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

1、 不计换相时刻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-Kai Lin Yen-Shin Lai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 10608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。往常的方法相比，所提出的技术并不需要任何的扭矩观看员和减刑时刻计算，这可能对电机参数专门敏感，并需要更多的计算时刻。换时刻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操纵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

2、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那个问题。差不多提出了一种电流操纵方法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操纵电路和电容器，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

3、图所示。 134，结果大概不符合理想的。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。不管是三相电流传感器或转矩观测7和8分不为改变PWM方法三时期。因此，这些不管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交换操纵交换的时刻是通过计算确定。然而，电机绕组的电感需要换时刻计算。请在9看（27）几个PWM技术10-12差不多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

4、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。往常的方法相比，所提出的技术并不需要任何的扭矩观看员和减刑时刻计算，这可能是敏感的电机参数，并需要更多的计算时刻。换时刻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.差不多概念图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差不多思路。正如图3中

5、所示使用相“a”作为非换相，相“b”为立即离任的时期而相“c”为进入时期，差不多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时期。那个差不多的方法，能够通过操纵在交换时的多少来实现图4显示了建议的交换操纵专长。在非减刑期间（CP=“L”），所需的导通时刻，“TN”，适用于PWM操纵，在此期间，保留两相PWM操纵。 “TN”能够从一个操纵回路，如速度操纵环和转矩操纵回路等，相比之下，派生，反过来加倍，“TC1”和“TC2”，用于在交换期间（操纵面板的“H”）和三相PWM操纵应用，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

6、差不多思想图4 提出的减少换相转矩的三相PWM操纵在交换期间的 tc1 and tc2 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时期，进入时期和在交换时期传出时期。非换相电流维持在交换时期。传入相电流随操纵摆率而增加相比之下，目前传出时期降低在交换时期。以“tc1”and “tc2”派生的一般形式，本文使用时期的“X”，“Y”和“Z”代表非换相，相传出和传入时期，分不为。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”。依照

7、表一，无刷直流电机等效模型能够得出如图 6（一）假如绕组电阻被忽略。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) 中的能够由基尔霍夫电压定律导出由 (1)-(3), 中央抽头电压能够导出（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）。同时图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能够得出：由（8）（10）得，中央抽屉电压可被推导为把（11）代入（8） - （10），每相电流转换率能够写为：平均每相的电流转换率能够写成：“dc

8、1“是部门2在交换期间的占空比，它能够被定义为（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时期能够得到以下结果：此外，合上时刻，“tc1”，在交换时期能够被推导为假设，（20）能够被写成：当同样，合上时刻“tc2“，部门3在交换时刻能够被写成假设，（22）能够被写成 C 建议的交换时刻的检测电路图7显示了交换期检测电路的框图。传出相“断开”操纵用于这种检测。图7（B）和图 7（C）显示零电流和零电流条件。在图 7（B）中，假如传出相电流不为零，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

9、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刻而改变，“tn”如图4所示和两相PWM操纵恢复。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操纵。直流母线电压和逆变器的开关频率为24 V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。依照图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

10、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。专门显然所提出的技术，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分不为0.5定额和0.2定额时，能够得出类似的结果。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9 FPGA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

11、矩观看员和换时刻的计算，这可能是敏感的电机参数和需要更多的计算时刻。所提出的技术交换时刻由检测电路检测。实验结果表明，基于FPGA操纵依靠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3 BLDCM, L = 0.6 mH, R = 0.33 , Prated = 70 W, Irated = 3 A.参考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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