα μας φανούν χρήσιμα στην εργασία μας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο υπό μελέτη κινητήρας μαζί με τα κατασκευαστικά και τεχνικά χαρακτηριστικά του και επεξηγείται η διαδικασία σχεδιασμού του στάτη και του δρομέα. Αρχικά σχεδιάζουμε τα δόντια τους και μέσω αυτών κατασκευάζουμε και ολόκληρα τα σχέδιά τους αντίστοιχα. Τέλος περιγράφουμε και τη διαδικασία σχεδιασμού του διπλού μοντέλου. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια πιο αναλυτική παρουσίαση των τελικών σχεδίων του τρίτου κεφαλαίου με όλες τις διαστάσεις τους. Αναλύουμε επίσης τον τρόπο σχεδιασμού της πλάγιας όψης, της πρόσοψης καθώς και της τομής του υπό μελέτη κινητήρα. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζουμε και τα αντίστοιχα ολοκληρωμένα σχέδια με τις διαστάσεις του κατασκευαστή του. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο αναλύουμε τη διαδικασία εισαγωγής στο πρόγραμμα Οpera, των σχεδίων που κατασκευάσαμε στο Αutocad στα προηγούμενα κεφάλαια (δόντια στάτη και δρομέα, στάτης, δρομέας, διπλό μοντέλο). Περιγράφουμε επίσης και τον τρόπο δημιουργίας των νέων σχεδίων στο Opera, μιας και αυτό αναγνωρίζει όλες τις γραμμές του Autocad (Lines, Polylines) σαν βοηθητικές γραμμές (Construction Lines), γραμμές δηλαδή που χρησιμοποιούμε ως οδηγούς ώστε να κατασκευάσουμε το πραγματικό σχέδιο. Το νέο αυτό σχέδιο είναι στην ουσία το ίδιο με αυτό που κατασκευάσαμε και στο Αutocad, αλλά αυτή τη φορά με γραμμές του Opera. Tέλος στο παράρτημα της εργασίας παρουσιάζουμε όλα τα σχέδια του κινητήρα σε μεγέθυνση, ώστε να φαίνονται όλα τα μέρη από τα οποία αποτελούνται, ειδικά στην πλάγια όψη και στην τομή που είναι σχέδια με περισσότερη λεπτομέρεια. / --

Thesis (MEng)--University of Stellenbosch, 2000. / ENGLISH ABSTRACT: This thesis deals with the design and optimisation of medium power traction switched reluctance machines with tapered and straight stator poles. Only the prototype of the tapered stator pole machine is constructed and evaluated in this study. A non-commercial finite element package is used in the design and optimisation of the machines. The finite element method is applied directly in the optimisation procedure to optimise the design of the machines in multi-dimensions. The lumped circuit analysis method is used only for the purpose of verifying some of the finite element calculated. It is not used in the optimisation procedure. The performance characteristics of the tapered and straight stator pole machines are compared and discussed and the tapered stator pole machine is found to have better torque performance. Also the calculated and measured static torque versus rotor position characteristics of the tapered stator pole machine are compared and discussed. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die tesis beskryf die ontwerp en optimering van medium drywing trekkrag geskakelde reluktansie masjiene met tapse en reguit stator pole. Slegs 'n prototipe van die tapse stator pool masjien is gebou en geëvalueer. Die masjiene is ontwerp en geoptimeer met behulp van 'n nie-kommersiële eindige element metode pakket. Die eindige element metode is direk in die optimerings algoritme gebruik vir die optimering van die masjiene in multi-dimensies. Die gekonsentreede parameter stroombaananalise is slegs gebruik om sommige van die eindige element berekenings te verifeer. Die vermoës van die tapse en reguit stator pool masjiene is vergelyk en bespreek. Die resultate toon dat die tapse stator pool masjien se draaimoment vermoë beter is as die van die reguit stator pool masjien. Die berekende en gemete statiese draaimoment teenoor rotorposisie van die tapse stator pool masjien is ook vergelyk en bespreek.

Thesis (MScEng)--University of Stellenbosch, 2001. / ENGLISH ABSTRACT: The aim of this study is to critically evaluate the voltage injection position sensorless control technique as applied to the reluctance synchronous machine (RSM) drive and to implement the technique on a 5.5 kW RSM and a 110 kW RSM. The technique is evaluated by using an accurate mathematical model of the RSM in a simulation package, called Simuwin. The negative effects that cross-magnetisation and the slotted air-gap have on the technique are intensively investigated. It was showed that these effects can cause an error in the position estimation of up to 30°. The TMS320F240 DSP was used as the controller for the RSM drives to implement the position sensorless control technique. Measurements on both RSM drives confirm the simulated results. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die doel van hierdie tesis is om die spannings-injeksie posisie sensorlose beheer tegniek soos toegepas op die reluktansie sinchroon masjien (RSM) aandryfstelsel, krities te evalueer en te implementeer op 'n 5.5 kW RSM en op 'n 110 kW RSM. Die tegniek is geevalueer deur 'n akkurate wiskundige model van die RSM saam te stel en die model te gebruik in 'n simulasie pakket, genaamd Simuwin. Daar is veral klem gele op die negatiewe invloed wat kruis-magnetisering en 'n gegleufde lug-spleet op die tegniek het. Dit is bewys dat hierdie eienskappe van die RSM 'n fout in die posisie afskatting van tot 30° kan veroorsaak. Die TMS320F240 DSP is gebruik as beheerder vir die RSM aandryfstelsels om sodoende posisie sensorlose beheer op altwee masjiene toe te pas. Metings op albei stelsels bevestig die simulasies.

xii, 122 p. : ill. (some col.) A print copy of this thesis is available through the UO Libraries. Search the library catalog for the location and call number. / Biological molecular motors achieve directed motion and perform work in an environment dominated by thermal noise and in most cases incorporate thermally driven motion into the motor process. Inspired by bio-molecular motors, many other motor systems that incorporate thermal motion have been developed and studied. These motors are broadly referred to as Brownian motors. This dissertation presents simulation studies of two particular Brownian motors, the feedback-controlled flashing ratchet and an artificial molecular motor concept, the results of which not only drive experimental considerations but also illuminate physical behaviors that may be applicable to other Brownian motors. A flashing ratchet rectifies the motion of diffusive particles using a time dependent, asymmetric potential energy landscape, and the transport speed of the ratchet can be increased if information about the particle distribution is incorporated as feedback in the time dependency of the landscape. Using a Langevin Dynamics simulation, we compare two implementations of feedback control, a discrete algorithm and a continuous algorithm, and find that the discrete algorithm is less sensitive to fluctuations in the particle distribution. We also model an experimental system with time delay and find that the continuous algorithm can be improved by adjusting the feedback criteria to react to the expected state of the system after the delay time rather than the real-time state of the system. Motivated by the desire to understand bio-molecular linear stepping motors, we present a bottom-up approach of designing an artificial molecular motor. We develop a coarse-grained Molecular Dynamics model that is used to understand physical contributions to the diffusive stepping time of the motor and discover that partially reducing the diffusional space from 3D to 1D can dramatically increase motor speed. We also develop a stochastic model based on the classical Master equation for the system and explore the sensitivity of the motor to currently undetermined experimental parameters. We find that a reduced diffusional stepping time is critical to maintain motor attachment for many successive steps and explore an experimental design effect that leads to motor misstepping. / Committee in charge: Stephen Kevan, Chairperson, Physics; Heiner Linke, Member, Physics; John Toner, Member, Physics; Raghuveer Parthasarathy, Member, Physics; Marina Guenza, Outside Member, Chemistry

This thesis focuses on the design and creation of control unit for DC motors drives. A principle on which the DC motor is based, a method of its control and a possibility to obtain current information about the position are briefly described in this work. After that, the different types of buses for communication with a superior system and justification of the chosen one, are presented. In the next section, there is a special emphasis on creation of the suitable driver model and a design of the elecrical schematic and PCB. The end of the thesis contains a description of commission a PCB and testing the main functions.