不计换相时间的条件下的无刷直流电机驱动器的脉动

不计换相时间的条件下的无刷直流电机驱动器的脉宽调制技术以减少换相转矩脉动Yong-KaiLinYen-ShinLai学生会员，IEEE高级会员，IEEE国立台北科技大学电力电子中心台湾台北孝庄东路[e-mail]摘要-本文介绍了为无刷直流电机驱动器设计的三相脉冲宽度调制技术，以减少换相转矩。以前的方法相比，所提出的技术并不需要任何的扭矩观察员和减刑时间计算，这可能对电机参数很敏感，并需要更多的计算时间。换时间对所提出的技术是由一个简单的比较器电路组成的检测电路。基于FPGA控制的无刷直流电机驱动器以降低电流纹波提出的PWM技术，可显着降低电流纹波。指数条款-直流无刷电机，转矩脉动减少，换相转矩脉动I导言图1（A）显示反电动势和相电流的无刷直流电机的理想波形。正如图1（A）中所示，目前是平坦的波形，这是在与反电动势相，从而使平滑的扭矩。然而，由于逆变器的电流转换率和减刑的限制，电流波形是不平坦图所示。1（B）。这一事实提供了显着的转矩脉动，可高达平均转矩的50％如[1]中解决的。提出了一些文件来处理这个问题。已经提出了一种电流控制方法[2]，以减少转矩脉动。然而，通过减刑所造成的转矩脉动是没有充分考虑[2]。[3]，通过改变直流母线电压，这就需要额外的直流母线电压控制电路和电容器，从而增加了成本，减少换相转矩。预测电流的方法，这就要求电机参数显示在[4]，以减少换相转矩脉动。正如图所示。13[4]，结果似乎不符合理想的。在减刑，可减少换相转矩脉动[5-6]所示，通过改变税。然而，两相PWM保留在[5-6]限制减少转矩脉动的贡献[7-8]讨论。三相PWM技术，以减少[7-9]的换相转矩脉动。无论是三相电流传感器或转矩观测[7]和[8]分别为改变PWM方法三阶段。因此，这些无论是成本增加或计算及参数敏感性分析的结果。在[9]中，三相PWM交换控制交换的时间是通过计算确定。然而，电机绕组的电感需要换时间计算。请在[9]看（27）几个PWM技术[10-12]已经提出了消除逆转直流母线电流或循环的无刷直流电机驱动器的电流。这些研究成果尚未讨论减少换向无刷直流电机驱动器的电流纹波。在本文中，为减少转矩脉动的PWM技术建议。此外，决定减刑期的检测电路。最后，实验结果的形式基于FPGA的无刷直流电机驱动器显示，减刑电流纹波提出的PWM技术，可显着降低。（A）理想反电势和相电流(B)实际相电流，CH2图1。无刷直流电机的理想与实际波形II提出的交换扭矩降低的PWM技术一种新的用来减少三相无刷直流电机驱动换相转矩的脉冲宽度调制技术被提出。以前的方法相比，所提出的技术并不需要任何的扭矩观察员和减刑时间计算，这可能是敏感的电机参数，并需要更多的计算时间。换时间对所提出的技术是由一个简单的比较器电路组成的检测电路。A.基本概念图2显示了无刷直流电机驱动器的框图。图3显示了减少换相转矩脉动的基本思路。正如图3中所示使用相“a”作为非换相，相“b”为即将离任的阶段而相“c”为进入阶段，基本思路是作为一个例子，保留同样大小的电流转换率而符号相反的传入和传出的阶段。这个基本的想法，可以通过控制在交换时的多少来实现图4显示了建议的交换控制专长。在非减刑期间（CP=“L”），所需的导通时间，“TN”，适用于PWM控制，在此期间，保留两相PWM控制。“TN”可以从一个控制回路，如速度控制环和转矩控制回路等，相比之下，派生，反过来加倍，“TC1”和“TC2”，用于在交换期间（控制面板的“H”）和三相PWM控制应用，如图所示。4。“TC1”和“TC2”将在下一节派生图2无刷直流电机驱动器图3所提及技术的基本思想图4提出的减少换相转矩的三相PWM控制B.在交换期间的tc1andtc2的推导正如图所示。3，三相绕组的无刷直流电机可分为非交换阶段，进入阶段和在交换时期传出阶段。非换相电流维持在交换时期。传入相电流随控制摆率而增加相比之下，目前传出阶段降低在交换时期。以“tc1”and“tc2”派生的一般形式，本文使用阶段的“X”，“Y”和“Z”代表非换相，相传出和传入阶段，分别为。此外，表I显示“X”，“Y”和“Z”的三相无刷直流电机绕组在不同部门之间的关系。表I三相绕组“x”,“y”and“z”之间的关系在部门2的交换期，无刷直流电机的电路如图5（A）所示，而信号是“开”。根据表一，无刷直流电机等效模型可以得出如图6（一）如果绕组电阻被忽略。图5在部门2交换期间的无刷直流电机的电路图6图5的等效电路正如图6(A),(1)-(3)中的可以由基尔霍夫电压定律导出由(1)-(3),中央抽头电压可以导出（4）代入（1）-（3），每相的电流转换率可写为：信号变为“关闭”时，无刷直流电机的电路如图5（B）。并且图5（B）的等效电路正如图6（B）所示。正如图6（B）所示，（8）-（10）由基尔霍夫电压定律可以得出：由（8）—（10）得，中央抽屉电压可被推导为把（11）代入（8）-（10），每相电流转换率可以写为：平均每相的电流转换率可以写成：“dc1“是部门2在交换期间的占空比，它可以被定义为（18），在（18）中，“Ts”代表开关周期为了保持相同幅度的电流转换率而符号相反的传入和传出的阶段可以得到以下结果：此外，合上时间，“tc1”，在交换时期可以被推导为假设，（20）可以被写成：当同样，合上时间“tc2“，部门3在交换时间可以被写成假设，（22）可以被写成C建议的交换时间的检测电路图7显示了交换期检测电路的框图。传出相“断开”控制用于这种检测。图7（B）和图7（C）显示零电流和零电流条件。在图7（B）中，如果传出相电流不为零，比较器输出“DYP”为“高”。反之当传出相电流为零，“DYP”为“低”如图（C）所示。因此，当交换期结束，“DYP”的状态变低，从而表明交换期。交换期间，由“CP”在图4中表示，结束时，比例会随着所需的开通时间而改变，“tn”如图4所示和两相PWM控制恢复。第三。实验结果图8显示了基于FGPA的实验系统。正如图8所示，直流母线电流反馈电流控制。直流母线电压和逆变器的开关频率为24V和20千赫。图9显示提出的方法是使用FPGA实现框图。正如图9所示，无刷直流电机转速的计算方法，通过检测霍尔信号。根据图4信号的“chopdn”用于产生PWM信号时，“CP”=“L”的。如“CP”变为“H”，信号“chopdc”用于产生PWM信号无刷直流电机的规格载于附录。图10和图12显示终端电压的测量结果，相电流和检测减刑期间，建议减少转矩脉动技术与方法。纹波电流比较图。比较图10（A）中和图10（B）的纹波电流，其中图10（A）没有用所提的技术而图10（B）有用。很显然所提出的技术，大大降低纹波电流和电流波形几乎是正方形。其他当前命令如图11和图12分别为0.5定额和0.2定额时，可以得出类似的结果。这些实验结果完全支持建议的技术的有效性。图7部门2,4和6传出相交换时的检测电路图8基于FGPA的实验系统图9FPGA中的框图图10实验结果CP图11实验结果CP图12实验结果CPIV.结论本文介绍了无刷直流电动机驱动的三相脉宽调制技术，以减少换相转矩。该技术不需要任何扭矩观察员和换时间的计算，这可能是敏感的电机参数和需要更多的计算时间。所提出的技术交换时间由检测电路检测。实验结果表明，基于FPGA控制依靠PWM技术的无刷直流电机驱动器的换向电流纹波可显着降低。附录3φBLDCM,L=0.6mH,R=0.33,Prated=70W,Irated=3A.参考[1]R.Carlson,M.Lajoie-Mazenc,andJ.C.D.S.Fagundes,“AnalysisoftorquerippleduetophasecommutationinbrushlessDCmachines,”IEEETrans.onIndustryApplications,Vol.28,No.3,pp.632-638,1992.[2]C.T.PanandE.Fang,“Aphase-locked-loop-assistedinternalmodeladjustable-speedcontrollerforBLDCmotors,”IEEETrans.onIndustrialElectronics,Vol.55,No.9,pp.3415-3425,2008.[3]K.Y.Nam,W.T.Lee,C.M.LeeandJ.P.Hong,“ReducingtorquerippleofbrushlessDCmotorbyvaryinginputvoltage,”IEEETrans.onMagnetics,Vol.42,No.4,pp.1307-1310,2006.[4]J.Cao,B.Cao,P.Xu,S.Zhou,G.GuoandX.Wu,“Torqueripplecontrolofposition-sensorlessbrushlessDCmotorbasedonneuralnetworkidentification,”inProc.ofIEEEICIEA,pp.752-757,2008.[5]X.Xiao,Y.Li,M.ZhangandM.Li,“AnovelcontrolstrategyforbrushlessDCmotordrivewithlowtorqueripples,”inProc.ofIEEEIECON,pp.1660-1664,2005.[6]D.K.Kim,K.W.LeeandB.I.Kwon,“CommutationtorqueripplereductioninapositionsensorlessbrushlessDCmotordrive,”IEEETrans.onPowerElectronics,Vol.21,No.6,pp.1762-1768,2006.[7]H.Lu,L.ZhangandW.Qu,“AnewtorquecontrolmethodfortorquerippleminimizationofBLDCmotorswithun-idealbackEMF,”IEEETrans.onPowerElectronics,Vol.23,No.2,pp.950-958,2008.[8]Y.Liu,Z.Q.ZhuandD.Howe,“Commutation-torque-rippleminimizationindirect-torque-controlledPMbrushlessDCdrives,”IEEETrans.onIndustryApplications,Vol.43,No.4,pp.1012-1021,2007.[9]S.S.Bharatkar,R.Yanamshetti,D.ChatterjeeandA.K.Ganguli,“ReductionofcommutationtorquerippleinabrushlessDCmotordrive,”inProc.ofIEEEPECon,pp.289-294,2008.[10]Y.S.LaiandY.K.Lin,“Quickenthepulse,”IEEEIndustryApplicationsMagazine,Vol.14,No.5,pp.34-44,2008.[11]Y.S.Lai,F.S.ShyuandY.K.Lin,“NovelPWMtechniquewithoutcausingreversalDC-linkcurrentforbrushlessDCmotordriveswithbootstrapdriver,”inProc.ofIEEEIAS,Vol.3,pp.2182-2188,2005.[12]Y.S.LaiandY.K.Lin,“Assessmentofpulse-widthmodulationtechniquesforbrushlessDCmotordrives,”inProc.ofIEEEIAS,Vol.4,pp.1629-1636,2006.