無刷直流電機驅(qū)動器的脈寬調(diào)制技術(shù)以減少換相轉(zhuǎn)矩脈動

1、 不計換相時刻的條件下的無刷直流電機驅(qū)動器的脈寬調(diào)制技術(shù)以減少換相轉(zhuǎn)矩脈動Yong-Kai Lin Yen-Shin Lai學(xué)生會員，IEEE 高級會員，IEEE國立臺北科技大學(xué)電力電子中心 臺灣臺北孝莊東路 10608摘要 - 本文介紹了為無刷直流電機驅(qū)動器設(shè)計的三相脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，以減少換相轉(zhuǎn)矩。往常的方法相比，所提出的技術(shù)并不需要任何的扭矩觀看員和減刑時刻計算，這可能對電機參數(shù)專門敏感，并需要更多的計算時刻。換時刻對所提出的技術(shù)是由一個簡單的比較器電路組成的檢測電路?；贔PGA操縱的無刷直流電機驅(qū)動器以降低電流紋波提出的PWM技術(shù)，可顯著降低電流紋波。指數(shù)條款 - 直流無刷電機，轉(zhuǎn)矩

2、脈動減少，換相轉(zhuǎn)矩脈動I 導(dǎo)言圖1（A）顯示反電動勢和相電流的無刷直流電機的理想波形。正如圖1（A）中所示，目前是平坦的波形，這是在與反電動勢相，從而使平滑的扭矩。然而，由于逆變器的電流轉(zhuǎn)換率和減刑的限制，電流波形是不平坦圖所示。 1（B）。這一事實提供了顯著的轉(zhuǎn)矩脈動，可高達平均轉(zhuǎn)矩的50如1中解決的。提出了一些文件來處理那個問題。差不多提出了一種電流操縱方法2，以減少轉(zhuǎn)矩脈動。然而，通過減刑所造成的轉(zhuǎn)矩脈動是沒有充分考慮2。 3，通過改變直流母線電壓，這就需要額外的直流母線電壓操縱電路和電容器，從而增加了成本，減少換相轉(zhuǎn)矩。預(yù)測電流的方法，這就要求電機參數(shù)顯示在4，以減少換相轉(zhuǎn)矩脈動。正如

3、圖所示。 134，結(jié)果大概不符合理想的。在減刑，可減少換相轉(zhuǎn)矩脈動5-6所示，通過改變稅。然而，兩相PWM保留在5-6限制減少轉(zhuǎn)矩脈動的貢獻7-8討論。三相PWM技術(shù)，以減少7-9的換相轉(zhuǎn)矩脈動。不管是三相電流傳感器或轉(zhuǎn)矩觀測7和8分不為改變PWM方法三時期。因此，這些不管是成本增加或計算及參數(shù)敏感性分析的結(jié)果。 在9中，三相PWM交換操縱交換的時刻是通過計算確定。然而，電機繞組的電感需要換時刻計算。請在9看（27）幾個PWM技術(shù)10-12差不多提出了消除逆轉(zhuǎn)直流母線電流或循環(huán)的無刷直流電機驅(qū)動器的電流。這些研究成果尚未討論減少換向無刷直流電機驅(qū)動器的電流紋波。在本文中，為減少轉(zhuǎn)矩脈動的PWM

4、技術(shù)建議。此外，決定減刑期的檢測電路。最后，實驗結(jié)果的形式基于FPGA的無刷直流電機驅(qū)動器顯示，減刑電流紋波提出的PWM技術(shù)，可顯著降低。（A）理想反電勢和相電流(B)實際相電流，CH2圖1。無刷直流電機的理想與實際波形II 提出的交換扭矩降低的PWM技術(shù)一種新的用來減少三相無刷直流電機驅(qū)動換相轉(zhuǎn)矩的脈沖寬度調(diào)制技術(shù)被提出。往常的方法相比，所提出的技術(shù)并不需要任何的扭矩觀看員和減刑時刻計算，這可能是敏感的電機參數(shù)，并需要更多的計算時刻。換時刻對所提出的技術(shù)是由一個簡單的比較器電路組成的檢測電路。A.差不多概念圖2顯示了無刷直流電機驅(qū)動器的框圖。圖3顯示了減少換相轉(zhuǎn)矩脈動的差不多思路。正如圖3中

5、所示使用相“a”作為非換相，相“b”為立即離任的時期而相“c”為進入時期，差不多思路是作為一個例子，保留同樣大小的電流轉(zhuǎn)換率而符號相反的傳入和傳出的時期。那個差不多的方法，能夠通過操縱在交換時的多少來實現(xiàn)圖4顯示了建議的交換操縱專長。在非減刑期間（CP=“L”），所需的導(dǎo)通時刻，“TN”，適用于PWM操縱，在此期間，保留兩相PWM操縱。 “TN”能夠從一個操縱回路，如速度操縱環(huán)和轉(zhuǎn)矩操縱回路等，相比之下，派生，反過來加倍，“TC1”和“TC2”，用于在交換期間（操縱面板的“H”）和三相PWM操縱應(yīng)用，如圖所示。 4。 “TC1”和“TC2”將在下一節(jié)派生圖2 無刷直流電機驅(qū)動器圖3所提及技術(shù)的

6、差不多思想圖4 提出的減少換相轉(zhuǎn)矩的三相PWM操縱在交換期間的 tc1 and tc2 的推導(dǎo)正如圖所示。3，三相繞組的無刷直流電機可分為非交換時期，進入時期和在交換時期傳出時期。非換相電流維持在交換時期。傳入相電流隨操縱擺率而增加相比之下，目前傳出時期降低在交換時期。以“tc1”and “tc2”派生的一般形式，本文使用時期的“X”，“Y”和“Z”代表非換相，相傳出和傳入時期，分不為。此外，表I顯示“X”，“Y”和“Z”的三相無刷直流電機繞組在不同部門之間的關(guān)系。表 I三相繞組“x”, “y” and “z”之間的關(guān)系在部門2的交換期，無刷直流電機的電路如圖5（A）所示，而信號是“開”。依照

7、表一，無刷直流電機等效模型能夠得出如圖 6（一）假如繞組電阻被忽略。圖5 在部門2交換期間的無刷直流電機的電路圖6 圖5的等效電路正如圖6(A), (1)-(3) 中的能夠由基爾霍夫電壓定律導(dǎo)出由 (1)-(3), 中央抽頭電壓能夠?qū)С觯?）代入（1） - （3），每相的電流轉(zhuǎn)換率可寫為：信號變?yōu)椤瓣P(guān)閉”時，無刷直流電機的電路 如圖 5（B）。同時圖5（B）的等效電路正如圖 6（B）所示。 正如圖6（B）所示，（8） - （10）由基爾霍夫電壓定律能夠得出：由（8）（10）得，中央抽屜電壓可被推導(dǎo)為把（11）代入（8） - （10），每相電流轉(zhuǎn)換率能夠?qū)憺椋浩骄肯嗟碾娏鬓D(zhuǎn)換率能夠?qū)懗桑骸癲c

8、1“是部門2在交換期間的占空比，它能夠被定義為（18），在（18）中，“Ts”代表開關(guān)周期 為了保持相同幅度的電流轉(zhuǎn)換率而符號相反的傳入和傳出的時期能夠得到以下結(jié)果：此外，合上時刻，“tc1”，在交換時期能夠被推導(dǎo)為假設(shè)，（20）能夠被寫成：當(dāng)同樣，合上時刻“tc2“，部門3在交換時刻能夠被寫成假設(shè)，（22）能夠被寫成 C 建議的交換時刻的檢測電路圖7顯示了交換期檢測電路的框圖。傳出相“斷開”操縱用于這種檢測。圖7（B）和圖 7（C）顯示零電流和零電流條件。在圖 7（B）中，假如傳出相電流不為零，比較器輸出“DYP”為“高”。反之當(dāng)傳出相電流為零，“DYP”為“低”如圖（C）所示。因此，當(dāng)交換

9、期結(jié)束，“DYP”的狀態(tài)變低，從而表明交換期。交換期間，由“CP”在圖4中表示，結(jié)束時，比例會隨著所需的開通時刻而改變，“tn”如圖4所示和兩相PWM操縱恢復(fù)。第三。實驗結(jié)果圖8顯示了基于FGPA的實驗系統(tǒng)。正如圖8所示 ，直流母線電流反饋電流操縱。直流母線電壓和逆變器的開關(guān)頻率為24 V和20千赫。圖9顯示提出的方法是使用FPGA實現(xiàn)框圖。正如圖9所示，無刷直流電機轉(zhuǎn)速的計算方法，通過檢測霍爾信號。依照圖4信號的“chopdn”用于產(chǎn)生PWM信號時，“CP”=“L”的。如“CP”變?yōu)椤癏”，信號“chopdc”用于產(chǎn)生PWM信號無刷直流電機的規(guī)格載于附錄。圖10和圖 12顯示終端電壓的測量結(jié)

10、果，相電流和檢測減刑期間，建議減少轉(zhuǎn)矩脈動技術(shù)與方法。紋波電流比較圖。 比較圖10（A）中和圖 10（B）的紋波電流，其中圖10（A）沒有用所提的技術(shù)而圖10（B）有用。專門顯然所提出的技術(shù)，大大降低紋波電流和電流波形幾乎是正方形。其他當(dāng)前命令如圖11和圖12分不為0.5定額和0.2定額時，能夠得出類似的結(jié)果。這些實驗結(jié)果完全支持建議的技術(shù)的有效性。圖7 部門2,4和6傳出相交換時的檢測電路圖8 基于FGPA的實驗系統(tǒng)圖9 FPGA中的框圖圖10 實驗結(jié)果CP 圖11 實驗結(jié)果CP圖12 實驗結(jié)果CPIV. 結(jié)論本文介紹了無刷直流電動機驅(qū)動的三相脈寬調(diào)制技術(shù)，以減少換相轉(zhuǎn)矩。該技術(shù)不需要任何扭

11、矩觀看員和換時刻的計算，這可能是敏感的電機參數(shù)和需要更多的計算時刻。所提出的技術(shù)交換時刻由檢測電路檢測。實驗結(jié)果表明，基于FPGA操縱依靠PWM技術(shù)的無刷直流電機驅(qū)動器的換向電流紋波可顯著降低。附錄3 BLDCM, L = 0.6 mH, R = 0.33 , Prated = 70 W, Irated = 3 A.參考R. Carlson, M. Lajoie-Mazenc, and J. C. D. S. Fagundes, “Analysis of torque ripple due to phase commutation in brushless DC machines,” IEEE

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