Two-phase Induction Motor Drive with Two-phase Matrix Converter with Sinusoidal PWM
การขับเคลื่อนมอเตอร์เหนี่ยวนำสองเฟสด้วยวงจรเมทริกซ์คอนเวอร์เตอร์สองเฟสด้วยสัญญาณพีดับบลิวเอ็มแบบไซน์
Abstract
บทความนี้นำเสนอระบบการขับเคลื่อนมอเตอร์เหนี่ยวนำสองเฟสด้วยวงจรเมทริกซ์คอนเวอร์เตอร์สองเฟสด้วยสวิตช์สองทิศทางจำนวนทั้งหมด 8 ชุด แต่ละชุดประกอบด้วยอุปกรณ์ ไอจีบีที 2 ตัวและไดโอดกำลัง 2 ตัว เพื่อแปลงผันไฟฟ้ากระแสสลับหนึ่งเฟสที่ค่าความถี่และขนาดคงที่ไปเป็นไฟฟ้ากระแสสลับสองเฟสทำมุมกัน 90 องศา สามารถปรับความถี่เอาต์พุตได้ที่ 12.5 เฮิรตซ์, 25 เฮิรตซ์ และ 50 เฮิรตซ์ รวมทั้งปรับขนาดแรงดันไฟฟ้าด้วยการปรับอัตราการมอดุเลตที่ค่าเท่ากับ 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 และ 1.0 ของสัญญาณพีดับบิลเอ็มแบบไซน์ (SPWM) ผลการทดสอบด้วยการจำลองด้วยโปรแกรม MATLAB/Simulink และทดสอบในห้องปฏิบัติการกับมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าสองเฟสพิกัด 1HP ผลการทดลองแสดงรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าทางด้านอินพุตและเอาต์พุตที่มีการปรับความถี่เอาต์พุต นอกจากนั้นทำการทดสอบการปรับความเร็วรอบของมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้าสองเฟสในสภาวะไร้โหลด พบว่าค่าความเร็วรอบของมอเตอร์มีค่าเพิ่มขึ้นตามค่าความถี่ที่เพิ่มขึ้นด้วยสัญญาณพีดับบลิวเอ็มที่มีค่าอัตราการมอดุเลตเท่ากับ 0.8 เพื่อพิสูจน์สมมุติฐานในการใช้งานของวงจรคอนเวอร์เตอร์นี้ ในการควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ได้ ผลการทดสอบระบบมีสมรรถนะที่ดีและสามารถใช้งานได้อย่างเป็นที่น่าพอใจ ซึ่งเป็นข้อมูลในการพัฒนาและปรับปรุงงานวิจัย เพื่อให้มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นในงานวิจัยลำดับต่อไป
This paper presents a two-phase induction motor drive system with a two-phase matrix converter. The proposed topology employs a total of eight bidirectional switches, each switch using a 2 IGBT–2 diode configuration. The converter is transformation a fixed frequency and amplitude single-phase AC supply into a variable frequency and amplitude two-phase AC output with a 90° phase difference, operating at variable frequencies of 12.5 Hz, 25 Hz, and 50 Hz, as well as adjustable modulation indices of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0, utilizing sinusoidal pulse width modulation (SPWM). The system was modeled and verified through MATLAB/Simulink simulations, after which a laboratory prototype was developed and tested with a two-phase induction motor rated at 1HP. The measured waveforms of the input and output for voltage and current are shown for the testing. Moreover, the testing of motor speed can be examined under no-load conditions that it increasing with the frequency of the SPWM at modulation index of 0.8 for verification this converter performance. These results verify the good performance of the proposed converter and provide a foundation for future improvements in efficiency through the development for the high performance in the future works.
Keywords
[1] C. Charumit, Carrier-based unbalanced phase voltage space vector PWM strategy for asymmetrical parameter type two-phase induction motor drives, Thesis, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Thailand, 2009.
[2] J. Sinthusonthichat. and V. Kinnares, Performance evaluation of variable speed control of two-phase induction motors, International Conference on Power System Technology (PowerCon 2002), Proceeding, 2018, 2565-2568.
[3] D. Jang and D. Yoon, Space-vector PWM technique for two-phase inverter-fed two-phase induction motors, IEEE Transactions on Industry Applications, 2003, 39(2), 542-549.
[4] F. Blaabjerg, F. Lungeanu, K. Skaug, and M. Tonnes, Two-phase Induction Motor Drive Low-cost topologies for TPIM drives in industrial applications, IEEE on Industry Applications Magazine, 2004, 10, 24–32.
[5] V. Kinnares and C. Charumit, Modulating functions of space vector PWM for three-leg VSI-fed unbalanced two-phase induction motor, IEEE Transactions on Power Electronics, 2009, 24(4), 1135-1139.
[6] Y. Kumsuwan, W. Srirattanawichaikul, S. Premrudeepreechacharn, and H.A. Toliyat, A four-leg voltage source inverter fed asymmetrical two-phase induction motor drives, 5th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2010), Proceeding, 2010, 1-6.
[7] H. Golwala and R. Chudamani, A modified three-dimensional space vector based PWM method for four-leg voltage source inverter fed asymmetrical two-phase induction motor, IEEE PEDS 2011, Proceeding, 2011, 573-578.
[8] Y. Kumsuwan, S. Premrudeepreechacharn, and V. Kinnares, A carrier-based unbalanced PWM method for four-leg voltage source inverter fed unsymmetrical two-phase induction motor, IEEE Transaction on Industrial Electronics, 2013, 60(5), 2031-2041.
[9] O. Hock, J. Koscelnik, S. Kascak, and R. Havrila, Control of the two-stage two-phase matrix converter using a field programmable circuit, International Conference on Applied Electronics, Proceeding, 2013, 1-4.
[10] A. Salimi, M. Esmaeili, A.M. Sati, H. Ziar, and E. Afjei, A Simple and Novel Modulation Technique used to Produce Two-Phase Symmetric Output from Two-Phase Asymmetric Input, 2011 2nd International Conference on Electric Power and Energy Conversion System (ECPECS), Proceeding, 2011, 1-5
[11] M. Khan, M. Ahsan, Development and Performance Analysis of a Two-Phase Induction Motor in the Frame and Core of a Single-Phase Induction Motor, International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE 2014), Proceeding, 2014, 469-472.
[12] W. Piyarat and V. Kinnares, High performance unsymmetrical two-phase induction motor drive with direct torque control based on unbalanced SVPWM technique, IEEE Access, 2024, 12, 176895–176907.
[13] P. Hothongkham, K. Poomphochana, Simulation and test of a two-phase matrix converter for the two-phase induction motor drive, Electrical Engineering Conference (EECON43), Proceeding, 2020, 194-197. (in Thai)
[14] S. Sawangkla, P. Hothongkham, and F. Cheevasuvit, Performance evaluation of the two-phase matrix converter circuit tested with the passive loads, 16th Conference of Electrical Engineering Network 2024 (EENET 2024), Proceeding, 2024, 169-172. (in Thai)
[15] P. Hothongkham, S. Sawangkla, and F. Cheevasuvit, Asymmetrical two-phase induction motor drive with two-phase matrix converter, 16th Conference of Electrical Engineering Network 2024 (EENET 2024), Proceeding, 2024, 173-176. (in Thai)
DOI: 10.14416/10.14416/j.ind.tech.2026.08.011
Refbacks
- There are currently no refbacks.
