You are here

Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem

A method for reduction of torque ripples in high speed brushless DC motors

Journal Name:

Publication Year:

Author NameUniversity of AuthorFaculty of Author
Abstract (2. Language): 
The high speed brushless DC motors (BLDC) have been usually used in the flywheel energy storage systems, the moment control gyroscopes and the industrial applications. These are used in wide speed district. The DC input voltage of inverter is constant in traditional speed control method. In this study, a method based on the boot-buck type DC voltage converter is proposed for the high speed BLDC driver. In this method, the motor current is controlled when the DC link voltage of inverter is adjusted by the boost-buck converter. The winding of the high speed BLDC have too low inductance and resistance. Therefore current control is important problem in the high speed BLDC. The current ripple occurs at different speed values when used in widely speed district. The most important disadvantage of the high speed BLDC is torque ripples which caused by current ripples. High switching frequency is required because of the high fundamental frequency are taken 500 Hz / 1 kHz. dv/dt stresses are seen on the motor winding because of high switching frequency. These voltage stresses must be reduced by using an LC filter. The Corner frequency of the LC filter is taken as 28.2 kHz. The six-step switching technique which applied more easily for microcontroller is chosen to drive motor at high speed region. The hall-effect sensors are used to determine switching sequence. The MOSFET is selected to high switching frequency. In this simulation, PI controller is used to control current and speed. The boost-buck converter based control method was simulated by using MATLAB/SimPowerSystem blocks. The simulation of the high speed BLDC have been performed in the widely speed range by using proposed method. The Switching frequency of the inverter is taken as 50 kHz. The sampling period is taken 20 μs for speed measurement and 10 μs for current measurement. In the simulation, the motor speed was performed at 5000 rpm, 30000 rpm and 60000 rpm. The torque and current waveform of the high speed BLDC was obtained by using proposed method. Waveform shapes of the current and torque were obtained by using proposed method and traditional method. Obtained results were compared by using both method. The ripples of the high speed BLDC phase currents were reduced by using proposed method. Therefore, the amount of the torque ripples have been reduced. Especially, the best result was obtained in low speed. On the other hand, the speed control was performed successfully. Thus, the vibrations of the high speed BLDC was reduced using proposed method. In the future work, the torque ripple of high speed BLDC will be reduced using artificial neural network and fuzzy logic methods in the high speed region
Abstract (Original Language): 
Yüksek hızlı Fırçasız Doğru Akım Motorları (FDAM) özellikle volanlı enerji depolama sistemlerinde, moment kontrol jiroskoplarında ve endüstriyel uygulamalarda, geniş hız aralıklarında, yoğun olarak kullanılmaktadırlar. Geleneksel hız kontrol yöntemlerinde evirici DC giriş gerilimi sabit olan altı adımlı evirici yapısı kullanılmaktadır. Bu çalışmada yüksek hızlı FDAM’nun sürülebilmesi için yükselten-düşüren DC gerilim dönüştürücülü bir yöntem önerilmiştir. Yükselten-düşüren dönüştürücü eviricinin giriş gerilimini değiştirerek motorun akımını kontrol eder. Yüksek hızlı FDAM’ u fiziksel yapısı gereği çok düşük sargı direnci ve çok düşük sargı indüktansına sahiptir. Bu nedenle bu motorlarda akım kontrolü önemli bir problemdir. FDAM’ u geniş hız aralığında kullanılırken, farklı hız değerlerinde motor akımında önemli derecede dalgalanmalar oluşmaktadır. FDAM’ larının en önemli dezavantajı akım dalgalanmalarından kaynaklanan moment dalgalanmalarıdır. Yükselten-düşüren dönüştürücü kullanılan kontrol yönteminin benzetim çalışması MATLAB/SimPowerSystem blokları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Önerilen kontrol yöntemi kullanılarak motor geniş hız aralığında sürülmüştür. Yüksek hızlı FDAM’ una ait akım ve moment grafikleri farklı hız değerlerinde elde edilmiştir. Elde edilen bu sonuçlar geleneksel hız kontrol yöntemleri ile elde edilen sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Önerilen kontrol yöntemi ile geleneksel hız kontrol yöntemi karşılaştırıldığında, geniş hız aralığında yükselten-düşüren dönüştürücü kullanılan yöntem ile akım dalgalanmalarını azaltmada daha etkili sonuç elde edildiği görülmüştür. Motor faz akımındaki dalgalanmalar düşürüldüğünde, motorun üretmiş olduğu moment grafiklerinde de önemli ölçüde moment dalgalanmalarının azaldığı görülmüştür. Motorun moment dalgalanmalarının azalması ile beraber motorda oluşan istenmeyen gürültüler engellenmiş olur.
485
493

REFERENCES

References: 

Arashloo, R.S., Salehifar, M., Romeral, L. ve Sala,
V., (2015). A robust predictive current controller
for healthy and open-circuit faulty conditions of
five-phase BLDC drives applicable for wind
generators and electric vehicles, Energy
Conversion and Management, 92, 437-447.
Asaei, B. ve Habibidoost, M., (2013). Design,
simulation, and prototype production of a through
the road parallel hybrid electric motorcycle,
Energy Conversion and Management, 71, 12-20.
Aydın, K. ve Aydemir, M.T., (2013). A control
algorithm for a simple flywheel energy storage
system to be used in space applications. Turkish
Journal Electrical Engineering & Computer
Sciences, 21, 5, 1328-1339.
Briat, O., Vinassa, J.M., Lajnef, W., Azzopardi, S.
ve Woirgard, E., (2007). Principle, design and
experimental validation of a flywheel-battery
hybrid source for heavy-duty electric vehicles,
IET Electric Power Applications, 1, 5, 665–674.
Gurumurthy, SR., Agarwal, V. ve Sharma, A.,
(2013). Optimal energy harvesting from a highspeed
brushless DC generator-based flywheel
energy storage system, IET Electric Power
Applications, 7, 9, 693–700.
Hwang, C.C., Li, P.L., Liu, C.T. ve Chen, C.,
(2012). Design and analysis of a brushless DC
motor for applications in robotics. IET Electric
Power Applications, 6, 7, 385 – 389.
Kenny, B.H. ve Santiago, W., (2004). Filtering and
control of high speed motor current in a flywheel
energy storage system, NASA/TM 2004,
Cleveland OH, USA, 213343.
Li, W., Fang, J., Li, H. ve Tang, J., (2016). Position
Sensorless Control Without Phase Shifter for
High-Speed BLDC Motors With Low Inductance
and Nonideal Back EMF, IEEE Transactions on
Power Electronics, 31, 2, 1354-1366.
Shi, T., Guo, Y., Song, P. ve Xia, C., (2010). A New
Approach of Minimizing Commutation Torque
Ripple for Brushless DC Motor Based on DC–
DC Converter, IEEE Transactions on Industrial
Electronics, 57, 10, 3483-3490.
Xia, C., Xiao, Y., Chen, W. ve Shi, T., (2014).
Torque Ripple Reduction in Brushless DC Drives
Based on Reference Current Optimization Using
Integral Variable Structure Control, IEEE
Transactions on Industrial Electronics, 61,2,
738-752.

Thank you for copying data from http://www.arastirmax.com