Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  4, N o . 3 ,  Sep t em b e r   2014 , pp . 37 6 ~ 39 I S SN : 208 8-8 6 9 4           3 76     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Hysteresis Current Control of Sw itched Reluctance Motor in  Aircraft Applications       Ma ged  N .  F .   Nas h ed *,  Sa m i a M .   Ma hm oud**,  Mohse n  Z .  El-Sherif**,  Emad S. A bdel-Aliem**   * Departm e nt  of   Power Ele c tron i c  and  En erg y  Co nversion,  El ectr onics Rese arch  I n stitute , C a iro ,   E g y p t   ** Departmen t  o f  Electr i cal  Engineer ing ,  Shoubr a Facu lty   of Eng i neer ing, Benha  University , Cair o, Eg y p     Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  Ja n 21, 2014  Rev i sed   Mar  21 , 20 14  Accepted Apr 12, 2014      The switched r e luctance motor (SRM) drives  have been wid e ly  used in   aircr a ft applications  due  to the moto r advantages like h i gh speed operation ,   simple construction, no windin g s on ro tor. B u t high torque ripples and   acoustic noise  are main  disad v antag e s. Th current h y s t eres is chopping   control is  one of  the importan t   c ontro l metho d s for SRM drives. Th ese  disadvantages can be limited usin g the  h y steresis or  chopping curr ent  con t rol.  This control str a teg y  m a kes the  torque of SRM m a intained wi t h in a set of   h y ster esis bands  b y   apply i ng suitable  source vo ltage. This p a per  introduces  two h y ster esis control modes; hard  chopping  an d soft chopping  mode. The  SRM drive s y stem is  modeled in Simulink model using   MATLAB/S I MULINK software  pack age .   Keyword:  Com p arator   Current c o ntrol l er   Har d  c h op pi n g   Hy st eresi s / C h o ppi ng    Soft  ch o ppi ng     Copyright ©  201 4 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Em ad  S. Abd e l-Aliem ,   Assistant Lect ure r     Depa rt m e nt  of  El ect ri cal  Engi neeri n g ,  S h ou b r a Fac u l t y  of  E ngi neeri n g ,     Ben h a  Un iv ersity,   1 0 8   Shou br Str eet, Cair o, Egyp t, Po stal code: 1 124 Em a il: e m ad .sa m i@fen g .bu . ed u.eg       1.   INTRODUCTION   One  of t h e m o st  appl i cat i o n s  of SR M  i n  ai rcraft  i s  usi n g t h e SR M  coupl e d  wi t h  D C  generat o r   through high s p eed  gear  box to dri v e the ge nerat o r. T h is DC gene rator may be interfaced  with a thre e-phas e   1 15V  lin es thro ugh  a fo ur -quad r an t dr iv e to   b e  u s ed  in   a n ot her ai rc raft  a p p l i cat i on. The  S R M  i s  operat e d as a   sou r ce  of  t o rq ue, a n d t h D C  gene rat o re gul at es t h sy ste m  speed. T h e SRM is  dri v en by its c o nverter  synchronized  by the c o ntrol  and the  reso l v er  on  th e mo tor’s  sh aft. Th is electric dri v e system  has bee n   recogn ized  to  p r ov id b e n e fits in  system  efficien cy, we i g h t   an d   size, and   flex ib ility in  sp eed  con t ro l of SRM.  Fi gu re  1 s h ow s t h basi c c o m ponent of  t h e m o t o d r i v e sy st em . The s e com p o n ent s  are  3- p h   6/ 4   SR M ,   asym m e t r i c  DC -DC  I G B T  c o n v e r t e r,  gear  bo x,  DC  m achine  works a s  ge nerat o r a n d also the ele c tronic   cont rol t h at contain c o m p arator ,  an d th e cu rren t  con t ro ller .   The DC -DC  c o n v e r t e r an d SR M  are expl ai ned i n  det a i l s i n  [1] .  The  st anda rd  vol t a ges o f  t h con v e r t e used  i n  ai rcra ft  are:  27 0 ,  3 5 0  a nd  54 0 V  [ 2 ] .  T h SR M  param e t e rs are  m e nt i oned i n   A ppe n d i x   ( A ) .   Th e co m p arato r   reg u l ates the m o to r p e rfo rman ce v i a com p arin g  th e m easu r ed   ro t o p o s ition   θ , s w i t c hi ng   t u r n - on a ngl e   θ on , and sw i t c hi ng t u rn -o ff an gl θ off  [3]-[5]. T h e com p arator ca n be im ple m ente expe rim e ntally usi n g a  progra mm ed com puter connected  t o  a  con t ro ller  th at fo llo ws the comm ands of t h e   si m u lated  p r ogram  in  th is com p u t er [6 ]. R o tor po sition  sen s o r  is an  in t e g r al  p a rt  o f   SRM co n t ro l syste m   m ount ed  on t h e rot o r t o  d e t e r m i n e t u rn - on a nd t u r n -o ff a n gl es t o  e x ci t e  and  com m ut ate t h e p h ase  wi ndi ng s.   Usual l y , o p t i c al  enco ders , r e sol v e r or  hal l - effect  se ns or m ount e d  o n  t h e sha f t  are  used t o  o b t a i n  r o t o r   p o s ition  informatio n  [3 ]-[4 ] , [7 ]. Th e SRM  an d  t h e DC  ge n e rat o r sp eeds are n e v e r t h e sa m e , so , a  g e ar bo x   syste m  is u s ed   b e tween  th e mo tor an d th g e n e rat o r’s  ro t o to protect it from  an excessive  wea r  a n d tear. The   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Hyst eresi s  C u r r ent  C o nt r o l  of  Sw i t c he d Rel u ct ance  Mot o r i n  Ai rcr a f t  Ap pl i c at i ons  ( M a g e d  N .  F. N a s h ed )   37 7 gear sy st em  hel p s t h e ge nerat o r s r o t o r t o   ru n at  t h e gene ra t o r’ s rat e d s p e e d [ 5 ] ,  [6] .  Thi s  gear bo x i s  essent i a l   to  ensure th at  th g e n e rator speed  is con s tan t   irre s p ective  of  the SRM s p ee d and airc raft st atus [2].        Fi gu re  1.  The   SR M  dri v e sy s t em  i n  ai rcraft   appl i cat i o       2.   PRINCIPLE OF  HYSTE R ES IS CURRENT  CONT ROL  Hy st eresi s / c h o ppi ng c u rre nt  cont rol  i s  a co nt r o l  st rat e gy   use d  wi t h  SR M  for c o nt r o l l i ng t h e p h ase s   cur r ent s  t o   be wi t h i n  a ba nd  aro u nd a  re fer e nce valu e [8] .  This strategy  is  prefe r able over  wide spee d range   for SRM ope ra tion beca use the desired  curre n t can be easily reached. T h e   control strategy based on turning   o n  the switch e s o f  th e co nv erter wh en  th e p h a se curren t  is lo wer t h an  a lo wer  b a nd  limit, an d  tu rn in g   off  th ese switch e s wh en th curren t is ab ov e an   u p p e b a nd  l i m i t [9 ],  [10 ] Th e l o wer lim i t  an d th e upp er limit   can be obtaine d  accordi ng to  the cont rol re quirem ents and the switching fr eque ncy of the power conve r ter of  SRM [4].   The hy st eresi s  cont r o l  im pl em ent e d t h r o u g h  usi ng t w o m ode s;  soft  an d  har d  ch op pi n g  w h i c h ar e   illu strated  in  Fig u re 2(a),  2 ( b) [14 ] . Th e soft ch op p i n g  and  h a rd  ch opp i n g  that can  b e  easily u s ed  with  th e   asym m e t r i c  bri dge  co n v ert e r .   Fi gu re  2c s h o w s t h e  asy m met r i c  co nve rt er  has t w swi t c hes  per  p h ase  and  t h e   hy st eresi s   ban d It  achi e ves  al l  form s of c o nt r o l ,  i n cl u d i n g h a r d  a nd s o f t  cho p p i n g [ 1 1 ] . In c h op pi n g   cont rol   of  Fi g.  2c;  t h pha se cu rre nt  i s  co nt r o l l e be t w een t w o l e ve l s  (i .e., t h up p e r l i m i t  and t h e l o we r l i m i t )  equal   to   i ref,j  ±  Δ i/2 , wh ere  i ref,j  is the re fere nce c u rrent  of eac h pha se and  Δ i/2  is th e h y steresis b a nd  th at has an  acceptable  range a r ound the  refere nce c u rre n t [4].                                 (a)   Soft  choppi ng                             ( b )  Ha rd choppi ng                          (c ) Converter and  hysteresis  ba nd    Fi gu re  2.  SR M  d r i v usi n so ft  ch o ppi ng  an har d  c h op pi n g  c ont rol       Thi s  hy st eresi s  curre nt  co nt r o l  i s  achi e ved w i t h  a cl osed-l o op c ont rol  by   one  of t h e t w o   m odes o f  a  cho p p i n g act i o n;  ha r d  c h o p p i n g  m ode o r  s o f t  cho p p i n g m ode.   a)   In s o ft  ch o ppi ng m ode:  Fi g u re  2(a ) , t h e p h ase v o l t a ge i s  swi t c hed  bet w een  (zer o) a nd  (+U )   value. For pha s of  indu ctan ce  L 1 , t h e lower switch  T 2  is lef t  on   du r i ng   phase cond u c ting p e r i od  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 3 ,  Sep t em b e r  2 014  :   37 6 – 392  37 8 and t h e u ppe swi t c T 1  is choppe d accordi ng t o  the pulse d  si gnal. It allows not only control of  the current but  also  m i ni m i ze t h e ri ppl e cur r e nt . Al so , i t  prod uces l o wer a c ou st i c  noi se and l e ss   electrom a gnetic interfe renc (EM I ). T h ere f ore ,  so ft switch i ng  is often   p r eferred fo m o to rin g   ope rat i o n [ 1 2] .   b)   In  har d  ch o ppi ng m ode:  Fi g u r e 2 b , t h p h as e vol t a ge i s  s w i t c hed bet w een  (– U) a nd  (+U )  val u e.   For phase  inductance  L 1 , bo th switch e T 1  and  T 2  are s w i t c h i ng  on  du ri n g  t h e co n duct i n peri o d .   So (+U) vo ltag e  is app lied  to  cond u c ting   p h a se wh en   T 1  and  T 2  a r e on, and (–U) vol t age is  appl i e d w h en  T 1  and  T 2  a r e of f be fo re t h pha se cu rre nt  dr o p s t o  zer o.  It  has l a rge  v a l u e o f   cur r ent   ri p p l e s.  It  ca be a ppl i e d i n  b r a k i n o p erat i o [1 3] .       3.   HA RD   C HOP PING   C O NT ROL OF CU RRE NT AT  N O -LO A D   The Si m u l i nk bl oc k co nt r o l  di ag ram  when  hy st eresi s  cur r ent  co nt r o l  (h ard ch o ppi n g i s  used f o three phases 6/ SRM at  no  l o ad  is shown  in Figure 3.  Th d a ta requ ired   fo r th is m o to r in  th e fo llowing b l o c cont rol   di ag ra m  i s   m e nt i oned i n   Ap pe ndi x  (A ). T h e m o st  si gni fi ca nt  p a ram e t e r i n  t h i s  dri v e sy st em  of t h h y steresis con t ro ller is th e h y steresis b a n d   wh ich  is d e si re d to be as sm all as possible in orde r to re duce the  cu rren ripp le. Also, selecting  th p r op er switch i ng   strateg y , dwell ang l e, vo lta ge s o u r ce, a nd  swi t c hi n g   an g l es will imp r ov e th e ov erall efficien cy  of th driv e sy st e m .  Th e m a in  id ea of cu rren co n t ro l is t o   p r o d u ce  a total torque  as steady as possible  in   no n lin ear op erati o n ;  as if th m o to r o p e rates in  lin ear m o d e  of  ope rat i o n.  Thi s  l i n eari t y  o f  t o r que  d e pe n d o n  c h o o si ng  s w itch i n g  an g l es to  m a k e  th e curren of th e ph ases at   co mm u t at io n  produ cing  a to tal cu rren t  n earl y  as d c  cu rren t  in  o r d e r to  max i mize th mo tor to tal to rque. So t h e u s ed  swi t c hi n g  a ngl es  are  t u r n - o n a ngl e,   θ on  =4 5º,   and  tu rn -of f  ang l e,   θ off  =80º.          Fi gu re  3.  Si m u l i nk m odel   usi n g  ha r d  c h o p p i n g  co nt r o l  f o 3- p h   6/ SR M   at  no -l oa d       3. 1.   H a rd Ch oppi n g  C o ntr o l   w i th Sou rce   V o l t age   o f  22 0V   The p h ase s i n duct a nces,  vol t a ges an d c u r r e n t s  agai n s t  rot o r p o si t i on at  n o  l o ad u s i n g ha r d  ch o ppi ng  co n t ro l are  shown in Figu re  4, wh ere the rat e d  con v e rter   vo ltag e  is 220 V, bu t t h is  v o ltag e   will b e  in creased  with  lo ad ed  mo tor to  in crease th e g r ad ien t  o f  m o to p h ase s cu rre nt s pr o duci ng  fl at -t o p p ed t o t a l  cu rre nt . Th e   har d  c h op pi n g   m ode i s  m o re  sui t a bl fo br aki n o p erat i o n t o   hol o n  t h e l o a d  t o r que  a n d  t o  p r ovi de  m o t o ope rat i o n at  z e ro  spee d.  Th e m o t o r cha r a c t e ri st i c s:  i ndu ct ance,  pha se  vol t a ge pha se  cur r e n t ,  t o rq u e , an d   sp eed  will b e   o b t ain e d  at u s i n g  t h e DC so urce vo ltag e  v a l u es 220 3 5 0  an d   54 0V. Th last two  v a lu es o f  th source voltage are used  in  ai rc raft  a pplications.  M o t o r t o t a l  t o r que  ve rsu s  r o t o r p o si t i on  usi n g ha r d  ch o ppi n g  at  n o -l oad  wi t h  so urce  v o l t a ge o f   22 0 V   is sho w n  i n   Fig u re  5 .  Th e torqu e   ripp le is  sm a ll; also , the to rqu e   b ecomes  m o re stable. Th e m o to sp eed  reaches  its ste a dy state afte r a  num ber  of revol utions le ss  tha n  se ve n c o m p le te revolut i ons  of t h rot o r; a s   sho w n i n  Fi gu re 6. M o t o r p h ase c u r r ent   v e rsus  p h ase fl ux -l i n kage i s   sho w n i n  Fi gu re 7.  Ha rd c h op pi n g   T1 T3 D1 T5 T2 T4 T6 D2 D3 D4 D5 D6 P o s i t i on S e ns or 220 V Fl u x C u rre n t T o t a l  t o r que Sp e e d Th e t a I _ m easu r e d I_ r e f P u l ses H y s t er es i s c ont r o l l e r H yst er esis  c ont r o l l e r Thre e  phas e   6 / 4 S R M po w e r g u i C o nt i nuo us T o  W o r k s pac e t Th e t a _ O n 45 Th e t a _ O f f 80 I_ r e f I_ m e a Pu lses n Th e t a Fl ux I L TL m A1 A2 B1 B2 C1 C2 A1 A2 B1 B2 C1 C2 TL m g C E g C E g C E g C E g C E g C E K - K - 0 C o m p ar at o r Th e t a T h e t a_O n Th e t a _ O f f I_ r e f Cl o c k Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Hyst eresi s  C u r r ent  C o nt r o l  of  Sw i t c he d Rel u ct ance  Mot o r i n  Ai rcr a f t  Ap pl i c at i ons  ( M a g e d  N .  F. N a s h ed )   37 9 co n t ro l m a k e s th e env e lop e  area in  t h is Figure 7  as m a x i mu m  as p o ssib l e, th at m ean s, m o to r to tal to rq u e   no t   decrease d  a s  rotor  position c h ange s.      Fig u re 4 .   In stan tan e o u s p h a ses  ind u c tan ces, v o ltag e s,  an d   cu rren ts  v e rsu s  ro t o r po sitio n u s ing  h a rd   chop p i n g   cont rol  at   U dc  =2 20V      Fig u re  5 .  In stan tan e o u s to tal t o rqu e   v e rsu s   ro tor  p o s ition   usin g h a rd chopp ing  co n t ro l at  U dc  =220     Fig u re  6 .  Mo tor sp eed v e rsu s   ro t o po sitio u s ing   h a rd  chop p i n g  con t ro l at U dc  =220 2 000 2 100 22 00 2 300 240 0 2 500 260 0 2 700 280 0 29 00 300 0 0. 05 0. 15 0. 25 0. 35 0. 45 0. 55 0. 65 P h a s e  I nduc t ace,   L ph  (H )     200 0 210 0 22 00 23 00 2 400 250 0 260 0 27 00 2 800 2 900 300 0 -24 0 -16 0 -8 0 0 80 16 0 24 0 P h ase V o l t a g ,   V ph  (V )     200 0 210 0 22 00 23 00 24 00 250 0 260 0 270 0 280 0 29 00 3 000 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 1 R o t o r  p o s it io n ,    (d e g ) P h as e  Cu r r en t ,   I ph  (A )     L A L B L C V A V B V C I A I B I C 0 200 400 60 0 800 100 0 12 00 1 400 160 0 18 00 20 00 2200 240 0 2 600 2 800 300 0 32 00 3 400 360 0 38 00 4 000 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 R o to r  P o s i ti o n ,    (de g ) I n s t an ta n e o u s  T o ta l To r q u e ,  T e  (Nm )     T e T e( av ) Hard Chopp ing No-lo a d U dc  =  22 0 V n =  19 60  r p m 0 20 0 40 0 600 80 0 10 00 1 200 14 00 16 00 18 00 20 00 2 200 24 00 260 0 28 00 3 000 32 00 34 00 36 00 3 800 40 00 0 20 0 40 0 60 0 80 0 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 R o to r  P o s i ti o n ,    (de g ) M o t o r  S p e e d,   n ( r pm ) H a r d  C h o ppi ng No -lo a d U dc  =  220   V n  =  1 960  rpm Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 3 ,  Sep t em b e r  2 014  :   37 6 – 392  38 0     Fi gu re  7.  P h as e fl u x -l i n ka ge  vers us  p h ase c u r r ent   usi n g  ha rd  ch o ppi ng  co nt r o l  at  U dc  =22 0     3. 2.   H a rd Ch oppi n g  C o ntr o l   w i th Sou rce   V o l t age   o f  35 0V   Th e sim u latio n  is rep eated  i n  th is sectio n   un d e r th e sam e  co nd itio ns as  b e fo re  wh ile allo wing  th pha se cu rre nt s  t o  ove rl ap at  appl i e hi g h e r  val u of s o urce  vol t a ge 3 5 0 V . M o t o r charact eri s t i c s;  pha se   in du ctan ce,  p h ase vo ltag e , and   p h a se cu rrent v e rsu s   ro tor  po sitio n are  shown in   Figu re  8. In creasing   v a lu e of  th e sou r ce  v o l t a g e  will resu lt in  an  in crease o f  th g r ad ie n t   o f  th p h a se curren t . Th e m o to r to tal to rqu e  v e rsus  ro t o r po sition  is sh own  in  Figu re  9 .  It is n o t iced  th at th e to tal to rqu e  reach e s to  stead state faster th an  th case whe n  the   source  voltage  is 22 0V. B u t the to tal to rqu e   has larg er  ripp le.        Fig u re 8 .   In stan tan e o u s p h a ses  ind u c tan ces, v o ltag e s,  an d   cu rren ts  v e rsu s  ro t o r po sitio n u s ing  h a rd   chop p i n g   cont rol  at   U dc  =3 50V        Fig u re  9 .  In stan tan e o u s to tal t o rqu e   v e rsu s   ro tor  p o s ition   usin g h a rd chopp ing  co n t ro l at  U dc  =350 0 0. 0 5 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 45 0. 5 0. 5 5 0. 6 0. 6 5 0. 7 0. 7 5 0. 8 0. 8 5 0. 9 0. 9 5 1 1. 0 5 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 P h as e C u r r en t ,  I ph  (A ) Ph a s e  Fl u x - l i n k a g e ,   ph  (W b ) Har d  Chopp i n g No- l oad U dc  =  22 0 V n =  1960 r p m 20 00 2 050 2 100 2 150 2200 2250 2300 235 0 240 0 24 50 25 00 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 65 P h a s e s  I nduc ta nc e s , L ph  (H)     20 00 2 050 2 100 2 150 2200 2250 2300 235 0 240 0 245 0 25 00 - 400 - 200 0 200 400 P h as es  V o l t ag es , V ph  (V )     2 000 2 050 2 100 2150 2200 2250 2300 2350 240 0 245 0 250 0 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 1 R o tor  Pos ition ,    (d e g ) P h as es  Cu r r en t s , I ph  (A )     L A L B L C V A V B V C I A I B I C 0 200 40 0 600 80 0 1 000 12 00 1400 16 00 180 0 2000 22 00 2400 2600 2 800 3000 3200 34 00 3600 3 800 40 00 4200 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 5. 5 R o to r  P o s i ti o n ,    (d e g ) I n st a n t a ne ou s T o t a l  T o q u e , T e  (N m )     T e T e( av ) Har d  C hoppi ng No- l oa d U dc   =  350 V =  2170  rp m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Hyst eresi s  C u r r ent  C o nt r o l  of  Sw i t c he d Rel u ct ance  Mot o r i n  Ai rcr a f t  Ap pl i c at i ons  ( M a g e d  N .  F. N a s h ed )   38 1 From  Figure  10, t h e m o tor s p eed reac hes it s steady  state a f ter a b out eleven re volutions. The stea dy  st at e val u e of spee d becom e s 21 70 r p m  th at  in creases fu rt h e r with  in creasin g  th e supp ly v o ltag e . Th e p h a se  fl u x -l i n kage  v e rsus t h pha s e  curre nt  at  35 0V i s  sh ow n i n  Fi g u re 1 1 . I n  t h i s  case wh en t h e su ppl y  vol t a g e   equals  350V, t h e e nvel ope  area is large r  t h a n  that  case  wh en  th e su pp ly voltag e  is equ a l t o   2 20V.          Fi gu re  1 0 . M o t o r  spee ve rsu s  r o t o posi t i o n  usi n g  ha rd  ch o ppi ng  co nt r o l  a t  U dc  =350         Fi gu re  1 1 Pha s e fl u x - l i nka ge  ve rsus  p h ase  c u r r ent   usi n g  ha rd  ch o ppi ng  co nt r o l  at  U dc  =35 0     3. 3.   H a rd Ch oppi n g  C o ntr o l   w i th Sou rce   V o l t age   o f  54 0V   Th e sim u latio n  for ob tain   mach in e ch aracteristics is rep eated  at app lied  h i g h e v a lu o f  sou r ce  v o ltag e  540 V.  Mo to r ch aracteristics; p h a se i n du ctan ce,  p h a se vo ltag e , an d p h a se curren t   v e rsu s   ro t o positio are sh own  in Fig u re  1 2 . In creasin g   v a l u o f   th e source  v o l t a g e   will resu lt  in  fu rt h e r i n crease in  the grad ien t  of  the phase  curre nt.        Fig u re 12 . Instan tan e o u s p h a ses  ind u c tan ces,  vo ltag e s,  an d   cu rren ts v e rsu s  ro to r po sition   u s ing   h a rd  chop p i n g   cont rol  at   U dc  =5 40V  0 50 0 10 00 15 00 2 000 25 00 30 00 35 00 40 00 45 00 50 00 550 0 60 00 65 00 70 00 75 00 800 0 85 00 90 00 95 00 0 25 0 50 0 75 0 10 00 12 50 15 00 17 50 20 00 22 50 25 00 Ro t o r P o s i t i on  (d e g ) M o t o r S p eed ,  n   (rp m ) Ha r d  Ch o p p i n g No - l o a d U dc  =  35 V 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 0. 5 0. 55 0. 6 0. 65 0. 7 0. 75 0. 8 0. 85 0. 9 0. 95 1 1. 05 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 P h a s e C u r r en t,  I ph  (A ) P h a s e  F l ux- l i n ka ge ,   ph  (W b ) Hard  Cho ppi ng No-l oad U dc   =  350  V =  2170 rpm 20 00 20 50 21 00 21 50 220 0 22 50 23 00 23 50 240 0 24 50 25 00 0. 15 0. 25 0. 35 0. 45 0. 55 0. 65 P h a s e I n d u c t an e, L ph  (H )     200 0 20 50 21 00 21 50 220 0 22 50 23 00 23 50 24 00 24 50 25 00 -6 00 -3 00 0 30 0 60 0 P h a s e Vo l t ag e, V ph  (V )     200 0 20 50 21 00 21 50 220 0 22 50 23 00 23 50 240 0 24 50 25 00 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 1 R o to r  P o s ition ,    (d e g ) P h as e C u r r e n t , I ph  (A )     L A L B L C V A V B V C I A I B I C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 3 ,  Sep t em b e r  2 014  :   37 6 – 392  38 2 The m o tor tota l torque  versus rot o position is sh own in Figure 13,  where  the steady state reache s   f a ster  th an  th e tw o  cases o f   ap p l ying  22 0V an d  35 0V  bu t  with  larg er ri p p l es.  The m o tor spee d reac hes its   steady state va lue of  2220 rpm  after  fifteen rev o lutio ns  as  sho w Fi gu re   14. T h e steady  state speed be com e s   22 2 0  rpm  t h at   i n creases f u rt h e r wi t h  i n crea s i ng su p p l y  vol t a ge. T h e p h ase  fl ux -l i nka ge v e rsus  pha se cu rre nt   at 5 40V  is show n in   Figu r e  15       Fig u re 13 . Instan tan e o u to tal   to rqu e  v e rsu s  ro t o r po sitio n u s ing  h a rd   chop p i n g   con t ro at  U dc  =540       Fi gu re  1 4 . M o t o r  spee ve rsu s  r o t o posi t i o n  usi n g  ha rd  ch o ppi ng  co nt r o l  a t  U dc  =540       Fi gu re  1 5 Pha s e fl u x - l i nka ge  ve rsus  p h ase  c u r r ent   usi n g  ha rd  ch o ppi ng  co nt r o l  at  U dc  =54 0         0 1000 2000 30 00 4000 500 0 6 000 7000 8000 90 00 10000 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 Rot o r  P o s i t i o n  (d e g ) M o to r  T o t a l T o r q u e ,  T e  (N m )     T e T e( a v ) H a rd C hoppi ng N o -l oad U dc  =  540 V n =  2220  r p m 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 900 0 9500 10000 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 R o t o r P o s i t i on,   (de g ) Mot o r  S p e e d,  n  ( r p m ) Ha r d  C hop pi n g No - l oa d U dc  =  54 V 0 0. 05 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 4 5 0. 5 0. 55 0. 6 0. 6 5 0. 7 0. 75 0. 8 0. 85 0. 9 0. 95 1 1. 05 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 P h as e C u r r e n t ,  I ph  (A ) P h a s e  F l ux- l i nka ge ,   ph  (W b ) H a r d  C hop pi ng N o - l oad U dc   =  54 0 V n =   22 20  r p m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Hyst eresi s  C u r r ent  C o nt r o l  of  Sw i t c he d Rel u ct ance  Mot o r i n  Ai rcr a f t  Ap pl i c at i ons  ( M a g e d  N .  F. N a s h ed )   38 3 4.   SOFT CHO P PING   C O NT ROL OF CU RRE NT AT  N O -LO A D   The  Si m u l i nk bl oc k c ont rol   d i agram  whe n   u s i n g  hy st eresi s  cu rre nt  c ont r o l  (so f t  c h o p p i n g)  f o r  t h re e   pha ses 6/ 4 SR M  at  no l o ad i s  sho w n i n  Fi gu re 1 6 . T h d a t a  requi red  fo r t h i s  m o t o r i n  t h e fol l o wi n g   bl oc k   cont rol  di a g ra m  i s  obt ai ned  fr om  Appen d i x  ( A ).  In s o ft   cho p p i n g m ode for asy m m e tri c  bri d ge , t h e  l o wer   switches a r e le ft on  during  phases c o nducting pe riod s a nd the  uppe r s w itches are  c h opped according  to the   p u l sed  sign al in  ord e r to  allows no t on ly co n t ro l o f  th e cu rren t bu t also  min i m i ze th e cu rren t  ripp les.  Also , it   pr o duces l e ss a c ou st i c  noi se a nd l e ss el ect r o m a gnet i c  i n t e rf erence  (EM I ).  The  hy st eresi s   ban d  i s   desi re d  t o  be   as sm a ll as possible to re duc e  curr en ripp les. Also , selectin g  th p r op er switch i n g   strateg y , dwell an g l e,  v o ltag e  sou r ce, an d  switch i ng an g l es  will i m p r ov e th e ov erall efficien cy of th e driv e syst e m . Th e switch i ng   angles  are c hosen s u c h  that  the  so urce cu rren t and  to tal  to rq u e  b e co m e s h a s less ri pp le v a l u es. So, th switching  use d  angle are  turn-on angle,  θ on  =4 5º,  and  turn -of f  ang l e,   θ off  =80 º         Fi gu re 1 6 . Si m u l i n k   m odel   us i ng so ft   ch o ppi ng   co nt r o l   f o r 3- p h  6/ 4 SR M  at   no -l oa d        4 . 1 .    So ft   C h opping Co nt ro l  wit h  So urce  V o l t ag o f  220V  The m achine c h aracteristics;  pha se s inducta n ces, voltages   and curren ts ag ain s ro t o r positio n   u s ing  soft  ch o ppi ng  cont rol  are s h o w n i n  Fi gu re 1 7 , w h e r e t h e ra t e d co nve rt er v o l t a ge i s  22 0 V ,  but  t h i s  v o l t a g e  wi l l   be i n crease d   with loa d ed m o tor to i n crea se t h gra d ient  of   m o to r  ph ases cu rr en ts to   pr odu ce  f l at- t op p e d to tal   cu rren t. Th e so ft cho p p i ng   m o d e  is m o re su itab l e fo r mo toring   o p e ratio n. Th e m o to r ch aracteristics will  be  obt ai ne d at  so u r ce  vol t a ge  o f   22 0,  3 5 0  a n d  5 4 0 V .       Fig u re 17 . Instan tan e o u s p h a ses  ind u c tan ces,  vo ltag e s,  an d   cu rren ts v e rsu s  ro to r po sition   u s ing  so ft  chopp ing   cont rol  at   U dc  =2 20V  T1 T3 D1 T5 T2 T4 T6 D2 D3 D4 D5 D6 Thre e  phase   6/4 S R M Po s i t i o n  Se n s o r 22 V Flux C u rre n t To t a l  to r q u e S p eed Th e t a T h et a _ m easu r e d H yst er esis C ont r o l l e r P u lses po w e r g u i C o nt i n uo us T o  W o r ksp a c e t Th e t a _ O n 45 Th e t a _ O f f 80 I_ r e f I_ m e a P u lses n Th e t a Fl u x I L TL m A1 A2 B1 B2 C1 C2 A1 A2 B1 B2 C1 C2 TL m g C E g C E g C E g C E g C E g C E K - K - 0 C o m p ar at o r Th e t a Th e t a _ O n Th e t a _ O f f I_ r e f Cl o c k 200 0 2100 2200 2300 2400 2 500 2600 2700 2800 2900 3000 0. 1 0. 25 0. 4 0. 55 0. 65 P h as e I n d u ct an ce ,  L ph  (H )     2000 2100 2200 2300 2400 2 500 2600 2700 2800 2900 3000 - 240 - 120 0 120 240 P h as e V o l t a g e ,  V ph  (V )     2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2 700 2800 2900 3000 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 1 Ro t o r P o s i t i o n ,    (de g ) P h a s e  C u rre n t , I ph  (A )     I A I B I C V A V B V C I A I B I C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 3 ,  Sep t em b e r  2 014  :   37 6 – 392  38 4 Th e m o to r t o tal to rq u e  v e rsu s  ro t o r po sition u s ing   soft chop p i n g  at no-load   with  so urce vo ltag e   o f   2 20V is sh own  in  Figu re  1 8 . Th e to rqu e  ri p p l e is sm a ller th an  th at th e case wh en  h a rd  cho p p i ng  con t ro l is  use d  at 220V.  The m o tor s p e e d reac hes its  steady state af ter abou t eig h t   revo lu tion s   o f   th e ro to r as sho w n  in  Fi gu re  19 . T h e  p h ase fl ux -l i n kage  ve rs us  ph ase cu rre nt  i s   sho w n i n  Fi g u r e 2 0 .  Th e en v e l ope a r ea  bec o m e lar g er th an   u s i n g h a rd  ch opp in g at 220 V.          Fig u re 18 . Instan tan e o u to tal   to rqu e  v e rsu s  ro t o r po sitio n u s ing   so ft   chopp ing   co n t ro at U dc  =220         Fi gu re  1 9 . M o t o r  spee ve rsu s  r o t o posi t i o n  usi n g  so ft  c h o ppi ng  co nt r o l  a t  U dc  =220       Fi gu re  2 0 Pha s e fl u x - l i nka ge  ve rsus  p h ase  c u r r ent   usi n g  so ft  ch o ppi ng  co nt r o l  at  U d c = 2 20 V     0 25 0 500 75 0 10 00 125 0 1 500 17 50 20 00 22 50 25 00 275 0 3 000 32 50 35 00 37 50 40 00 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 Rot o r  P o s i t i on,   (d e g ) M o to r  T o ta l T o r q u e ,  T e  (N m )     T e T e( a v ) S o ft  C h o p p i n g No - l o a d U dc  =   22 0V n =   19 60 r p m 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 225 0 2500 2750 3000 32 50 3 500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 Ro t o r P o s i t i on ,    (de g ) M o to r S p eed ,  n   ( r p m ) S o f t  C h o ppi ng No -l o a d U dc  =  2 20 V 0 0. 0 5 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 4 5 0. 5 0. 55 0. 6 0. 6 5 0. 7 0. 75 0. 8 0. 8 5 0. 9 0. 95 1 1. 05 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 P h a s e  Curre nt , I ph  (A ) Ph a s e  Fl u x - l i n k a g e ,   ph  (W b ) S o f t  C hoppi ng N o - l oad U dc  =  220V n =  1960 r p m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Hyst eresi s  C u r r ent  C o nt r o l  of  Sw i t c he d Rel u ct ance  Mot o r i n  Ai rcr a f t  Ap pl i c at i ons  ( M a g e d  N .  F. N a s h ed )   38 5 4 . 2 .    So ft   C h opping Co nt ro l  wit h  So urce  V o l t ag o f  350V  The sim u lation is re peated at applied  sour ce  voltage 350V. Mot o r c h aracte r istics; phase s   in du ctan ces, ph ases vo ltag e s,  and  ph as es curren t v e rsu s  ro tor  p o s ition  are  shown in   Figu re 21 . By in creasin th e v a lu e of  so urce vo ltag e  will  resu lts  in   in creasing of t h g r ad ien t  of  th ph ase cu rren t. Th e m o to r to tal   torque  vers us rotor position  is shown in Figure 22,  whe r the steady state of the to tal torque reache s  faster  th an  app l y 22 0V,  bu t it h a s larg er  ripp le v a l u e.        Fig u re 21 . Instan tan e o u s p h a ses  ind u c tan ces,  vo ltag e s,  an d   cu rren ts v e rsu s  ro to r po sition   u s ing  so ft  chopp ing   cont rol  at   U dc  =3 50V        Fig u re 22 . Instan tan e o u to tal   to rqu e  v e rsu s  ro t o r po sitio n u s ing   so ft   chopp ing   co n t ro at U dc  =350           Fi gu re  2 3 . M o t o r  spee ve rsu s  r o t o posi t i o n  usi n g  so ft  c h o ppi ng  co nt r o l  a t  U dc  =350 2000 20 50 2100 2150 2 200 2250 230 0 2 350 2400 245 0 2 500 0. 1 0. 25 0. 4 0. 55 0. 65 P h a s e  I n duc t a nc e , L ph  (H )     2000 20 50 2100 215 0 2 200 2250 23 00 2350 2400 2 450 2500 - 400 - 200 0 200 400 P h as e V o l t a g e, V ph  (V )     3000 305 0 3100 3150 3 200 3250 33 00 3350 34 00 3450 350 0 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 1 Ro t o r  Po s i t i o n  (d e g ) P h as e C u r r e n t , I ph  (A )     L A L B L C V A V B V C I A I B I C 0 250 500 75 0 1 000 125 0 15 00 1 750 2000 22 50 2 500 275 0 300 0 3 250 350 0 375 0 40 00 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4 4. 5 5 R o t o r P o s i t i on,   (de g ) M o to r   T o ta l T o r q u e ,  T e  (N m )     T e T e( a v ) S o f t  C hopping N o - l oad U dc  =  350 V n =  2170  r p m 0 50 0 10 00 15 00 20 00 25 00 30 00 35 00 40 00 45 00 50 00 55 00 60 00 65 00 0 20 0 40 0 60 0 80 0 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 Rot o r  P o s i t i on,   (d e g ) M o t o r S p ee d ,   n  (rp m) S o f t  C hop ping N o - l oad U dc  =  350 V Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.