不计换相时间的条件下的无刷直流电机驱动器的脉动

1、 不计换相时间的条件下的无刷直流电机驱动器的脉宽调制技术以减少换相转矩脉动Yong-Kai Lin Yen-Shin Lai学生会员，IEEE 高级会员，IEEE国立台北北科技大大学电力力电子中中心 台湾台台北孝庄庄东路 106608 HYPERLINK mailto:.tw yslaainntutt.eddu.ttw摘要 - 本文文介绍了了为无刷刷直流电电机驱动动器设计计的三相相脉冲宽宽度调制制技术，以减少少换相转转矩。以以前的方方法相比比，所提提出的技技术并不不需要任任何的扭扭矩观察察员和减减刑时间间计算，这可能能对电机机参数很很敏感，并需要要更多的的计算时时间。

2、换换时间对对所提出出的技术术是由一一个简单单的比较较器电路路组成的的检测电电路。基基于FPPGA控控制的无无刷直流流电机驱驱动器以以降低电电流纹波波提出的的PWMM技术，可显着着降低电电流纹波波。指数条款款 - 直流无无刷电机机，转矩矩脉动减减少，换换相转矩矩脉动I 导导言图1（AA）显示示反电动动势和相相电流的的无刷直直流电机机的理想想波形。正如图图1（A）中所所示，目目前是平平坦的波波形，这这是在与与反电动动势相，从而使使平滑的的扭矩。然而，由于逆逆变器的的电流转转换率和和减刑的的限制，电流波波形是不不平坦图图所示。 1（B）。这一一事实提提供了显显着的转转矩脉动动，可高高达平均均转矩的的

3、50如如1中解决决的。提出了一一些文件件来处理理这个问问题。已已经提出出了一种种电流控控制方法法2，以减减少转矩矩脉动。然而，通过减减刑所造造成的转转矩脉动动是没有有充分考考虑22。 33，通通过改变变直流母母线电压压，这就就需要额额外的直直流母线线电压控控制电路路和电容容器，从从而增加加了成本本，减少少换相转转矩。预预测电流流的方法法，这就就要求电电机参数数显示在在4，以减减少换相相转矩脉脉动。正正如图所所示。 134，结果似似乎不符符合理想想的。在在减刑，可减少少换相转转矩脉动动5-6所所示，通通过改变变税。然然而，两两相PWWM保留留在55-6限制减减少转矩矩脉动的的贡献7-88讨论论。

4、三相PWWM技术术，以减减少7-99的换换相转矩矩脉动。无论是是三相电电流传感感器或转转矩观测测7和8分别为为改变PPWM方方法三阶阶段。因因此，这这些无论论是成本本增加或或计算及及参数敏敏感性分分析的结结果。 在9中，三相相PWMM交换控控制交换换的时间间是通过过计算确确定。然然而，电电机绕组组的电感感需要换换时间计计算。请请在99看（27）几个PWWM技术术100-122已经经提出了了消除逆逆转直流流母线电电流或循循环的无无刷直流流电机驱驱动器的的电流。这些研研究成果果尚未讨讨论减少少换向无无刷直流流电机驱驱动器的的电流纹纹波。在在本文中中，为减减少转矩矩脉动的的PWMM技术建建议。此此外

5、，决决定减刑刑期的检检测电路路。最后后，实验验结果的的形式基基于FPPGA的的无刷直直流电机机驱动器器显示，减刑电电流纹波波提出的的PWMM技术，可显着着降低。（A）理理想反电电势和相相电流(B)实实际相电电流，CCH2图1。无无刷直流流电机的的理想与与实际波波形II 提出的的交换扭扭矩降低低的PWWM技术术一种新的的用来减减少三相相无刷直直流电机机驱动换换相转矩矩的脉冲冲宽度调调制技术术被提出出。以前前的方法法相比，所提出出的技术术并不需需要任何何的扭矩矩观察员员和减刑刑时间计计算，这这可能是是敏感的的电机参参数，并并需要更更多的计计算时间间。换时时间对所所提出的的技术是是由一个个简单的的比

6、较器器电路组组成的检检测电路路。A.基本本概念图2显示示了无刷刷直流电电机驱动动器的框框图。图图3显示了了减少换换相转矩矩脉动的的基本思思路。正正如图33中所示使使用相“a”作为非非换相，相“b”为即将将离任的的阶段而而相“c”为进入阶段段，基本本思路是是作为一一个例子子，保留留同样大大小的电电流转换换率而符符号相反反的传入入和传出出的阶段段。这个个基本的的想法，可以通通过控制制在交换换时的多多少来实实现图4显示示了建议议的交换换控制专专长。在非非减刑期期间（CP=“L”），所需需的导通通时间，“TN”，适用用于PWWM控制制，在此此期间，保留两两相PWWM控制制。 “TN”可以从从一个控控制

7、回路路，如速速度控制制环和转转矩控制制回路等等，相比比之下，派生，反过来来加倍，“TC11”和“TC22”，用于于在交换换期间（控制面面板的“H”）和三三相PWWM控制制应用，如图所所示。 4。 “TC11”和“TC22”将在下下一节派派生图2 无无刷直流流电机驱驱动器图3所提提及技术术的基本本思想图4 提出的的减少换换相转矩矩的三相相PWMM控制在交换期期间的 tcc1 aand tc22 的推导导正如图所所示。33，三相相绕组的的无刷直直流电机机可分为为非交换换阶段，进入阶段段和在交交换时期期传出阶阶段。非非换相电电流维持持在交换换时期。传入相相电流随随控制摆摆率而增加相比之下下，目前前传

8、出阶阶段降低低在交换换时期。以“tc11”annd “tc22”派生生的一般般形式，本文使使用阶段段的“X”，“Y”和“Z”代表非非换相，相传出出和传入入阶段，分别为为。此外外，表II显示“X”，“Y”和“Z”的三相相无刷直直流电机机绕组在在不同部部门之间间的关系系。表 I三相绕组组“x”, “yy” aand “z”之间的的关系在部门22的交换换期，无无刷直流流电机的的电路如如图5（A）所示示，而信信号是“开”。根据据表一，无刷直直流电机机等效模模型可以以得出如如图 66（一）如果绕绕组电阻阻被忽略略。图5 在在部门22交换期期间的无无刷直流流电机的的电路图6 图图5的等效效电路正如图66(

9、A), (1)-(3) 中的的可以由由基尔霍霍夫电压压定律导导出由 (11)-(3), 中央央抽头电电压可以以导出（4）代代入（11） - （3），每每相的电电流转换换率可写写为：信号变为为“关闭”时，无无刷直流流电机的的电路 如图 55（B）。并且且图5（B）的等等效电路路正如图 6（B）所示示。 正如图图6（B）所示，（8） - （10）由由基尔霍霍夫电压压定律可可以得出出：由（8）（10）得得，中央央抽屉电电压可被被推导为为把（111）代入入（8） - （10），每相电流转换率可可以写为为：平均每相相的电流流转换率率可以写写成：“dc11“是部部门2在交换换期间的的占空比比，它可可以被定

10、定义为（18），在（118）中中，“Ts”代表开开关周期期 为了保持持相同幅幅度的电电流转换换率而符符号相反反的传入和和传出的的阶段可可以得到到以下结结果：此外，合合上时间间，“ttc1”，在交交换时期期可以被被推导为为假设，（20）可可以被写写成：当同样，合合上时间间“tc22“，部部门3在交换换时间可可以被写写成假设，（22）可可以被写写成 C 建议议的交换换时间的的检测电电路图7显示示了交换换期检测测电路的的框图。传出相相“断开”控制用用于这种种检测。图7（B）和图图 7（C）显示示零电流流和零电电流条件件。在图 7（B）中，如果果传出相相电流不不为零，比较器器输出“DYPP”为“高”。

11、反之当当传出相相电流为为零，“DYPP”为“低”如图（C）所示示。因此此，当交交换期结结束，“DYP”的状态态变低，从而表表明交换换期。交换换期间，由“CP”在图4中表示，结束时，比例会会随着所所需的开开通时间间而改变变，“tn”如图4所示和两相PWWM控制制恢复。第三。实实验结果果图8显示示了基于于FGPPA的实实验系统统。正如如图8所示 ，直流流母线电电流反馈馈电流控控制。直直流母线线电压和和逆变器器的开关关频率为为24 V和20千赫赫。图99显示提提出的方方法是使使用FPPGA实实现框图图。正如如图9所示，无刷直直流电机机转速的的计算方方法，通通过检测测霍尔信信号。根根据图44信号的的“

12、choopdnn”用于产产生PWWM信号号时，“CP”=“L”的。如如“CP”变为“H”，信号号“choppdc”用于产产生PWWM信号号无刷直流流电机的的规格载载于附录录。图110和图 122显示终终端电压压的测量量结果，相电流流和检测测减刑期期间，建建议减少少转矩脉脉动技术术与方法法。纹波波电流比比较图。 比较图图10（A）中和图图 100（B）的纹波波电流，其中图图10（A）没有有用所提提的技术术而图110（B）有用用。很显显然所提提出的技技术，大大大降低低纹波电电流和电电流波形形几乎是是正方形形。其他他当前命命令如图11和图图12分别别为0.5定额额和0.22定额时时，可以以得出类类似

13、的结结果。这些实实验结果果完全支支持建议议的技术术的有效效性。图7 部部门2,4和66传出相相交换时时的检测测电路图8 基于FFGPAA的实验验系统图9 FFPGAA中的框框图图10 实验结结果CPP 图111 实验结结果CPP图12 实验结结果CPPIV. 结论本文介绍绍了无刷刷直流电电动机驱驱动的三三相脉宽宽调制技技术，以以减少换换相转矩矩。该技技术不需需要任何何扭矩观观察员和和换时间间的计算算，这可可能是敏敏感的电电机参数数和需要要更多的的计算时时间。所所提出的的技术交交换时间间由检测测电路检检测。实实验结果果表明，基于FFPGAA控制依靠靠PWMM技术的无无刷直流流电机驱驱动器的的换向

14、电电流纹波波可显着着降低。附录3 BBLDCCM, L = 0.66 mHH, RR = 0.333 , Pratted = 770 WW, Iraatedd = 3 AA.参考R. CCarllsonn, MM. LLajooie-Mazzencc, aand J. C. D. S. Faggunddes, “AAnallysiis oof ttorqque rippplee duue tto pphasse ccommmutaatioon iin bbrusshleess DC macchinnes,” IIEEEE Trranss. oon IInduustrry AAppllicaat

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