Angle estimation for permanent magnet synchronous machines using matrix converters

This paper deals with the rotor angle estimation of Permanent Magnet AC Machines using test voltage vectors. In concrete, due to the machine saliency (difference between Ld and Lq) and the application of pulse voltage test vectors is possible to estimate the Permanent Magnet position for further low and zero speed Sensorless Control. The novelty of this paper is the fact that a Matrix Converter is used instead of the conventional Voltage Source Inverter. The direct AC/AC or Matrix Converter is a novel topology of great interest in specific wind energy applications since it avoids the use of electrolytic DC coupling capacitors, which is a potential source of failures. The paper presents the position signals for Matrix Converters and shows all the control algorithm. Finally, some simulation results with proper angle estimation, when speed reversal, corroborates the proper functionality of the control scheme.

---

Artykuł dotyczy estymacji kąta położenia wirnika maszyny prądu przemiennego o magnesach trwałych z wykorzystaniem próbnych wektorów napięcia. Konkretnie, w związku z asymetrią magnetyczną maszyny (różnica między Ld i Lq) oraz zastosowaniem napięciowych impulsów wektorów próbnych, jest możliwa estymacja położenia magnesów trwałych, pozwalająca na bezczujnikowe sterowanie w zakresie niskich i zerowych prędkości. Nowością w artykule jest zastosowanie przekształtnika matrycowego zamiast tradycyjnego falownika napięcia. Przekształtnik matrycowy (bezpośredni przekształtnik AC/AC) jest nowym układem budzącym duże zainteresowanie w specyficznych aplikacjach, związanych z energią wiatru, ponieważ unika się zastosowania kondensatorów elektrolitycznych DC stanowiących potencjalne źródło uszkodzeń. W artykule przedstawiono sygnały ustalające położenie wirnika oraz pełny algorytm sterowania przekształtników matrycowych. Poprawne działanie algorytmu z estymacją kąta potwierdzają wyniki symulacji przy zmianie kierunku wirowania.