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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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波纹减少使用巴特沃斯滤波器无刷马达驱动

p . Deepakumari1,p博士Arockia Jansi王妃2
  1. PG学生(应用电子技术),CSE称,Manonmaniam Sundaranar大学Tirunelveli Tamilnadu、印度
  2. 助理教授,CSE称,Manonmaniam Sundaranar大学Tirunelveli Tamilnadu、印度
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文摘

介绍了分析和设计低成本的无传感器的三相逆变器无刷直流电机驱动器。缺乏霍尔传感器产生的无传感器控制因此由过零检测器获得减刑。该系统采用巴特沃斯低通滤波器(LPF)来防止多个输出转换噪声或终端电压的脉动。提出工作的性能相比,使用切比雪夫滤波器。仿真结果为开发出无传感器技术的性能。

关键字
无刷直流电机(刷),MOSFET和IGBT,巴特沃斯滤波器,切比雪夫滤波器无传感器控制,仿真模型。

介绍
无刷直流电(刷)汽车是汽车类型目前越来越受欢迎。刷马达是利用广泛的行业如消费电子、医疗、汽车、工业自动化设备及航空航天。刷电机的换向不一样的刷式直流电机。刷直流电机的机械换向器取代电子开关,电源电流,电机绕组作为转子位置的函数。这种交流电动机称为无刷直流电机,由于其性能与传统的直流电机换向片。刷电机有很多优势和刷式直流电机和感应电动机相比,列出如下[1 - 5]:更好的速度和转矩特性、动态响应高、效率高、运行寿命长,无声的行动,更高的速度范围。
此外,的比例大小的扭矩传递给电动机更高,使它有用的空间和重量的应用程序中是至关重要的因素。多年来的先进功率半导体技术的发展,嵌入式系统,调速驱动器(asd)控制计划和永磁无刷电动机生产了调速应用程序的可靠和具有成本效益的解决方案。家用电器预计将增长最快的最终产品市场之一电子马达驱动器(emd)在接下来的几年内[19]。主要设备包括衣服洗衣机,房间空调、电冰箱、吸尘器、冰柜等。汽车行业也将前方的爆炸性增长由于紧凑的直流无刷式电子控制电动机系统设计和无刷直流电机效率高。电器和设备使用电动机将电能转化为有用的机械能所需的负载。消费者现在的需求降低能源成本,更好的性能,降低了噪声,更方便的功能。近年来,建议了新的家电行业更高的节能标准,将在不久的将来,合法化[20]。这些能源标准设备设计师建议提出了新挑战。
三相刷马达也可采用的工业需要媒介的应用程序和非常高的速度。两个重要的特点,低惯性和高扭矩峰值,导致电机快速加速和减速的能力。传感器和无传感器控制两种控制方法刷马达[1 - 5]。传感器控制霍尔传感器通常使用需要维护。位置无刷电机驱动的方法,一种新的无位置传感器操作[7]和无传感器控制算法没有信号注入报告[8]。两种类型的无传感器控制技术的讨论点刷马达[12]。第一种使用EMF的位置传感电机,和第二个是位置使用电动机参数估计。
位置估计方案通常需要复杂的计算,系统的成本相对较高。反电动势感应方案是最常用的方法,本文采用。
在三相无刷直流电机,只有两三个阶段在任何时候感到兴奋,离开第三相绕组浮动。浮动绕组的反电动势电压可以测量建立切换序列变换的电力设备的三相逆变器。感应回EMF的传统方法是建立一个虚拟中性点,理论上,在相同的潜在Y伤口电机的中心,然后感觉虚拟中性和电压之间的差异在浮动码头。然而,当使用斩波驱动,中性不是停滞点。中性潜在从0到直流总线电压附近,创建一个大的共模电压由于中性是参考点[9]。同时,PWM信号是叠加在中立的电压,产生大量的电噪音的感觉信号。适当的感应的电动势需要大量的衰减和过滤。所需的衰减是降低信号的容许范围共模传感电路、低通滤波是光滑的高开关频率的噪音。结果是一个糟糕的信号噪声比的一个很小的信号,特别是在创业最需要的地方。因此,这种方法往往有一个狭窄的速度范围和穷人upcharacteristics开始。
减少开关噪声,EMF集成(13-22),三次谐波电压集成[10]和通量估算[7]。集成方法的优点是减少开关噪声敏感度。然而,它仍然具有高共模电压问题的中性的。通量估算方法以低速度估计误差。扭矩波纹[11],纹波电流,电压下降,速度限制[6],[14]额外补偿电路,不适用于低负荷,可怜的可靠性(17日21 22),高频脉动、多个输出转换,相位延迟[18]。间接传感推迟EMF的零交叉检测自由二极管的导通状态镇定的阶段也接近[6]。这个方法的实现是复杂的和昂贵的,而其低速操作仍然是一个问题。本文反电动势检测方法,它不需要电机中性电压实现。后面EMF可以直接从终端检测到电压通过正确选择PWM和传感策略。结果反馈信号不衰减,为信号提供一个很好的信号/噪声比。

系统模型
Theproposed系统克服了上述缺点,它使用无传感器技术基于线电压差和120度启动高起动转矩方法建议。线间电压的区别是用来补偿相位延迟back-EMFs和巴特沃斯低通滤波器(LPF)可以用来防止多个输出转换噪声或连锁终端电压。这里的直流电压源应用于三相逆变器;逆变器输出连接到无刷直流电机。的输出阶段voltageis三相无刷直流电机和三相感应后终端电压;每个终端电压三相输入将抑制高开关频率纹波或噪音。提出工作的性能相比,使用切比雪夫滤波器,哪一个是最好的无刷电机设计的分析本文通过MATLAB仿真软件模型。

分析无刷直流电机
图1显示了一个三相无刷直流电机的等效电路[23]。典型的无刷直流电机的数学模型是描述为:
图像
图像
在那里,wm转子速度。图2显示了梯形反电动势,当前概要文件和霍尔传感器信号的三相无刷直流电机驱动器。
图像
当前脉冲生成是一个“120°和60°”类型。与最大驱动电动机恒转矩/电流,它需要企业当前的脉冲同步回line-neutral EMF特定阶段的电压
图像

仿真结果
在本节中,提出无传感器技术的有效性证明通过一些模拟。图3显示的总体框图三相逆变器使用IGBT / MOSFET在MATLAB仿真软件无刷直流电机驱动。在这些街区PI控制器是用来调节电机的速度通过设置它的比例和积分增益。给出了该控制器的输出是输入的电压源三相逆变器的六个步骤包括三个半桥逆变器,在相互相移角产生三相电压使用的霍尔信号行了行了电压差块然后这六个选通脉冲用于操作电机无霍尔传感器称为无刷电机。
图像
模拟在不同的速度进行引用的200转到3000转。该系统使用巴特沃斯滤波器终端电压的电压子系统产生的电压脉冲的输入其他子系统产生三相逆变器的开关脉冲。LPF的子系统使用图3所示(b)。产生的波形切比雪夫滤波器在通带和阻带波动图4所示。
图像
使用巴特沃斯低通滤波器的仿真子系统提供更好的阶段线性比切比雪夫滤波器在图5中。从这个应当推断,无刷电机驱动的设计使用巴特沃斯滤波器优于用切比雪夫滤波器。低功率应用MOSFET比IGBT的开关速度和动态性能。
图像
因此,巴特沃斯滤波器比切比雪夫滤波器在线性阶段,群延迟,波形失真,幅度响应和过渡带宽已经验证了仿真结果的无刷电机驱动器。

性能分析
在本节中三相无刷电动机的仿真进行了在不同速度的引用范围200转到3000转。当它到达3000 rpm巴特沃斯、切比雪夫低通滤波器的性能使用IGBT / MOSFET在三相逆变器是表1所示。IGBT的PI控制器需要更大的增益值相比,三相逆变器的MOSFET。

表1
巴特沃斯、切比雪夫滤波器的性能使用IGBT / MOSFET在无刷电机
图像
IGBT的开关频率小于MOSFET开关频率有一个定子电流和电磁转矩的波动因此我们选择MOSFET低功率的三相逆变器的设计应用程序。选择低通滤波器巴特沃斯滤波器的设计,因为它的过渡带和切比雪夫滤波器相比,更展现出涟漪在通带和阻带和巴特沃斯滤波器需要更少的组件构建的滤波器硬件。

结论
本文提出一种无传感器无刷直流电机控制基于行了行了电压差驱动高起动转矩和一个潜在的终端电压启动方法。这里的反电动势是减少相位滞后行了行了电压差和输出转换控制的低通滤波器。定子电流的大小由转子位置对齐,可以很容易地由脉宽调制控制的特定的三相逆变器的开关设备。从性能分析,设计一个无传感器无刷直流电机控制使用IGBT / MOSFET和巴特沃斯滤波器是非常适合高/低功率应用程序以及汽车应用。最后提出的方案已成功验证了仿真结果。

引用
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  23. 答:Halvaei Niasar h . Moghbeli a Vahedi;“建模和仿真方法对无刷直流电机驱动器”,第一国际会议上进行建模、仿真和优化应用(ICMSAO ' 05), p。05-6/05-6,2005年2月,阿联酋沙迦
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