减少使用多级逆变器梯形永磁同步电动机的转矩脉动

R Ravichandran¹和S Sivaranjani²

P。G学生(PSE),部门EEE, V.S.B.工程学院,Karur Tamilnadu、印度
助理教授,EEE称,V.S.B.工程学院,Karur Tamilnadu、印度

文摘

永磁无刷直流电机是应用广泛的行业由于其高功率密度和容易控制。这些汽车通常使用三相功率半导体桥控制。启动和提供适当的变换序列打开电源设备在逆变桥的转子位置传感器是必需的。基于转子位置,电源转换设备。电机来实现优先级别的性能需要合适的控制器。永磁电机通常使用比例积分控制器实现速度控制。无刷直流电机驱动器使用一个或多个传感器提供位置信息保持同步。它导致更高的成本驱动电动机由于传感器布线和实现。同时,传感器不能用于应用程序(如住房和关闭电机的转子是沉浸在液体。因此,对于成本和技术原因,少刷传感器驱动无刷电机控制器是一个重要的功能。 Implementations of sensor less BLDC control with the lowest possible system cost is essential for maintaining the highest performance. This paper shows that the torque produced by the BLDC motors with trapezoidal Back EMF is constant under ideal condition. Due to freewheeling torque ripples are produced which are to be either eliminated or reduced. This paper proposes, a five level diode clamped multilevel inverter to reduce the torque ripple and the same was simulated using MATLAB software.

关键字

无刷直流电机(刷),二极管夹多电平逆变器,转矩脉动,PI控制器、正弦脉宽调制(SPWM)。

介绍

无刷直流电机与梯形反电动势也有很多优点。它有高效率、高功率密度、可靠性,因为缺乏磁场绕组和刷子。所以它有低维护、简单的框架和摩擦、高能力。尽管在实际情况下刷驱动转矩脉动由于回EMF遗弃的理想。转矩脉动产生的噪音和速度控制的问题。由于电力电子整流二极管的随心所欲的不活跃的阶段和高频电力电子设备的开关,另一个问题是逆变器输出或输入的无刷直流电机有许多谐波会产生电磁干扰。

无刷直流电(刷)汽车可靠性高的特点,简单的框架,和小摩擦。通过比较与永磁同步电动机,无刷直流电机调速性能和高功率密度的优点[13]。减少转矩脉动和刷的控制性能改进主要集中在换向转矩脉动,二极管产生的转矩脉动的随心所欲的不活跃的阶段,和非理想引起的转矩脉动电动势(EMF)。换向转矩脉动,Calson等人提出,相对转矩与电流和速度随[14]。在[7],一个直流电流传感器和一个自适应的相变点监管方案应该被用来抑制换相转矩脉动,但没有考虑二极管随心所欲的不活跃的阶段。壮族等人分析了不同脉冲宽度调制(PWM)的统治模式的换向转矩波动根据刷马达与理想梯形反电动势[6],比例积分(PI)控制器在控制工程是一个众所周知的系统。它本质上是一个有滞后补偿器传递函数的特征

(1)

无刷直流电机位置可以感觉到从EMF(反电动势)。适当的逆变器开关操作。无刷直流电机输出速度可以感觉到,使用比较器参考速度相比。因此错误产生的信号被发送作为PI控制器的输入。PI控制器试图纠正这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,和积分模式。比例(KP)模式确定当前错误的反应,基于积分(Ki)模式决定了反应最近的错误。两种模式的加权总和(KP和Ki)作为纠正措施控制元件的输出。π(比例积分控制器广泛应用于行业由于其易于设计和结构简单。

PI控制器输出和检测反电动势(反电动势)使用乘数乘以。输出为正弦参考信号脉冲宽度调制。SPWM产生开关脉冲,根据开关二极管夹多层次逆变器(DC-MLI)可以开关的开/关操作。这五个级别二极管夹多电平逆变器被用来激发无刷直流电机两个阶段在同一时间。不活跃的阶段和电子换向无刷直流电机产生转矩脉动,谐波。转矩脉动可以最小化由逆变器提供适当的开关和谐波消除使用正弦脉宽调制技术通过将低阶谐波转移到高阶谐波。然后只有高阶谐波消除使用低通滤波器。低阶谐波非常危险,因为这是接近基本这就是为什么低阶谐波转移到高阶。

二极管夹多电平逆变器

三相5级DC -多层互连拓扑是图2所示。每个逆变器共享一个公共直流母线的三相输出电压被分成五个水平四个直流母线电容器。电容器是下标从C1到C4,中间点中性点C2和C3电容器构成的逆变器输出电压有五个指中性点电压状态。每个电容器的电压是直流/ 4,每个开关器件的电压应力仅限于Vdc通过钳位二极管,已被列为D1.3 Ddc31 11。这种拓扑结构的不同关键组件从一个传统的两级逆变器钳位二极管。中性点n被假定为输出相电压参考和分析了开关组合阶段输出电压范见表1。

五个级别DC-MLI在图2中,一组四个开关是在任何给定的时间和他们Sa1to Sa4电压水平的范= Vdc / 2。第二开关状态显示的电压水平Van = Vdc / 4和Sa2to Sa1 1开关应被触发。剩下的开关状态是零和负输出如表1中可以看到。反向电压钳位二极管需要不同的电压等级的阻塞由于每个触发开关只需要块电压水平的Vdc / (m - 1)。通过假设开关从Sa1 Sa4触发如表1第一行所示,D1阻塞二极管需要阻止电压3 vdc / 4的速度是由三个直流母线电容器。

因为每个阻塞二极管电压等级是一样的活跃设备额定电压。为每一个阶段所需数量的二极管会计算(m - 1)。(m - 2), m代表数量的逆变器的水平。下面的方程是用来确定所需的设备数量形式给定水平的二极管夹多层互连。如果m假设的数量水平,在直流侧电容的数量(c)可以通过使用方程(1)。

随心所欲的二极管的数量每阶段,(d)和钳位二极管的数量(j)可以计算通过使用方程(2)和(3)。

c = m - 1 (2)

d = 2 (m−1) (3)

j = (m−1)。(m−2) (4)

DC-MLI是有效的在基本频率切换应用程序但钳位二极管的数量需要二次盟友相关的数量水平。基频切换会导致电压和电流THD的增量,而钳位二极管数量的增加使得拓扑。

仿真和结果

美联储二极管夹多电平逆变器三相五水平无刷直流电机速度控制的PI控制器。速度反馈PI控制器。比较实际的速度和参考速度产生误差信号输入的PI控制器。反电动势在过程和乘以π输出。这些都是用来提供参考为正弦脉宽调制信号。二极管夹多电平逆变器三相交流输出连接到无刷直流电机终端。五个级别二极管夹多逆变器三个阶段有三条腿。每条腿八交换机使用(第4大腿和小腿4开关)。在开关随心所欲的二极管连接保护的目的。开关脉冲得到的正弦脉宽调制技术。

图4显示了5级二极管夹多电平逆变器的仿真图。子系统是PWM产生电路,使用这种电路参考信号和四个sinewave信号与不同的振幅进行了比较。当参考振幅大于载波振幅门脉冲产生。基于此门脉冲5级二极管夹多电平逆变器开关制造。

从上面的图6显示了三个阶段的输出速度5级二极管夹多电平逆变器无刷直流电机。可以控制输出速度PI控制器(闭环控制)。速度可以改变通过改变参考速度或一组速度。这里的参考速度是1200 rpm和速度变化定期由于PI控制器的稳态误差。

转矩脉动计算

无刷直流电机转矩脉动产生的噪音和振动系统。所以最小化或消除噪音和振动在无刷直流电机是一个相当大的问题。两种技术主要是用来减少转矩脉动。改进电机设计和电机控制方案。图7显示了无刷直流电机电磁转矩。定义为转矩脉动周期增加和减少输出转矩,找到转矩脉动公式之间的差异的百分比最大扭矩(达峰时间)和最小转矩(Tmin)相比,平均转矩(Tavg)。比例可以由以下公式计算转矩脉动,

(5)

让我们以上述值从一个周期的图7。扭矩的最大值(达峰时间)为24.4374,最小值的转矩(Tmin)是15.8052,这个扭矩(Tavg)的平均值是20.12。用上面的方程(5)中获得的值我们得到转矩脉动值是42.90%。进一步减少转矩脉动可以通过选择最优值的比例积分控制器常数。

结论

转矩脉动刷汽车带来的偏离理想条件是与电动机的设计因素或逆变器供给,从而导致非理想的电流波形。不良的无刷直流电机驱动转矩脉动导致速度振荡和激发共鸣的机械传动部分、可听噪声和可见的振动模式的高精密机器。本文5级二极管夹多电平逆变器与PI控制器提出了刷。转矩波动是由于在活跃的阶段。扭矩波纹已经减少了使用二极管夹多电平逆变器与正弦脉宽调制技术。PI控制器是用来控制速度。无刷直流电机是结果分析和转矩脉动的数量计算。从模拟的结果很明显减少脉动转矩。这种方法的主要优势是它使用传感器技术三个阶段,因此,减少了传感器的成本。

引用

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