磁场定向控制基于空间矢量调制的无刷直流电机驱动器

M.V.Ramesh¹,J.Amarnath²,S.Kamakshaiah³,M.Balakrishna⁴

一些部门E,票面价值维杰亚瓦达,P悉达多理工学院。P、印度
一些部门E, J N T U H工程学院,海德拉巴,美联社、印度
一些部门E、Vignan技术和科学研究所、海得拉巴,印度
EEE, Bapatla工程学院、Bapatla India4

文摘

空间矢量调制(SVPWM)的无刷直流电机(刷)是不同于永磁同步电动机断开阶段和梯形电动势。为了克服这些问题,本文提出了SVPWM方法。的应用SVPWM无刷交流驱动器已被广泛研究。介绍了刷驱动器的应用,着重分析了其实现的本质区别,至于转矩估计和逆变器的电压空间向量的表示。为了有效地控制转矩和直接转矩计算根据电动势和三相电流。根据转矩给定转矩与实际转矩之间的误差,最好的选择电压矢量和无刷直流电机动态性能直接转矩控制系统是保证。使用MATLAB / Simulink仿真分析模拟结果,表明SVPWM导致更快的动态响应。

关键字

无刷直流驱动器(刷),空间矢量调制(SVPWM),动态仿真模块、PI控制。

介绍

自1980年以来的新设计了永磁无刷电机的概念。永磁无刷电动机分为两种类型基于反电动势波形,无刷交流(BLAC)和直流无刷马达[2](刷)。无刷直流电机梯形反电动势和quasi-rectangular电流波形。刷电机电器等行业正迅速成为流行,暖通空调行业,医疗、电力牵引、汽车、飞机、军用设备,硬盘驱动器,工业自动化设备和仪器由于其效率高、功率因数高,无声的行动,紧凑,可靠性和低维护[1]。

取代换向片的功能和刷子,无刷直流电机需要一个逆变器和一个位置传感器检测转子位置,适当的电流换向。无刷直流电机的转动是基于转子位置的反馈我从霍尔传感器获得。无刷直流电机通常使用三个霍尔传感器来确定换向序列。在无刷直流电机在定子功率损失的热量很容易转移通过帧或冷却系统是用于大型机器。刷电机有很多优势在直流电机和感应电动机。一些优势更好的速度和转矩特性、动态响应高、效率高、运行寿命长,无噪声的操作和更高的速度范围[2]。

到目前为止,超过80%的控制器PI控制器(比例和积分),因为它们是简单和容易理解[3]。PI控制方法是一个线性控制方法,不工作在一些离散时间系统。这是因为控制飞机成为变量非线性采样系统。变量抽样系统描述一类系统的传感器输出获得只在某些情况下不指定的采样机制。无刷直流电机通常使用三个或更多霍尔传感器来获取转子位置和速度测量。只有少数传感器电机可用。测量只能在离散的实例。根据极数,可能有6个或12个传感器脉冲每旋转。采样时间因此成为一个变量根据电机速度。模糊逻辑可以看作一种数学理论结合多值逻辑、概率理论,人工智能模拟人类的方法在各种问题的解决方案使用的近似推理与不同的数据集和决策。 It has been reported that fuzzy controllers are more robust to plant parameter changes than classical PI controllers and have better noise rejection capabilities. The computer simulation plays very important roles in research and development of power electronic devices because of its high maneuverability, low cost and ability to speed up system implementation. The SIMULINK is a model operation programmer and the simulation model can be easily developed by addition of new sub-models to cater for various control functions.

在本文中,我们提出了磁场定向控制的空间矢量调制(SVPWM)无刷直流电机驱动器。SVPWM最初开发的感应电机直接驱动和控制磁链和电磁转矩,考虑到电机,电力电子逆变器和系统级的控制策略。转矩之间的关系建立,通量和优化逆变器开关,实现一个快速的转矩响应。它表现出更好的动态性能比传统的控制方法,如矢量控制,对参数变化不敏感,而且更容易实现。DTC已成功应用于感应机[10]、[11],,最近,BLAC机器[12],[13]。本文考虑了直接转矩控制应用于三相刷驱动器操作在120年的传导模式实现瞬时转矩控制和减少转矩脉动。本文的组织结构如下:第二节解释了关于建设和无刷直流电机工作原理,第三节介绍了磁场定向控制SVPWM,第四部分探讨了电流和电压转换。仿真结果给出了详细在第五节和第六节总结了纸。

构造和工作原理

刷马达是一种同步电动机。这意味着磁场产生的定子和转子旋转产生的磁场在同一频率。刷电机不经历“滑”,通常是在感应电动机。无刷直流电机是由永磁转子和线绕定子磁极。

答:定子

无刷直流电机的定子由堆放钢薄片与线圈放置在轴向切槽的内外围。大多数刷电机定子绕组连接有三个明星时尚。每一个线圈都是由无数的线圈相互连接形成一个绕组。一个或多个线圈放置在槽和它们相互关联的绕组。每一个线圈都是分布在定子外围形成一个偶数的波兰人。

b .转子

转子是由永久磁铁和范围可以从两到八极双备用(N)和南北两极。根据所需的转子磁场密度,选择合适的磁性材料,使转子。铁氧体磁铁用于制造永磁体。如今,稀土合金磁铁也大行其道。

c·霍尔传感器

无刷直流电机的换向是电子控制的。旋转的无刷直流电机定子绕组应该精力充沛序列。重要的是要知道转子位置为了理解绕组通电后将能量序列。转子位置是感觉到使用霍尔效应传感器嵌入定子。大多数刷电动机有三个霍尔传感器嵌入到电动机的定子non-driving端。当转子磁极附近通过霍尔传感器,他们给一个高或低信号,表明N或S极是通过附近的传感器。基于这三个霍尔传感器信号的组合,变换的具体序列可以确定。

d .的操作理论

每个换向序列的绕组激励积极力量第二绕组是负的,第三个是non-energized条件。转矩产生由于定子线圈所产生的磁场之间的相互作用和永久磁铁。理想情况下,峰值扭矩发生在这两个领域在90°,脱落的字段一起行动。为了使电动机运行,产生的磁场绕组应转变立场,作为转子与定子磁场移动赶上[2]。

e .换向序列

每隔60电度的旋转,霍尔传感器的变化之一。它需要六个步骤来完成一个电周期。同步,每隔60电度,相电流切换应该更新如表1所示。然而,一个电周期可能不对应于一个完整的机械转子的革命。电循环的数量被重复完成机械旋转是由转子极对。每个转子极对,一个电周期就完成了。所以,电的循环次数/旋转等于转子极对。三相桥逆变器是用来控制无刷直流电机。有六个开关,这些开关应了基于霍尔传感器的输入。脉冲宽度调制技术用于打开或关闭开关。 To vary the speed, these signals should be Pulse Width Modulated (PWM) at a much higher frequency than the motor frequency. The PWM frequency should be at least 10 times that of the maximum frequency of the motor. When the duty cycle of PWM is varied within the sequences, the average voltage supplied to the stator reduces, thus reducing the speed. Another advantage of having PWM is that, if the DC bus voltage is much higher than the motor rated voltage, the motor can be controlled by limiting the percentage of PWM duty cycle corresponding to that of the motor rated voltage. This adds flexibility to the controller to hook up motors with different rated voltages and match the average voltage output by the controller, to the motor rated voltage, by controlling the PWM duty cycle. The speed and torque of the motor depend on the strength of the magnetic field generated by the energized windings of the motor, which depend on the current through them. Therefore adjusting the rotor voltage (and current) will change the motor speed.

对SVPWM的面向领域的控制

在磁场定向控制,电机电流和电压控制在转子的dq坐标系。这意味着测量电机电流必须数学从定子绕组的三相静止参考系的2轴旋转dq参考系,前处理的PI控制器。同样,适用于电机的电压转换的dq坐标系转子定子的三相坐标系之前可用于PWM输出。

虽然参考系变换可以执行在一个步骤中,他们是最好的形容为一个两步过程。电机电流从120度第一次翻译的物理帧电动机定子绕组固定正交坐标系。他们然后翻译从定子固定坐标系到旋转坐标系的转子。使用两个导出控制器;一个直流分量,,另一个用于正交电流。直流控制器的输入,输入为零。这个驱动直流分量为零,因此迫使电流空间矢量完全正交的方向。因为只有正交电流产生有用的扭矩,这系统的扭矩效率最大化。

转换

可以生成任何电压矢量躺在角落的六角六活跃的开关状态向量(V1-V6)在空间矢量调制策略,逆变器出净参考向量Vref可以近似在一个采样时间Δt = 1 / (2 fs) 3的序列空间电压矢量Va、Vb和VN, Va、Vb是相邻的2 6 V1 ....活跃V6 VN零向量Vo和V7中选择以这样的方式来减少逆变器中的减刑fs是开关频率。

Vref被定义为,

仿真结果

拟议的技术开发,在MATLAB / SIMULINK仿真软件模拟。仿真软件模型如图2所示。各种参数的结果作为不同的负载力矩。空间矢量脉冲的放大视图如图3所示。逆变器的输入电压24 v。转子角的波形如图4所示。

获得的三相无刷直流电机反电动势波形的波形如图6所示。最大——在空载电动势是20 v和反电动势随着负载的增加减少。无刷直流电机电流的三相波形如图7所示。最大电流的2 n - m负载转矩是18。无刷直流电机端电压波形如图5所示。电动机的速度波形如图8所示,转矩波形如图9所示。我们可以观察到,减少了转矩脉动的无刷直流电机闭环控制使用的空间。无刷直流电机的参数给出了表2。