A method for reduction of torque
ripples in high speed brushless DC
motors
Journal Name:
- Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi
Keywords (Original Language):
Author Name | University of Author | Faculty 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
Bookmark/Search this post with
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.
FULL TEXT (PDF):
- 3