Vodenje frekvenčnega pretvornika kolesarskega trenažerja za uporabo v mikro omrežju

Tičar, Marko (author), Nemec, Mitja (mentor)

V tem delu je predstavljen razvoj programske opreme za vodenje aktivnega usmernika. Kot vir mikro omrežja je bil uporabljen električni stroj. Električni stroj je bil vpet v električno kolo nameščeno na trenažerju. Vodenje je bilo načrtovano tako, da se je čim bolj približalo vožnji kolesa na prostem. Za dosego tega cilja je bila uporabljena regulacija v koordinatnem sistemu polja, bolj znana s kratico FOC (ang. Field Oriented Control). Vodenje je bilo prilagojeno uporabljenemu električnemu stroju, v našem primeru sinhronskemu stroju s trajnimi magneti (PMSM - ang. Permanent Magnet Synchronous Motor), ki je deloval v generatorskem režimu. Implementiran je bil opazovalnik kota, s katerim je bilo omogočeno delovanje brez senzorja položaja rotorja. V vodenje je bila dodana komponenta, ki je poganjanje kolesa približala izkušnji vožnje kolesa na prostem v obliki navorne funkcije v odvisnosti od hitrosti kolesa. Zaradi prestavnih razmerij na izbranem električnem kolesu sta bili za delovanje znotraj zahtev izbranega mikro omrežja implementirani dve dodatni napetostni zaščiti. Ti sta bili dodani že obstoječim tokovnim in napetostnim zaščitam znotraj sistema FOC. Potreba po dodatnih zaščitah je bila posledica razpona vrtilnih hitrosti električnega stroja, ki jih je omogočalo kolo, ter s tem povezana možnost generiranja previsoke inducirane medfazne napetosti, ki bi bila zunaj varnega območja mikro omrežja. Predstavljena sta bila izkoristek sistema in delovanje dodatnih napetostnih zaščit. Na koncu so bili predstavljeni tudi rezultati raziskave. V raziskavi so udeleženci izbrali različne navorne funkcije in ocenili, katera izmed njih je najbližje zastavljenemu cilju.

• Language: Slovenian
• Keywords: mikro omrežje, električno kolo, aktivni usmernik, sinhronski stroj s trajnimi magneti, regulacija v koordinatnem sistemu polja, opazovalnik kota, brezsenzorsko vodenje
• Work type: Master's thesis/paper
• Organization: FE - Faculty of Electrical Engineering
• Year: 2026
• PID: 20.500.12556/RUL-188358
• Publication date in RUL: 21.09.2026

Secondary language

• Language: English
• Title: Control of a frequency inverter of a bicycle trainer to supply a micro-grid

Abstract

In this thesis, the development of software for controlling an active rectifier is presented. The aim was to use an electric bicycle as an energy source for a microgrid. The objective was also to develop the software so it could simulate riding a bicycle outdoors while the bicycle is mounted on a stand. To accomplish that, we used field oriented control (FOC). We used FOC to control the permanent magnet synchronous motor (PMSM), that is part of the electric bicycle, as a generator. Necessary changes to the FOC algorithm were made to control the PMSM, and we eliminated the need for a position sensor by implementing a rotor position estimation algorithm. To simulate riding outdoors, we also added a torque function that is dependant of bicycle speed. Because of the gear ratios on the bicycle, we implemented additional protections alongside the existing FOC protections to adhere to selected microgrid requirements. This was necessary because a user can propel the bicycle to produce back-EMF voltages outside the microgrid's required range for safe operation. To rectify this, we implemented two back-EMF voltage protections that solve the issue. Finally, we measured the efficiency of the active rectifier, tested the implemented voltage protections, and conducted a user study in which participants selected, from a set of torque functions, the one that best represents riding a bicycle outdoors.

• Keywords: microgrid, electric bicycle, active rectifier, PMSM, FOC, rotor position estimation, sensorless algorithm