Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem
Yıl: 2017 Cilt: 8 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 485 - 494 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 08-10-2018
Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem
Öz: 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.
Anahtar Kelime: A method for reduction of torque ripples in high speed brushless DC motors
Öz: 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.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
| APA | Çelikel R (2017). Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. , 485 - 494. |
| Chicago | Çelikel Reşat Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. (2017): 485 - 494. |
| MLA | Çelikel Reşat Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. , 2017, ss.485 - 494. |
| AMA | Çelikel R Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. . 2017; 485 - 494. |
| Vancouver | Çelikel R Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. . 2017; 485 - 494. |
| IEEE | Çelikel R "Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem." , ss.485 - 494, 2017. |
| ISNAD | Çelikel, Reşat. "Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem". (2017), 485-494. |
| APA | Çelikel R (2017). Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 8(3), 485 - 494. |
| Chicago | Çelikel Reşat Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 8, no.3 (2017): 485 - 494. |
| MLA | Çelikel Reşat Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, vol.8, no.3, 2017, ss.485 - 494. |
| AMA | Çelikel R Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. 2017; 8(3): 485 - 494. |
| Vancouver | Çelikel R Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. 2017; 8(3): 485 - 494. |
| IEEE | Çelikel R "Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem." Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 8, ss.485 - 494, 2017. |
| ISNAD | Çelikel, Reşat. "Yüksek hızlı fırçasız doğru akım motorlarında moment dalgalanmalarını azaltan bir yöntem". Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 8/3 (2017), 485-494. |
