无刷直流电机四象限运行和负载变化

N.Balaji¹和R.Dharmaprakash²

P.G.学者,电气电子工程系,圣彼得大教堂大学印度钦奈
电气电子工程系助理教授,圣彼得大教堂大学印度钦奈

文摘

本文提供了一个技术评审的位置和速度传感器的方法控制无刷直流电机驱动器(刷),包括背景分析使用传感器、限制和进步。无刷直流电机性能和可靠性司机被改进的,因为传统的控制和传感技术通过减少传感器技术已得到改进。这个无刷直流电机四象限运行和负载变化的方法,使用MATLAB / SIMULINK仿真软件。先进的传感器少的方法进行了综述,介绍了最近的事态发展在这一领域与他们固有的优点和缺点,包括实际的实现问题的分析和应用。研究包括一个深最先进的反电动势传感方法的概述,其中包括终端电压传感、三次谐波电压集成、终端当前传感、反电势集成和PWM策略。索引词:无刷直流电机数字控制,dsPIC,四个象限,再生制动

索引词

无刷直流电机、数字控制、dsPIC四象限,再生制动

介绍

无刷直流电机在近年来获得了越来越受欢迎。刷电机永磁体,旋转(转子)和固定的电枢(定子)。电子控制器是用于电动机换向而不是刷换向用于刷直流电机。刷电机刷直流电机提供了许多优势,其中包括速度和扭矩效率增加,长寿无声运行,提高效率将电能转换为机械能(特别是因为没有电和摩擦损失刷换向)。刷电机的电机换向由电子控制器,实现确定转子位置和知道何时转换,霍尔传感器(传感器变换)或EMF生成的电动机的定子绕组(传感器变换)。少传感器控制器在电机启动,挑战时没有回EMF马达是静止的;这是通过启动电机工作在任意位置;然而,这可能会导致发动机启动期间短暂混蛋甚至向后旋转。基于霍尔传感器的控制器相比,容易实现传感器的控制和降低用于需要良好的起动转矩和要求的应用程序运行在较低的汽车速度。刷电机使用在汽车、航空航天、消费、医疗、工业自动化设备和仪器。

无刷直流电机四象限运行

答:无刷直流电机

无刷直流电机是由直流电压,但电流换向由固态开关控制。换向瞬间由转子位置。转子轴的位置由霍尔效应传感器感觉到,它提供了各自的开关和信号。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。显示的数字在电动机的外围图代表了传感器位置代码。转子的北极指向代码输出转子位置。数字传感器逻辑水平,最重要的一点是传感器和最低有效位传感器。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。这些信号是由组合逻辑解码提供120年的发射信号传导的三个阶段。转子位置解码器有6个输出控制上、下阶段腿mosfet。

b四象限运行

有四种可能的模式或象限的操作使用一个无刷直流电机无刷直流电机运行时描述了第一和第三象限,提供的电压大于back emf汽车和反向分别驾驶模式,但电流的方向不同。当电机运行在第二和第四象限的价值生成的emf电动机应大于提供的电压是制动和反转制动的操作模式,分别在这里电流的方向是相反的。无刷直流电机是最初在顺时针方向旋转,但当速度逆转命令,控制进入顺时针再生模式,将转子静止位置。而不是等待绝对静止位置,连续通电的主要阶段。这个快速降低转子位置停滞。因此,有必要确定机器的转子时即时理想情况下逆转。

比例积分控制器

比例integral-derivative是控制回路反馈机制使用。PI控制器试图纠正这个错误测量的过程变量和想要的设置点之间通过计算,然后输出相应的纠正措施,可以调整过程。比例积分控制器的计算包括两个独立的模式比例模式,积分模式。比例模式确定反应电流误差,积分模式决定了反应基于最近的错误。两种模式输出的加权和作为纠正措施控制元件。电机的速度相比,其参考价值和速度误差处理比例-积分(PI)控制器。该控制器的输出是参考扭矩。限制放在根据允许的最大速度控制器的输出绕组电流。

数字控制

无刷直流电机是由矩形电压中风加上给定转子位置;看到生成的定子磁通,转子磁通,这是由一个转子磁铁,定义了转矩,因此电机的速度。产生的最大转矩,中风,必须应用于三相绕组的电压系统,因此定子磁通的夹角和转子磁通保持接近90°。符合这个标准,汽车需要电子控制设备的正常运行。

脉宽调制模块:

的PWM模块简化了任务生成多个同步脉冲宽度调制(PWM)输出。它有六个PWM I / O引脚有三个工作周期发电机。三个PWM责任周期寄存器是双缓存允许故障少更新的PWM输出。对于每个工作周期,有一个工作周期寄存器将用户访问而第二个工作周期寄存器保存当前使用的实际值相比PWM周期。

仿真软件模型

无刷直流电机的仿真软件模型。闭环控制器的三相无刷直流电机是使用MATLAB / Simulink模型和永磁同步电动机与梯形EMF模型为无刷直流电机。控制器的模型图8所示,大厅接收信号作为输入,将它转换为相应的电压信号。门信号是通过比较实际生成的速度与参考速度。因此闭环速度控制的帮助下实现PI控制,控制器中。

仿真软件的四象限模型驱动。

EMF生成单元

仿真结果

三相输出电压

完整的驱动系统

四象限零电流转换转换器实现对直流电机和单可控开关实现四象限运行。常见的再生制动的方法包括添加一个额外的转换器,或添加一个额外的电容,开关序列改变电源开关。但是添加一个转换器的方法不仅增加了成本,也降低了转换效率。添加一个超级电容的方法不需要额外的电源转换器,但它需要一个传感器检测超级电容电压。这使得电路非常复杂,很难实现。而且电容非常昂贵。本文提出的方法简单、可靠。它节约能源的可充电电池在再生制动模式。继电器电路是用来运行电动机在加速模式和充电电池在再生模式。位置信号获得电机的霍尔传感器读取的I / O线dsPIC控制器。 The Hall sensor inputs give the position of the rotor which is fed to the controller. The controller compares it with the reference speed and generates an error signal. The required direction of rotation either clockwise or counter clockwise can also be fed to the digital controller. The PWM module of the controller generates appropriate PWM signals, which are applied to the three phase inverter. Whenever there is a reversal of direction of rotation it implies there is a change in the quadrant. When the motor is operating in the motoring mode, in the clockwise direction, the relay contacts are normally open. But when braking is applied or when a speed reversal command is received, the relay contacts are closed. The kinetic energy which will be wasted as heat energy is now converted into electric energy which is rectified and stored in a chargeable battery. The braking energy can be given back to the power source. But it increases the complexity of the circuit, the DC power generated has to be inverted to be given back to the mains.

结论

无刷直流电机性能和可靠性司机被改进的,因为传统的控制和传感技术通过减少传感器技术已得到改进。这个无刷直流电机四象限运行和负载变化的方法,使用MATLAB / SIMULINK仿真软件。先进的传感器少的方法进行了综述,介绍了最近的事态发展在这一领域与他们固有的优点和缺点,包括实际的实现问题的分析和应用。研究包括一个深最先进的反电动势传感方法的概述,其中包括终端电压传感、三次谐波电压集成、终端当前的传感,——EMF集成和PWM策略。

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