PE2 Chapter 2 - kashanu.ac.ir 2.pdf · 2015. 2. 21. · ﻧ اد نﺎﺷﺎﻛ هﺎﮕﺸ / ﺸ ﻧاد ﻲﺳﺪﻨﻬﻣ هﺪﻜ / ﺮ ﮔ قﺮﺑ ﻲﺳﺪﻨﻬﻣ هو

دانان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

BLDCمعرفي موتور

ت در

ق2 /

حلكتر

د

و و ي رسه فاز BLDCمدل ديناميكي موتور

سوئيچه 6با اينورتر BLDCدرايو موتور

ييلوا در سيمولينكBLDCشبيه سازي درايو موتور

BLDCريپل گشتاور در موتور

موتور سرعت ثابتBLDCكنترل توان ناحيه در در ناحيه توان ثابتBLDCكنترل سرعت موتورBLDCساختارهاي خاص درايوهاي موتور

BLDCروش هاي كنترل بدون حسگر موتورهاي

(BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم1

BLDCمعرفي موتور دان

مروري بر موتورهاي الكتريكيان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCجايگاه موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

Electric Motorsسيهند

ه مكد

شگر/

DC AC رقي ب

دسمهن

وه ر

/ DC

PM Wound Fi ld Synchronous Asynchronous

/ك

ونيكتر

س الدر

PM Field y Asynchronous

Squirrel Cage

Wound Rotor

Square Wave

Sine Wave

ت در

ق2 /

حلكتر

د

Cage RotorWaveWave

BLDC Step SRPMSMReluctanceHysteresis

ييلوا

y

.داشته باشيمDC، بهتر است تا مروري بر چگونگي عملكرد موتورBLDCجهت درك بهتر عملكرد موتور ور و ر ر به ر ورجهت و ر ي و چ بر روري ت ر يمبه ب



DCمروري بر موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


DCمروري بر موتور دان

DCاجزاي يك موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

چهار قطب ساخت جنرال الكتريك DCيك ماشين DCآرميچر يك ماشين



DCكموتاتور در موتور

اش د تات ك فه وظ تناوبDC:1دو ت كك ل د تق(AC)ت ت ك ك(DC)ه ال و

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

مهم بسيار ماشين:نكته آرميچر سيمپيچهاي در موجود جريان و مقدارDCولتاژ لذا و است متناوب ميباشدDCكميتي صفر ولتاژ.آن اما

و بالعكس(DC)به كميت مستقيم(AC)تبديل يك كميت متناوب-DC: 1دو وظيفه مهم كموتاتور در ماشيندر فضا عليرغم چرخش سيم پيچ ها) روتور(ثابت نگه داشتن نيروي محركه مغناطيسي آرميچر - 2

سيهند

ه مكد

شگر/ اما ولتاژ .آن صفر مي باشد DCكميتي متناوب است و لذا مقدار DCولتاژ و جريان موجود در سيم پيچ هاي آرميچر ماشين:نكته بسيار مهم

.غيرصفر است DCو جريان دو سر جاروبك ها كميتي يكسو شده بوده كه داراي كمي ريپل مي باشد و درنتيجه داراي مقدار

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

آرميچر)ب( سيمپيچهاي در شده القاء متناوب ولتاژ

ت در

ق2 /

حلكتر

د

ولتاژ متناوب القا شده در سيم پيچ هاي آرميچر)ب(

ييلوا

چرخش آرميچر در ميدان استاتور) الف(اش)ج( د وبكها جا دو القاي DCولتاژ DCولتاژ القايي دو سر جاروبك ها در ماشين)ج(



DCكموتاتور در موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

.به سر مثبت تغذيه متصل است bبه سر منفي و aسيم پيچ ) ب( .به سر منفي متصل است bبه سر مثبت تغذيه و aسيم پيچ ) الف(

/ك

ونيكتر

س الدر

مدت زماني كه طول مي كشد تا جهت جريان تغيير كند، دوره يا زمان .كموتاسيون نامند

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

.در حين گردش كامل abتغييرات جريان سيم پيچي ) ج(




كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

'aaبعد از قطع و وصل سيم پيچ ) ب( 'aaقبل از قطع و وصل سيم پيچ ) الف(

چ د ان ل و و قط چ'aaاث هايmmfآ قط دو تات ك از تفاد ا ا چ آ

جاروبك واقع در حالت وسط كموتاتور) ج(

/ك

ونيكتر

س الدر

آرميچر با استفاده از كموتاتور دو قطعه ايmmfآرميچر بر'aaاثر قطع و وصل جريان در سيم پيچي

ت در

ق2 /

حلكتر

د

همانطور كه قبل مشاهده شد، با استفاده از يك كموتاتور دو قطعه اي تغييرات .درجه قابل كاهش است 180درجه به 360آرميچر از mmfجهت

ييلوا

mmfبا افزايش تعداد پيچك هاي آرميچر و تعداد كموتاتورها، تغييرات جهت .بازهم قابل كاهش است و در ماشين هاي واقعي به چند درجه محدود مي شود

شيار در آرميچر 12با DCآرميچر در يك ماشين mmfجهت




كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

:جمع بندي. ، هاديهاي آرميچر زير يك قطب همواره داراي جريان يك جهته هستندDCدر موتور

ت در

ق2 /

حلكتر

د

.اما جريان در دو سر هر دور از سيم پيچهاي آرميچر متناوب است.، تغيير جهت جريان در هاديهاي آرميچر بطور خودكار و از طريق جاروبك و كموتاتور انجام مي گيردDCدر موتور

.)بصورت ذاتي وجود دارد(از هيچ سنسور موقعيتي براي تشخيص زمان تغيير جهت جريان در هاديها استفاده نمي شود

ييلوا

.)ميدان هاي تحريك و آرميچر دوار نيستند(جهت ميدانهاي ناشي از آرميچر و تحريك همواره ثابت است



DCمدار معادل الكتريكي موتور

diLiRV fffff +=

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

)dtdiLiR(EV a

aaaaa ++=

dtLiRV ffff +

سيهند

ه مكد

شگر/

d

)dtdiLiR(k a

aaama ++ϕω=

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ تحريك مستقلDCمدار معادل كلي ماشين)T

dtdJ(TikT loss

mshaftaae +

ω+=ϕ=

/ك

ونيكتر

س الدر

Va = Ea+ RaIa

ت در

ق2 /

حلكتر

د

⎩⎨⎧

ϕ=

ωϕ=

aae

maa

IkTkE

ييلوا

DCمدل مداري حالت دائم موتور

⎩ ϕ aae



با آرميچر ساكن DCموتور

موتورهاي چرخند)PMDCحتي(معموليDCدر مي آرميچر پيچهاي سيم و بوده ثابت تحريك ،.

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد .، تحريك ثابت بوده و سيم پيچهاي آرميچر مي چرخند)PMDCحتي(معموليDCدر موتورهاي

.نسبت به جاروبك هاي ساكن روي استاتور مي چرخند ωmدر اين موتورها، سيم پيچ هاي آرميچر روي روتور با سرعت

سيهند

ه مكد

شگر/

.چرخاند ωmمي توان آرميچر را روي استاتور ساكن نگه داشت و جاروبك ها را روي روتور با سرعت

ت ا اكPMDCزا آ رق اي ب

دسمهن

وه ر

/ : با آرميچر ساكنPMDCمزاياي موتورانتقال حرارت ساده تر مدار آرميچر به بيرون )1(.ساختار ساده تر آرميچر به دليل عدم وجود نيروي گريز از مركز و لذا عدم نياز به مهار كردن سيم پيچ ها)2(

/ك

ونيكتر

س الدر

چ مپ ر م ز ر ز ر ر و م ل ر ر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCبا آرميچر ساكن با موتور DCشباهت موتور

ت ايBLDCد ئ از دنظ اي د ا ان ت هدا اي ك ا تات ك از تفاد ا اي

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

، بجاي استفاده از كموتاتور و جاروبك براي هدايت جريانها در سيم پيچهاي موردنظر، از سوئيچهايBLDCدر موتور.استفاده مي شود) تشخيص جهت ميدان ناشي از آهنربا(الكترونيكي و سنسورهاي تشخيص موقعيت روتور

سي. لحظه زماني كفايت مي كند6نيست و تنها دانستنBLDCدر حالت كلي نياز به دانستن لحظه اي موقعيت روتور در موتورهند

ه مكد

شگر/

.لذا استفاده از سنسورهاي ارزان موقعيت اثر هال، يكي از مزاياي اين موتورهاست.سوئيچه از همه متداول تر است 6آرايش . ، وجود حداقل سه سوئيچ الكترونيكي ضروري استBLDCدر موتورهاي

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ / .نيز گفته مي شود ECM (Electronic Commutation Motor)، موتور با كموتاسيون الكترونيكي ياBLDCبه موتورهايك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

جاروبك2جزء كموتاتور و3باDCموتور)الف( ور)(BLDCموتور)ب( وبو ور و روبجز ج



BLDCساختمان موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

BLDCسيم پيچي استاتور موتور ) ب(BLDCسه جزء اصلي موتور ) الف(

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

BLDCبرش عرضي يك موتور ) ج( (BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم13


سنسورهاي اثر هال

.سنسورهاي اثر هال بين سيم پيچي ها قرار مي گيرند

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.منطقي مي شود 1روتور از مقابل هر سنسور اثر هال، خروجي سنسور Nبا عبور قطب سي.روتور از مقابل هر سنسور اثر هال، خروجي سنسور صفر منطقي مي شود Sبا عبور قطب

هنده م

كدش

گر/ .درجه مكانيكي نسبت به يكديگر قرار گرفته اند120سه فاز دو قطبي، سنسورهاي اثر هال به فاصلهBLDCدر يك موتور.درجه دارند 120لذا خروجيهاي سنسورهاي اثر هال با يكديگر اختلاف فاز

رق .حالتي كه خروجي هر سه سنسور صفر و يا يك باشند، اصلا وجود نداردي ب

دسمهن

وه ر

/ ر وجو ب ي ي و ر ور ر روجي / يك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



ساختارهاي مختلف استاتور و روتوران

كاشاه شگ

ن /

انشد

N Sسيهند

ه مكد

شگر/

N

S

S

N

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

Inner Rotor Type

NSPermanent Magnet

SMPM (Surface-mounted PM Rotor)

/ك

ونيكتر

س الدر

S

ت در

ق2 /

حلكتر

د

N S N

N

N

S

ييلوا

O t R t T

SPermanent Magnet

IPM (Interior-mounted PM Rotor)Outer Rotor Type



PMSMبا BLDCتفاوت سيم پيچي استاتور در موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCايجاد ولتاژ در سيم پيچي استاتور موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCسنكرون بودن ولتاژ ضدمحركه و جريان استاتور در موتور

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCسنكرون بودن ولتاژ ضدمحركه و جريان استاتور در موتور

.جريان هر فاز وقتي برقرار مي گردد كه ولتاژ ضدمحركه آن فاز در حداكثر مقدار دامنه خود قرار داشته باشد

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.از روي شكل پيداست كه در هر لحظه از زمان فقط جريان در دو فاز برقرار است و همواره يكي از فازها خاموش استسي.نكته جالب اينكه ولتاژ ضدمحركه فاز خاموش ثابت نبوده و از مقدار مثبت به منفي و يا بالعكس در حال تغيير است

هنده م

كدش

گر/ .هر فاز استاتور باشد)مربعي(DCگفته مي شود، مي تواند بخاطر جريان شبهBLDCعلتا اينكه به اين موتور

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCدوار ناشي از سيم پيچهاي استاتور در موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

.ميدان مغناطيسي ناشي از سيم پيچهاي استاتور، يك ميدان دوار بوده كه دامنه آن ثابت بوده اما مرتبا مي چرخد.اين ميدان بر ميدان ناشي از آهنرباي روتور اثر گذاشته و سبب چرخش روتور مي گردد

جهت چرخش موتور چگونه تغيير مي كند؟: سئوال(BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم

20


BLDCگشتاور ايجاد شده در موتور

اينكه به توجه eبا i = T × ωهمانند ثابت قدار داراي هائ بازه در فاز ه گشتاور بع ه ش يان ج ايجاد با ت ا

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

eaia = Taبا توجه به اينكه × ωm است، با ايجاد جريان شبه مربعي، گشتاور هر فاز در بازه هائي داراي مقدار ثابتي همانندDC (kaφموتور ia) در نتيجه گشتاور كل همواره ثابت خواهد بود. است.

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCدرايو موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



PICواقعي با استفاده از ميكروي BLDCيك درايو موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



مزايا: BLDCويژگي هاي موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



معايب: BLDCويژگي هاي موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCمواد مغناطيس دائم مورد استفاده در موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

(Alnico)خانواده آلنيكو - 1

سيفريت ها - 2هند

ه مكد

شگر/

كبالت–ساماريوم - 3بور - آهن- نئوديم - 4

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



با ساير موتورها BLDCمقايسه موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



با ساير موتورها BLDCمقايسه موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


سه فاز BLDCمدل ديناميكي موتور دان

موتور KVLمعادلات

a( )d

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

R

L

a( )

( ) bbbbbbbbb

acacbabaaaaaan

eiLiLiLdiRv

eiLiLiLdtdiRv

++++=

++++=

سيهند

ه مكد

شگر/

ean

L

Leb ec

( )

( ) ccccbcbacacccn

bcbcbbbababbbn

eiLiLiLdtdiRv

eiLiLiLdt

iRv

++++=

++++

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

b c

R

R

LL

RRRR b ===

:با فرض تعادل فازها

/ك

ونيكتر

س الدر

MLLLLLL LLLL

RRRR

cbbcaccaabba

ccbbaa

cba

======

ت ===در

ق2 /

حلكتر

د

⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡

0iii cba يي:با جايگذاري روابط و داشتن رابطه و با ساده سازي بدست خواهيم آورد++=لوا

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡+

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−

−+

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡×⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

c

b

a

c

b

a

c

b

a

cn

bn

an

eee

iii

dtd

ML000ML000ML

iii

R000R000R

vvv

⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣


با اينورتر شش سوئيچه BLDCدرايو موتور دان

كنترل گشتاور موتور با كنترل جريان هر سه فازان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

درايو موتور با سه كنترلر جريان(BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم

30

با اينورتر شش سوئيچه BLDCدرايو موتور دان

dcكنترل گشتاور موتور با كنترل جريان لينك ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


در محيط سيمولينك BLDCشبيه سازي درايو موتور دان

dcشبيه سازي درايو با كنترل جريان لينك

كنترلر در سيمولينك پياده سازي +اينورتر+جهت شبيه سازي درايو، ابتدا بايد مدل ديناميكي كل درايو شامل موتور

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد ور و ل يو ر ل ي ي ي ل ي ب ب يو ر زي بي رجه ور زيي پي ي و ي ر ر ر

.گرددسيدر سيمولينك پياده سازي و شبيه سازي مي گردد و سپس ) يك كنترلر جريان( DCابتدا درايو با كنترل جريان لينك

هنده م

كدش

گر/ .درايو با سه كنترلر جريان بررسي مي گردد

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


dcشبيه سازي درايو با كنترل جريان لينك دان

در سيمولينك BLDCپياده سازي مدل موتور

⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡ ei00MLi00Rv :محاسبه جريانها

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡+

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−

−+

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡×⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

c

b

a

c

b

a

c

b

a

cn

bn

an

eee

iii

dtd

ML000ML000ML

iii

R000R000R

vvv ه جري ب

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



در سيمولينك BLDCپياده سازي مدل موتور

ان :محاسبه گشتاور، سرعت و موقعيت روتوركاش

اه شگ

ن /

انشد

(Sector)درجه اي 60در درايو واقعي، موقعيت روتور و اينكه در كدام بازه ش ال اث ق ا ط لا ا ا ق

سيهند

ه مكد

شگر/ در.قرار دارد، معمولا توسط سنسورهاي موقعيت اثر هال تخمين زده مي شود

ساخته شده از روي سرعت Thetaاز روي متغير Sectorشبيه سازي مقدار رق .روتور بدست مي آيد

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا

.)مراجعه شود 19به اسلايد ((BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم

34


پياده سازي كنترل كننده سرعتان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



پياده سازي كنترل كننده جريان

، جريان فقط از دو فاز )البته به غير از مواقع كموتاسيون كه بعدا بررسي خواهند شد(با توجه به آنكه در هر لحظه از زمان

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

نيز عبور مي كند، لذا اندازه گيري و كنترل جريان dcعبور مي كند و فاز سوم خاموش است، و اين جريان از لينك .كفايت مي كند dcلينك

ان ل كنت ا(خ ز ت ه ع ن از د)كه لك ا(D)د ا ئ شدن ش ش خا ان ف ا

سيهند

ه مكد

شگر/ .و يا فرمان خاموش و روشن شدن سوئيچها است(D)، دوره عملكرد)كه از نوع هيسترزيس است(خروجي كنترلر جريان

، و اينكه كداميك از فازها (Sector)با توجه به آنكه فقط از يك كنترلر جريان استفاده مي شود، بسته به ناحيه كاري رق .حامل جريان خواهند بود، دوره عملكرد براي سوئيچ متناظر با آن فازها بكار خواهد رفت

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا



كنترل كننده جريان هيسترزيسان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



كنترل كننده جريان هيسترزيسان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



پياده سازي الگوريتم كنترل جريان هيسترزيس در سيمولينكان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



به روش توابع سوئيچينگپياده سازي اينورتر قدرت در سيمولينك

براي پياده سازي اينورتر، بجاي استفاده از سوئيچهاي واقعي در محيط سيمولينگ، از روش مدلسازي مبدلهاي الكترونيك قدرت

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.موسوم به توابع سوئيچينگ استفاده مي شود.در روش توابع سوئيچينگ بجاي بكار بردن معادل فيزيكي سوئيچها، عملكرد آنها مدل مي گردد

تند ه ان هاي كنند ل كنت هاي و خ ان ه واق نگد ئ ا ت

سيهند

ه مكد

شگر/ .توابع سوئيچينگ در واقع همان خروجي هاي كنترل كننده هاي جريان هستند

.برحسب توابع سوئيچينگ قابل نوشتن هستند) جريانها و ولتاژها(تمام متغيرهاي قدرتي درايو

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

وروديهاي بلوك اينورتر، فرمانهاي صادره براي سوئيچها بوده و خروجي هاي آن نيز ولتاژ هر فاز موتور نسبت به نقطه ستاره .موتور هستند

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا




:روابط ولتاژ موتور عبارت بودند از⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡⎤⎡ −

⎥⎤

⎢⎡⎤⎡

⎥⎤

⎢⎡ aaaan ei00MLi00Rv

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡+

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−+

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡×⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

c

b

a

c

b

a

c

b

a

cn

bn

an

ee

ii

dtd

ML000ML0

ii

R000R0

vv

زمين نقطه به نسبت ترمينالها ازoولتاژ :عبارتند

سيهند

ه مكد

شگر/ : عبارتند ازoولتاژ ترمينالها نسبت به نقطه زمين

⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

+⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

+⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

−−

+⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

×⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

=⎥⎥⎥⎤

⎢⎢⎢⎡

no

no

b

a

b

a

b

a

bo

ao

vv

ee

ii

dtd0ML0

00MLii

0R000R

vv

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ ⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ −⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ nocccco veidt

ML00iR00v

: نيز با تركيب سه رابطه فوق بدست مي آيد oولتاژ نقطه ستاره نسبت به نقطه زمين )eee(vvv ++++

/ك

ونيكتر

س الدر

3)eee(vvvv cbacoboao

no++−++

ت =در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا




⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡ −

⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡

⎥⎤

⎢⎡ noaaaao vei

d00MLi00Rv

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣

+⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣

+⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣ −−+

⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣

×⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣

=⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣ no

no

c

b

c

b

c

b

co

bo

vv

ee

ii

dtd

ML000ML0

ii

R000R0

vv

سيهند

ه مكد

شگر/

: است و در حالت كلي داريم 0يا Vdc/2در هر لحظه از زمان داراي دو مقدار oنسبت به نقطه زمين ) Vaoمثلا (ولتاژ ترمينالها

⎪⎪⎧ ⋅= a

dcao D

2Vv رق

ي بدس

مهنوه

ر/

⎪⎪

⎪⎪⎨ ⋅= b

dcbo

V

D2

Vv

2 /ك

ونيكتر

س الدر

⎪⎪⎩

⋅= cdc

co D2

Vv

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



به روش توابع سوئيچينگپياده سازي اينورتر قدرت در سيمولينك ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



محاسبه جريانهاي سوئيچها و ديودها

به كمك توابع سوئيچينگ، به راحتي مي توان دوره عملكرد سوئيچها و ديودها و در نتيجه مقدار جريانهاي سوئيچها و ديودها

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد يو و يچه و ي ه جري ر يج ر و يو و يچه و ر ور ن و ي ي ر ب يچي و بع و ب

.را محاسبه نمودسي.قابل محاسبه اند D4و D1و ديودهاي S4و S1دوره عملكرد سوئيچهاي Daاز تابع سوئيچينگ

هنده م

كدش

گر/ .هدايت مي كندD4قطع مي شود، ديود S1هنگاميكه سوئيچ.مثبت باشدiaهنگامي قطع و وصل مي شود كه جريان S1سوئيچ.هدايت مي كند D1قطع مي شود، ديود S4هنگاميكه سوئيچ . منفي باشد iaهنگامي قطع و وصل مي شود كه جريان S4سوئيچ

⎧ )0D()0i(D

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

⎪

⎪⎪

⎨

⎧

<⋅<=

<⋅>=

>⋅>=

)0D()0i(D

)0D()0i(D

)0D()0i(D

aa4D_a

aa1S_a

/ك

ونيكتر

س الدر

⎪⎪

⎩ >⋅<=

<⋅<=

)0D()0i(D

)0D()0i(D

aa1D_a

aa4S_a

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



محاسبه جريانهاي سوئيچها و ديودها

⎪⎧ >⋅>= )0D()0i(D aa1Sa ⎧ >⋅>= )0D()0i(D 5S⎧ >⋅>= )0D()0i(D bb3Sb داريم نيز فازها بقيه براي مشابه، :بطور

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

>⋅<=

<⋅<=

<⋅>=

)0D()0i(D

)0D()0i(D

)0D()0i(D

)()(

aa4S_a

aa4D_a

aa1S_a

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

><=

<⋅<=

<⋅>=

>>

)0D()0i(D

)0D()0i(D

)0D()0i(D

)0D()0i(D

cc2S_c

cc2D_c

cc5S_c

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

>⋅<=

<⋅<=

<⋅>=

>>

)0D()0i(D

)0D()0i(D

)0D()0i(D

)0D()0i(D

bb6S_b

bb6D_b

bb3S_b :بطور مشابه، براي بقيه فازها نيز داريم

سيهند

ه مكد

شگر/ ⎩ ><= )0D()0i(D aa1D_a⎪⎩ >⋅<= )0D()0i(D cc5D_c

⎪⎩ >⋅<= )0D()0i(D bb3D_b

:در نتيجه با استفاده از دوره عملكرد سوئيچها و ديودها داريم

⎪⎧ ⋅=

⎪⎧ ⋅= b3Sa3Sa1Sa1S iDIiDI رق

ي بدس

مهنوه

ر/

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨ ⋅−=

⋅=

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨ ⋅−=

⋅=

b6S_a6S

b6D_a6D

_

a4S_a4S

a4D_a4D

_

iDI

iDI

iDI,

iDI

iDI

iDI

/ك

ونيكتر

س الدر

⎪⎩ ⋅−=⎪

⎩ ⋅−= b3D_a3Da1D_a1D iDIiDI

:از رابطه زير قابل محاسبه است) S1مثلا (مقادير موثر و متوسط جريان سوئيچها

T nT 11

ت در

ق2 /

حلكتر

د

[ ]∑∫=

−+=⋅=n

1k

21S

21S

T

0

21SRMS,1S )1k(I)k(I

n21dt)t(I

T1I [ ]∑∫

=

−+=⋅=n

1k1S1S

T

01Savg,1S )1k(I)k(I

n21dt)t(I

T1I

خازن دو از شده كشيده اي لحظه يان ج ورودي(DCباسCوCهمچنين يان است)ج محاسبه قابل زي روابط :از

ييلوا

:از روابط زير قابل محاسبه است)جريان ورودي(DCباسC2و C1همچنين جريان لحظه اي كشيده شده از دو خازن

5S3S1Sin IIII ++=



نتايج شبيه سازي

:شده و شكل موجهاي شبيه سازي ارائه مي گردندRunدر اين بخش، براي موتور با مشخصات ذيل، درايو كنترل سرعت

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

ولت dc = 60ولتاژ باس rpm 100= سرعت مرجع

N.m 5.7= گشتاور بار ب و



نتايج شبيه سازيان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


نتايج شبيه سازيدان

جريانهاي فازهاان

كاشاه شگ

ن /

انشد

5

Sec

tor

Phase Currents

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

S

5

Aرق [

ي بدس

مهنوه

ر/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2-5

0

i a [A /

كوني

كترس ال

در

0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 14 0 16 0 18 0 2-5

0

5

i b [A

ت [در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

5

i c [A

]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2-5

Time (sec)



در بازه كموتاسيون: جريانهاي فازها

ملاحظه مي گردد كه در هنگام كموتاسيون جريان، جريان فازي كه مقدار آن بايد ثابت باشد، دچار تغيير مي گردد و در نتيجه

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.گشتاور موتور دچار ريپل مي گرددسي.علت اين امر آنست كه افزايش جريان و كاهش جريان دو فاز دخيل در كموتاسيون يكجور نيست

هنده م

كدش

گر/

4

6A

]Phase Commutation

ia ib رقي ب

دسمهن

وه ر

/

0

2

i a & i b [A /

كوني

كترس ال

در

0.03 0.031 0.032 0.033 0.034 0.035 0.036 0.037 0.038 0.039 0.04-2

-3

ت در

ق2 /

حلكتر

د

-6

-5

-4

i c [A]

icييلوا

0.03 0.031 0.032 0.033 0.034 0.035 0.036 0.037 0.038 0.039 0.04-8

-7

-6i

Time (sec)



تغييرات جريان مرجع و سرعتان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سي10هند

ه مكد

شگر/

5I ref [A

]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

/ك

ونيكتر

س الدر

100

Speed Response

ت در

ق2 /

حلكتر

د

50

Wm

[rpm

]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

Time (sec)



تغييرات گشتاور هر فاز و گشتاور كل

Developed Torque

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

0

5

Sec

tor

p q

سيهند

ه مكد

شگر/ 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

5

a [N.m

]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20T a

5

[N.m

]

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20T b [

5

N.m

]

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20T c [N

1015

m]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.205

10

T e [N.m

time (Sec)time (Sec)



تغييرات ولتاژهاي ضدمحركه و ولتاژهاي فازها

دهد مي نشان را آنها شده فيلتر مقدار بهمراه فاز ولتاژهاي راست، سمت .شكل

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

B k EMF V ltPhase Voltages

.شكل سمت راست، ولتاژهاي فاز بهمراه مقدار فيلتر شده آنها را نشان مي دهد

سيهند

ه مكد

شگر/

0

5

Thet

a [ra

d]

Back EMF Voltages

20

0

20

40Phase Voltages

Van

[V]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20T

10

0

10

e a [V]0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

-40

-20V

20

40

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

-10

0

10

b [V]

0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 14 0 16 0 18 0 2-40

-20

0

20

Vbn

[V]

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

-10e b

0

10

[V]

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0

20

40

n [V]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

-10

0e c [

time (Sec)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

-40

-20Vc

time (Sec)



تغييرات ولتاژهاي فاز و خط و توابع سوئيچينگ

Phase Currents & Switching FunctionsBack-emf & Phase & Line Voltages

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

2

4

6

Phase Currents & Switching Functions

Sec

tor

0

5

Sec

tor

Back-emf & Phase & Line Voltages

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

5

Da

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

0

10

e a

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-5

0

i a & D

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-10

0

20

Van

/ك

ونيكتر

س الدر

5

0

5

i b & D

b0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

-20

0

20

ao

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-5

0

5D

c0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

-20

0Va

50

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-5

0

i c &

time (Sec)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

-50

0Vab

time (Sec)



و ورودي aشكل موج جريان سوئيچها و ديودهاي متناظر با فاز

Switch & Diode Currents of phase a5 5

Switching functions of phase a

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

5

Sec

tor

5 3 5

4

4.5

5

5.5

i a

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12-5

0i a

5

0.02 0.0201 0.02023.5

0

1

Da رقي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

i s1

5

4

0.02 0.0201 0.0202-1

1

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

i d4

5

i s4

0.02 0.0201 0.02020

0.5

Da, S1

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

5

i d1

0

0.5

1

Da, D4

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

-5

0

5

I in

0.02 0.0201 0.0202time (Sec)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12time (Sec)


BLDCريپل گشتاور در موتور دان

BLDCمنابع ايجاد ريپل گشتاور در موتور

ان ، گشتاور الكترومغناطيسي توليد شده توسط موتور كاملا ثابت نمي BLDCهمانطور كه در شبيه سازيها مشاهده گرديد، در موتور كاش

اه شگ

ن /

انشد

.مي باشد) PMSMيا ( BLACنسبت به موتور BLDCباشد، كه اين مساله يكي از معايب موتور

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCروشهاي كاهش ريپل گشتاور در موتور

شوند مي بندي تقسيم زير عمده دسته دو به گشتاور ريپل كاهش :روشهاي

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد :روشهاي كاهش ريپل گشتاور به دو دسته عمده زير تقسيم بندي مي شوند

روشهاي بر مبناي طراحي بهينه موتور 1)سيمناسب موتور) تغذيه(روشهاي بر مبناي طراحي سيستم كنترل 2)

هنده م

كدش

گر/

: كاهش ريپل گشتاور بر مبناي طراحي بهينه موتور رق كه نحويبهاست روتور و استاتوربخشدوبهينهطراحي،BLDCموتور گشتاورريپلكاهشموثرروشهاياز

ي بدس

مهنوه

ر/ ي ه رو وويپلشو يو شوبهير وووب ويبو

.]5[ باشد تر نزديك ايده آل حالت به موتور رفتار

ا اتط فاا ااازا ثش شا لكا ظقا الا گگش شكاگ

/ك

ونيكتر

س الدر

مورب.مي شود كاگينگ گشتاورملاحظهقابلكاهشباعثبستهشياربابندي سيمازاستفادهاستاتورطراحيدر گشتاور روش اين با مي توان لذا و مي دهد كاهش روتور ديد از را رلوكتانس تغييرات استاتور، شيارهاي نمودن

را كاگينگگشتاور دامنه مي تواناستاتوردندانه هايمناسبشكل دهيبا همچنين.]76[نمودحداقلراكاگينگ

ت در

ق2 /

حلكتر

د

.]77[ داد افزايش را گشتاور ريپل فركانس و داده كاهش

احبا بايمناسط زروتوردائآهن لن بابودنشكلقوساستكاهشقابلگشتاورري زيادحدتاآهن

ييلوا

زياد حدتاآهنربا بودن شكلقوسي.استكاهشقابلگشتاورريپلنيز روتوردائمآهنربايمناسبطراحيبا شيفت .دارد هوايي فاصله شار شكل بر مستقيم تاثيري و گشته ضدمحركه ولتاژ هارمونيك هاي مقدار كاهش سبب.]78[ موثرند گشتاور ريپل كاهش بر نيز دائم آهنرباي تورب زاويه و عرض مغناطيسي، جهت قطبها، دادن



روشهاي بر مبناي طراحي بهينه موتوران

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

(a) ،شيار انشعابي(b) ،شيار خالي(c) ،شيار بسته(d) شيار با سطح اكتيوگشتاور سازي استاتورCoggingحداقل شيارهاي مناسب ده شكل با با شكل دهي مناسب شيارهاي استاتورCoggingحداقل سازي گشتاور



مناسب موتور) تغذيه(روشهاي بر مبناي كنترل

ا ش ا 1ان

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

جريانشكل دهي جريان و كنترل مولفه هاي هارمونيكي1.:انواع روشها كنترل مستقيم گشتاور و استفاده از روئيتگرها2.سيكنترل زاويه پيشفازي3.

هنده م

كدش

گر/

جريان ريپل كاهش براي هارمونيكي مولفه هاي كنترل يا و جريان دهي شكل مبناي بر روش ها دسته اين ايده: جريانشكل دهي جريان و كنترل مولفه هاي هارمونيكي 1.

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

گشتاور شامل موتور مشخصات درباره كافي اطلاعات روش ها اين در .است استوار گشتاور ريپل نتيجه در و .است نياز مورد روتور موقعيت و فازها جريان كاگينگ،

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

BLDCبلوك دياگرام عمومي روش شكل دهي جريان براي كاهش يا حذف ريپل گشتاور موتور




روئيتگرها2. از استفاده و گشتاور مستقيم كنترل

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد كنترل مستقيم گشتاور و استفاده از روئيتگرها 2.

رسيدن براي اينورتر مناسب كليدزني و لحظه اي گشتاور مقدار غيرمستقيم يا مستقيم گيري اندازه مبناي بر روش ها اينسي .مي شود زده تخمين روئيتگرها بردن كار به با اغلب روش ها اين در لحظه اي گشتاور .هستند استوار مطلوب گشتاور به

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا

BLDCكاهش يا حذف ريپل گشتاور موتور بلوك دياگرام عمومي روش كنترل مستقيم گشتاور براي




پيشفازيكنترل3. زاويه

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد زاويه پيشفازيكنترل 3.

.شود مي انجام آن معمول موقع از زودتر كمي فاز يك در جريان ايجاد روش، اين در

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

در شرايط كاري مختلف BLDCشكل موج هاي ولتاژ ضد محركه و جريان استاتور موتور

انشاد دنشفازات تفازانن كهلتاژهن لتاژانفازتاخθاندازهتناظضد

ت در

ق2 /

حلكتر

د

ولتاژ وجريانبين فاز تاخير ،θaاندازهبهمتناظرضدمحركهولتاژبهنسبت فازجرياننمودنپيش فازبامي توانروشايندر ناحيه هاي در اغلب و دارد نام پيش فازي زاويه كنترل مذكور روش .داد كاهش را گشتاور ريپل لذا و نموده كم را ضدمحركه

.مي شود گرفته كار به بالا سرعت كاري

ييلوا



BLDCتحليل عمل كموتاسيون در موتور

ايجادمنبععمده ترين فاز، دوبينجريانكموتاسيونهنگامدراستاتور اندوكتانسازناشيفازتاخيركهگرديداشارهقبلا

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد وموسيرر ننرو عر

.استBLDCموتوردرگشتاورريپل

بدون كه مي گردد ثابت و مي شود تحليل كاري مختلف شرايط در BLDC موتور در جريان كموتاسيون عمل بخش اين در.داردوجودگشتاورريپلموتوركاريشرايطتمامدرمناسب،جريانكنترلروشازاستفاده

سيهند

ه مكد

شگر/ نرلروشز يمربجري وررير روجوورريپلو

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

ت د فازها ان ن تا ك آل د ا BLDCال

طي دردقيقاكموتاسيون،دردخيلفازدوهرجرياناگرtc t زمان كموتاسيون( برسند خود نهايي مقادير به ثانيه =

BLDCحالت ايده آل كموتاسيون جريان فازها در موتور .داشتنخواهدوجودريپليهيچگونه،)ايده آلپ


BLDCتحليل عمل كموتاسيون در موتور دان

BLDCحالات مختلف كموتاسيون در موتور ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

طي دردقيقاكموتاسيون،دردخيلفازدوهرجرياناگر غير كموتاسيون( نرسند خود نهايي مقادير به ثانيه tc زمان

سي صورتبهياگشتاورريپلاين صورتدر،)ايده آلهند

ه مكد

شگر/

.داشت خواهد وجود پائين زدگي يا و بالازدگي

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ فقـط در يـك سـرعت خـاص اتفـاق )A(حالت ايـده آلمي افتد كه ايـن سـرعت بـه پارامترهـاي موتـور، آرايـش

در . اينـورتر وابسـته اسـت DCاينورتر و مقدار ولتاژ باس

/ك

ونيكتر

س الدر

بطور مستقيم و از cو bتغيير جريان بين دو فاز ) A(حالت طريق سوئيچ ها انجام مي شود و هـيچ كـدام از ديودهـاي

.هرزه گرد اينورتر جريان را هدايت نمي كنند

ت در

ق2 /

حلكتر

د

ي ي جري ر و ي ر ر

و (B)در ساير سرعت ها كموتاسيون جريان مطابق حالـت از(C)يا ف از ان ي ج تغ آن در ه ك ازbاست ف ه cب

ييلوا

cبـه فـاز bاست كـه در آن تغييـر جريـان از فـاز(C)يامستقيما از طريق سوئيچ ها انجام نمي شود بلكه در طي بازه كموتاسيون، جريان براي لحظاتي از يـك يـا چنـد ديـود

: در شرايط كاري مختلف cو bكموتاسيون جريان بين دو فاز )A ( حالت ايده آل)B ( سرعت بالا)C (سرعت پائين

.هرزه گرد اينورتر نيز عبور مي نمايد




كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

Vdc رابطه برقراري صورت در :نكته = 4E ، برابري رق برقرار كموتاسيونعملدردخيلجرياندوشيبهاي

ي بدس

مهنوه

ر/ وللر رو ر

تقريبا( متوسط سرعتهاي در كار با حالت اين .است.افتد مي اتفاق BLDC موتور )نامي سرعت

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا




كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

Vرابطهبرقراريصورتدر:نكته < 4E،رق ايني ب

دسمهن

وه ر

/ Vdcرابطهبرقراريصورتدر:نكته < 4E،اين بصورت گشتاور ريپل .افتد مي اتفاق كاري حالت سرعتهاي در كار با حالت اين .است زدگي پائين

/ك

ونيكتر

س الدر

.افتد مي اتفاق BLDC موتور بالاي

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا




كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

Vdc رابطه برقراري صورت در :نكته > 4E ، رق ايني ب

دسمهن

وه ر

/ بصورت گشتاورريپل.افتدمياتفاقكاريحالت پائين سرعتهاي در كار با حالت اين .است بالازدگي

.افتدمياتفاقBLDCموتور

/ك

ونيكتر

س الدر

ور يقو

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



BLDCحالات مختلف كموتاسيون در موتور

ان :آيند مي بدست زير روابط از حالت هر در كموتاسيون زمان و گشتاور ريپل مقدار كه داد نشان توان مي محاسبات انجام باكاش

اه شگ

ن /

انشد

E2VLIt),pu(

)EV(2E4VT:)E4V(BCase c =

−=Δ<

E2LIt),pu(0T:)E4V(ACase c ==Δ=

سيهند

ه مكد

شگر/

E2VLI3t),pu(

E2VE4VT:)E4V(CCase c +

=+−

=Δ>

E2V)EV(2 −−

رق :هستندزيرشكلهايمطابقنيزE/Vنسبتياوسرعتبرحسبكميتدواينتغييراتنموداري ب

دسمهن

وه ر

/ :هستندزيرشكلهايمطابقنيز E/V نسبتياوسرعتبرحسبكميتدواينتغييراتنمودار

E/V يا( V=2E نقطه = .است امكانپذير سوئيچه شش اينورتر در جريان كنترل كه است حدي نقطه ،)0.5

0.5 1 5x 10-3

/ك

ونيكتر

س الدر

0.2

0.3

0.4

0.5

pu]

Cحالت

Aحالت 1

1.5

rval

[Sec

ت [در

ق2 /

حلكتر

د

-0.2

-0.1

0

0.1

Torq

ue R

ippl

e [p

*Bحالت 0.5

mm

utat

ion

Inte

Bحالت

Cحالت

Aحالت

ييلوا

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-0.5

-0.4

-0.3

E/V0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

0

E/V

Com

*E/Vتغييرات ريپل گشتاور برحسب نسبت ) الف( E/Vتغييرات زمان بازه كموتاسيون برحسب نسبت ) ب(



روشهاي كاهش ريپل گشتاور ناشي از كموتاسيون

ان نمودن شيب جريان فازها و استفاده از يك سنسور جريان برابر - 1كاش

اه شگ

ن /

انشد

سنسور جريانسه كنترل مستقيم جريان فازها و استفاده از - 2

جريانبرابر-1 سنسور يك از استفاده و فازها جريان شيب سي:نمودنهند

ه مكد

شگر/

.شوند برابر كموتاسيون در دخيل جريانهاي شيب تا شود مي سعي كموتاسيون، بازه در مناسب كليدزني با روش، اين در

:نمودن شيب جريان فازها و استفاده از يك سنسور جريانبرابر 1

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

د

نمودكمترراibشيبياونمودزيادترراiشيببايديااستبيشتر)مقدارلحاظاز(iجريانشيباز،b(ib)فازجريانشيبفوق،شكلدرمثلا

ييلوا

نمود كمترراibشيب يا و نمود زيادترراicشيببايديا.استبيشتر)مقدارلحاظاز( ic جريانشيباز،b(ib)فازجريانشيبفوق،شكلدرمثلا .شوند برابر هم با شيب دو تا

.شود مي وارد فاز اين به انرژي حداكثر و است وصل منبع مثبت سر به همواره c فاز زيرا نمود، زيادتر توان نمي را ic جريان شيبااbفازاش زنالكااSكلاگنكت ائكل ن .نمائيمكليدزنيمناسب،عملكرده دور با راS3كليداگرنمودكمترتوانميراbفازجريانشيب


روشهاي كاهش ريپل گشتاور ناشي از كموتاسيوندان

نتايج شبيه سازي: روش برابر نمودن شيب جريانهاان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

د

شكل موج تغييرات جريان فازها بدون اعمال روش برابر نمودن شيب جريانها) الف(

dcV2E4 −

ييلوا

)(

dc

dc

V3E8V2E4D

−=

شكل موج تغييرات جريان فازها با بكار بردن روش برابر نمودن شيب جريانها) ب(



نتايج شبيه سازي: روش برابر نمودن شيب جريانهاdc

V3E8V2E4D

−−

ان =كاش

اه شگ

ن /

انشد

5

10ibia

1

dcV3E8

سيهند

ه مكد

شگر/

-5

0[A]

i0

0.5

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0.015 0.0155 0.016 0.0165 0.017-10

ic0.0156 0.0157 0.01580 /

كوني

كترس ال

در

5

10ia ib

0.5

ت 1در

ق2 /

حلكتر

د

-5

0[A]

ic0.0156 0.0157 0.01580

Time (Sec)

ييلوا

0.015 0.0155 0.016 0.0165 0.017-10

Time (Sec)

c

كاري)الف( چهارم ناحيه در جريانها شيب نمودن برابر روش بردن بكار با فازها جريان تغييرات موج شكل فاز(بزرگنمائ از جريان فازaتغيير )bبه

Time (Sec)در روش برابر نمودن شيب جريانها S1فرمان كليدزني به سوئيچ ) ب(

)bبه فازaتغيير جريان از فاز(بزرگنمائي شكل موج تغييرات جريان فازها با بكار بردن روش برابر نمودن شيب جريانها در ناحيه چهارم كاري)الف(



نتايج شبيه سازي: روش برابر نمودن شيب جريانها

1.5

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

1

1.5

[pu]سي

هنده م

كدش

گر/

0 5

1

T e

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0.015 0.025 0.035 0.0450.5

1 5

بدون استفاده از روش برابر نمودن شيب جريانها در كاهش ريپل گشتاور) الف(

/ك

ونيكتر

س الدر

1.5

pu]

ت در

ق2 /

حلكتر

د

1

T e [p

ييلوا

0.015 0.025 0.035 0.0450.5

Time (Sec)با استفاده از روش برابر نمودن شيب جريانها در كاهش ريپل گشتاور) ب(

با بكارگيري روش برابر نمودن شيب جريانها/تغييرات گشتاور توليدي بدون



سنسور جريانسه استفاده از باكنترل مستقيم جريان فازها روش - 2

لنبودكموتاسيون،بازهدرگشتاورريپلايجاداصلعلت يانهايرويكاملكنت يانفقطبعبارتباشدمموتورفازسهج درج

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد درجريانفقط بعبارتي .باشدميموتورفازسهجريانهايرويكاملكنترل نبود كموتاسيون،بازهدرگشتاورريپلايجاداصليعلت

.شود مي كنترل dc باسسي كنترل روش بنام روش اين .نمايند استفاده بيشتر يا و جريان سنسور دو از سنسور يك بجاي تا اند شده آن بر محققين برخي لذا

هنده م

كدش

گر/ .يابد بهبود اييملاحظهقابلبطورگشتاورريپلتاشودمي سبب روش،ايناتخاذ.شودميناميدهفازجريانمستقيم .شود مي دار خدشه باشد، مي جريان سنسور يك تنها از استفاده همانا كه BLDC موتور درايو بزرگ مزيت اما

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

با سه سنسور جريان BLDCكنترل موتور ) ب(با يك سنسور جريان BLDCكنترل موتور ) الف(



كنترل مستقيم جريان فازهاشبيه سازي روش ان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


كنترل مستقيم جريان فازهاشبيه سازي روش دان

تغييرات جريان فازهاان

كاشاه شگ

ن /

انشد

2

4

6

Sec

tor

Phase Currents

2

4

6

Sec

tor

Phase Currents

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0

5

[A]

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0

5

[Aرق [ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

0

i a [

5

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

0

i a

5

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

0

i b [A

]

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

0

i b [A

]

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0

5

i c [A

]5

0

5

i c [A

]

ييلوا

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

Time (sec)

لينك)الف( يان ج ل كنت روش در فازها يان dcج

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

Time (sec)

فاز)ب( جريان مستقيم كنترل روش در فازها جريان جريان فازها در روش كنترل مستقيم جريان فاز)ب(dcجريان فازها در روش كنترل جريان لينك)الف(



مشاهده كموتاسيون: تغييرات جريان فازها

Phase CommutationPhase Commutation

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

3

4

5Phase Commutation

ia

ib3

4

5Phase Commutation

ibiaسيهند

ه مكد

شگر/

-1

0

1

2

[A]

-1

0

1

2

[A]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0.033 0.034 0.035 0.036 0.037 0.038 0.039-2

-1

0.034 0.0345 0.035-2

-1 /ك

ونيكتر

س الدر

-4

-3

ic-3

-2.5

-2

ت در

ق2 /

حلكتر

د

-6

-5[A]

c

-4.5

-4

-3.5[A] icييلوا

0.033 0.034 0.035 0.036 0.037 0.038 0.039-7

Time (sec)0.034 0.0345 0.035-5

Time (sec)

جريان فازها در روش كنترل مستقيم جريان فاز) ب(dcجريان فازها در روش كنترل جريان لينك )الف(



تغييرات سرعت و جريان مرجع

110Speed ResponseSpeed Response

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

105

110

m]

105

110

m]

سيهند

ه مكد

شگر/

95

100

Wm

[rp

95

100

Wm

[rpm

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.2 0.4 0.6 0.8 190

5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 190

5

/ك

ونيكتر

س الدر

4

5

A]

4

5

A]

ت در

ق2 /

حلكتر

د

2

3

I ref [A

2

3

I ref [A

ييلوا

0 0.2 0.4 0.6 0.8 11

Time (sec)

فاز)( ا ق ل شك ا

0 0.2 0.4 0.6 0.8 11

Time (sec)

سرعت و جريان مرجع در روش كنترل مستقيم جريان فاز)ب(dcسرعت و جريان مرجع در روش كنترل جريان لينك)الف(



تغييرات گشتاور هر فاز و گشتاور كل

Developed TorqueDeveloped Torque

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

0 0 0 0 1 0 1 0 20

5

Sec

tor

Developed Torque

0 0 05 0 1 0 15 0 20

5

Sec

tor

p q

سيهند

ه مكد

شگر/ 0 0.05 0.1 0.15 0.2

0

5

T a

0 0.05 0.1 0.15 0.2

0

5

T a

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.05 0.1 0.15 0.20

5

T b

0 0.05 0.1 0.15 0.20

5

T b

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.05 0.1 0.15 0.20

5

T c]

0 0.05 0.1 0.15 0.20

5

T c]

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.05 0.1 0.15 0.20

5

6

7[N

.m]

0 0.05 0.1 0.15 0.20

5

6

[N.m

]

ييلوا

0 0.05 0.1 0.15 0.24

5

T e [

time (Sec)0 0.05 0.1 0.15 0.2

4

T e [

time (Sec)

گشتاور توليدي در روش كنترل مستقيم جريان فاز) ب(dcگشتاور توليدي در روش كنترل جريان لينك ) الف((BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم

76


توابع سوئيچينگ

S it hi F ti

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

0

5

Sec

tor

Switching Functions

0

5

Sec

tor

Switching Functions

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0

5

i a [A

]

0 0.05 0.1 0.15 0.20

0

5

i a [A

]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

0

1

Da

0 0.05 0.1 0.15 0.2-5

0

1

Da

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.05 0.1 0.15 0.2-1

0

1

Db

0 0.05 0.1 0.15 0.2-1

0

1

Db

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.05 0.1 0.15 0.2-1

0

1D

c

0 0.05 0.1 0.15 0.2-1

0

1

Dc

ييلوا

0 0.05 0.1 0.15 0.2-1

D

time (Sec)0 0.05 0.1 0.15 0.2

-1

D

time (Sec)

توابع سوئيچينگ در روش كنترل مستقيم جريان فاز) ب(dcتوابع سوئيچينگ در روش كنترل جريان لينك ) الف((BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم

77

در ناحيه توان ثابت BLDCكنترل سرعت موتور دان

در سرعتهاي بالا BLDCرفتار موتور

ان .دارد وجود همواره كموتاسيون از ناشي گشتاور ريپل تاخير، ايجاد و استاتور اندوكتانس اثر دليل به گرديد، بيان نيز قبلا كه همانطوركاش

اه شگ

ن /

انشد

.گردد مي گشتاور ريپل بيشتر افزايش سبب و دارد بيشتري نمود بالا سرعتهاي در استاتور اندوكتانس از ناشي تاخير

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

در BLDCشكل موجهاي ولتاژ ضد محركه و جريان استاتور موتور (a) حالت ايده آل(b) زير ناميحالت واقعي كار در سرعتهاي (c)حالت واقعي كار در سرعتهاي بالا (BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم

78


انواع روشهاي مورد استفاده

ان محوريدومختصاتدستگاه دراستاتورجريانشارمولفهكنترلروش-1كاش

اه شگ

ن /

انشد

استفاده مورد سنكرون PM و القايي موتورهاي براي كه محوري دو دوار ميدانهاي تئوري بر مبتني شار كاهش روشهاي سادگيسي كنترل براي (d-q) دوار ميدان تئوري قابليتهاي از تكنيكهايي از استفاده با محققين برخي تا است گرديده سبب گيرند، مي قرار

هنده م

كدش

گر/ .گيرندبهره ثابت توانناحيهدركاروBLDCموتورشار ملاحظه قابل خطاهاي ايجاد سبب )پارك تبديل نظير( موجود تبديلهاي از مستقيم استفاده تغذيه، جريان بودن مربعي بدليل اما

رق مجزا بطور چندگانه محوري دو مرجع دستگاههاي در را جريان موج شكل غالب هارمونيكهاي بتوانيم اگر لذا .گرديد خواهدي ب

دسمهن

وه ر

/

.شد خواهد پذير امكان متعارف شار كاهش روشهاي از استفاده آنصورت در نمائيم، كنترل و آورده بدست

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

)مدل هارمونيكي(دياگرام كلي كنترل كننده كاهش شار مبتني بر تئوري ميدانهاي دوار چندگانه




Phase)پيشفازيزاويهروشبهكنترل-2 Advanced Angle)

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

ولتاژ كه زماني در استاتور جريان تا است ضدمحركه ولتاژ به نسبت استاتور جريان نمودن پيشفاز مبناي بر روش اين اساسسي.باشد دارا را خود مقدار بيشترين شود، مي خود تخت ناحيه وارد ضدمحركه

هنده م

كدش

گر/

ــاژ ــه ولت ــبت ب ــان نس ــودن جري ــفاز نم پيشضدمحركه سبب تغيير زاويه بين بردارهـاي

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

mmf مغناطيسي روتور و استاتور شده و بـهدليل عكس العمل آرميچـر، شـار در فاصـله

بعبارتي يك نيروي .هوايي كاهش مي يابد

/ك

ونيكتر

س الدر

ب ي ي ش يي يرويو ي ي ر ب بــاطيس زدايــي از ضدمغناطيســي ســبب مغن

. مغناطيس دائم روتور مي شودش

ت در

ق2 /

حلكتر

د

البته مقدار زاويه پيشفازي مي بايد به نحوي مناسب انتخاب گردد كه مغنـاطيس زدايـي در حد مقادير توصيه شـده توسـط سـازنده

ييلوا

در سرعتهاي بالا BLDCشكل موجهاي ولتاژ ضد محركه و جريان استاتور موتور (a) حالت كموتاسيون معمولي(b) حالت كموتاسيون به روش زاويه پيشفازي

. مگنت روتور باشد



روشهاي تعيين زاويه پيشفازي

.عيب روش زاويه پيشفازي آنست كه تعيين رابطه تحليلي دقيق بين زاويه پيشفازي و سرعت مشكل مي باشد

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

:مراجع مختلف، روشها و فرمولهاي متفاوتي تحت فرضيات مخصوص به خود ارائه نموده اند كه برخي از آنها عبارتند از

ت[3] كا لف خ نا ا ا ل ذ ل ل ت ط الا(ا ل خ ا ائ ژ)ا

سيهند

ه مكد

شگر/ رژيـم يعنـي)سرعتهاي پائين و سرعتهاي خيلي بـالا(روابطي تحليلي ذيل را براي دو ناحيه مختلف كاري موتور[3]در

:بدست آورده است و رژيم ولتاژ ثابت) PWMكنترل (جريان ثابت

آآ

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ زاويهوبودهموتورسينوسيآناليزبرمبناي ثابتولتاژرژيمدرآمدهبدسترابطه .باشد مي استاتور اندوكتانس-مقاومت از ناشي فاز تاخير با برابر پيشفازي

/ك

ونيكتر

س الدر

، از رابطه ذيل براي BLDCنيز با استفاده از مدل دو محوري موتور [5]مرجع :تعيين رابطه پيشفازي استفاده نموده است

ت در

ق2 /

حلكتر

د

براي كاهش ريپل گشتاور از روش زاويه پيشفازي استفاده نمـوده [6]مرجع در روش ارائه شده با استفاده از متغيرهاي انتقال داده شده به دستگاه . است

ذ

ييلوا

مختصات دو محوري، يك رابطه تحليلي بصورت ذيـل بـراي تعيـين مقـدار:زاويه پيشفازي بدست آورده است




ان ثابتتوانناحيهدرBLDC موتورجريانيهدايتبازهافزايشروش-3كاش

اه شگ

ن /

انشد

به براي كافي فرصت جريان كننده كنترل بالا، سرعتهاي در استاتور زماني ثابت افزايش دليل به كه دهد مي نشان زير شكل در ملاحظه قابل گشتاور ريپلهاي ايجاد شاهد لذا و ندارد را هدايتي بازه درجه 120 طي در فاز جريان رساندن نامي مقدارا قت تنااف دنظه شاكهآ ه12ازهداازافزا ه18داكث(الاتقادهد )د

سيهند

ه مكد

شگر/ )درجه 180حداكثر( بالاتر مقاديربهدرجه120ازهدايتبازهافزايشباكهآيد مي بنظر.هستيمناميسرعتمافوقسرعتهاي

.داد را جريان افزايش فرصت جريان كننده كنترل به بتوان

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



ثابت توان ناحيه در BLDC موتور جرياني هدايت بازه افزايش روش

اييملاحظهقابل بطور جريانموجشكلايي،درجه180هدايتبازهداشتن با و بالاسرعتهايدركهاستدادهنشان[3]مرجع

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد ]رجع يرتن[ ه زنبوبر نوجلييرجيتب ورجري ييبلب

نمايد مي تغيير

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

د

3000 rpm (b)و 2000 rpm (a)در سرعتهاي BLDCتغييرات ولتاژ ضد محركه، جريان استاتور موتور

ييلوا

درجه180با استفاده از بازه هدايت



شكااشا1218االلكقااشا[3] ا اااف

ثابت توان ناحيه در BLDC موتور جرياني هدايت بازه افزايش روشان

كاشاه شگ

ن /

انشد

هدايتبازهافزايش كه استدادهنشاندرجه،180و120هدايتحالتدو عملكردمقايسهوسازيشبيهچندبا[3]مرجعدر چقدر هر .دهد مي مناسب جواب پيشفازي زاويه روش با تركيب با فقط و )نامي سرعت برابر 4 از بالاتر( بالا خيلي سرعتهاي براي

سي براي شكل مطابق .اند شده داده نمايش 8 شكل در آمده بدست نتايج .است نياز مورد بيشتري پيشفازي زوايه باشد، بيشتر سرعتهند

ه مكد

شگر/ 4000 محدوده در سرعتهاي rpm 6000 تا rpm حالت از مناسبتر درجه 180 هدايت حالت براي موتور گشتاور متوسط مقدار

.است درجه 120

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

درجه 180و 120با ايجاد بازه هاي هدايت BLDCمقادير موثر جريان و متوسط گشتاور موتور زيبه ازاي سرعتهاي مختلف و با تركيب نمودن با روش زاويه پيشفازي پي وي ز روش ب ن و يب ر ب و ي ه ر ي ز ب


BLDCساختارهاي خاص درايوهاي موتورهاي دان

وبررسيخاصساختارهايباBLDCموتورهايدرايوهايهمچنينوBLDCموتورهايدرويژهمسائلبرخيبخش،ايندر

يافته ساختار كاهش اينورتر با فاز سه BLDC موتور درايوهايان

كاشاه شگ

ن /

انشد و بررسيخاصساختارهاي با BLDCموتورهايدرايوهايهمچنينوBLDC موتورهايدرويژهمسائلبرخيبخش،ايندر

.شوند مي داده توضيح

سيهند

ه مكد

شگر/ .گردد مي استفادهيافتهكاهشساختاربااينورترهاياز هزينهكاهشودرايوساختارسادگيمنظوربه

.باشد مي درايو افزاري سخت سادگي شده، تمام هزينه كاهش درايوها، نوع اين از استفاده مزيترق .باشدميخاصكنترليروشهايبكارگيريلزومودرايووموتورعملكرددرمحدوديتايجادساختارها،نوعاينعيب

ي بدس

مهنوه

ر/

:يافته ساختار كاهش اينورتر با درايوهاي انواع

/ .باشد ميخاصكنترلي روشهايبكارگيريلزومودرايووموتورعملكرددر محدوديتايجادساختارها،نوعاينعيبك

ونيكتر

س الدر

Split-Supply موج نيم اينورتر

C-Dump موج نيم اينورتر

متغيرdcلينكباموجنيماينورتر

ت در

ق2 /

حلكتر

د

متغيرdcلينكباموجنيماينورترييسوئيچه چهار موج تمام اينورتر

لوا


با اينورتر كاهش ساختار يافته BLDCدرايوهاي موتور دان

Split-Supply موج نيم اينورتر با درايو

ان : توپولوژياين ويژگيهايكاش

اه شگ

ن /

انشد

oشود نمي برعكس هيچگاه و بوده )مثبت( جهت يك در همواره جريان جهت اينورتر، نوع اين در.oتا را مثبت جريان هدايت بايد مي شود، منفي تواند نمي جريان آنكه بدليل )چهارم ربع( راستگرد ترمزي حالت ايجاد براي

.گرددانجامترمزي عمل و شده منفيمقداريهواييفاصلهتوانتاانداختتاخير به ضدمحركهولتاژهايشدنمنفيلحظه

سيهند

ه مكد

شگر/

:توپولوژيمزاياي اين

يي ژ ييويربرو زيلويريو مر رجoاز فازها كليدزني توالي موتور، چرخش جهت نمودن معكوس براي abc به كافيست acb يابد تغيير.

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

oبـاسبدليل سري بودن سوئيچ بـا هـر فـاز موتـور ،dcاز. حفاظت ذاتي در مقابل اتصال كوتاه برخوردار مي باشد

o همچنين بدليل تعداد كمتـر سـوئچهاي بكـار رفتـه، تلفـات. هدايت در اين ساختار كمتر مي باشد

/ك

ونيكتر

س الدر

: اين توپولوژيمعايب o فركانس نوسانات ريپل گشتاور، نصـف مقـدار متنـاظر بـا

توپولوژي تمام موج مي باشد، لـذا ايـن اينـورتر ريپـل

ت در

ق2 /

حلكتر

د

ل پ ر و ن ي وج م و وپو.گشتاور بيشتري را داراست

o همچنين از تعداد خازنهاي بيشـتري در لينـكdc ايـناينورتر استفاده شده است كه باعث كاهش سرعت پاسخ

.ديناميكي مي گردد

ييلوا

oدر نهايت اينكه اين اينـورتر از ظرفيـت گشـتاور موتـورلـذا اسـتفاده از ايـن اينـورتر . بطور كامل بهره نمي برد

) كسـري از اسـب بخـار (براي كاربردهاي تـوان پـائين .پيشنهاد مي شود



C-Dump موج نيم اينورتر با درايو


اه شگ

ن /

انشد

oنوع اينورتر اصلي عيب Split-Supplyلينك ولتاژ نصف از همواره كه آنست dc كاهش نيز آن علت كه كند مي استفاده استفاده .نمود مرتفع را مشكل اين موج تمام اينورتر اندازه به نه ولي سوئيچها تعداد افزايش با توان مي .است سوئيچها تعداد

.كند مي رفعرامشكلاينC-Dumpساختاراز

سيهند

ه مكد

شگر/ عرلينpرز ير

oداراست را ربعي چهار عملكرد قابليت اينورتر اين اما باشد، مي طرفه يك نيز اينورتر اين در جريان فلوي.o ديود از Dr سوئيچ و Tr شود مي استفاده خازني انباره از انرژي بازيابي براي.oخازنولتاژCدزنبا چكل تEثابتمقداردرهموارهTسوئ رق شودمتث

ي بدس

مهنوه

ر/ oخازنولتاژC0سوئيچكليدزنيبا TrثابتمقداردرهموارهEشودميتثبيت.

oاز فازها توالي تغيير با نيز چپگرد موتوري حالت abc به acb شود مي انجام.oتوپولوژي با اينورتر مشابه اينورتر، اين در جريان جهت بودن يكطرفه بدليل Split-supply، اينورتر درC-Dump كار نيز

/ك

ونيكتر

س الدر

مي منفيموتورضدمحركه ولتاژ كهزمانيهايبازهدرمثبتجريانهدايتبا)سوم و دومربعهاي(بازيابترمزيحالتدرت .پذيرد مي انجام باشد

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا



C-Dump موج نيم اينورتر با درايو

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



متغير dc لينك ولتاژ با موج نيم اينورتر با درايو


اه شگ

ن /

انشد

oتوپولوژيهاي مزاياي از بردن بهره بمنظور Split-Supply و C-Dump در متغير ولتاژ با موج نيم اينورتر يك از توان مي dc ولتاژ اينورتر يك همانند اينورتر ورودي .دهد مي نمايش را اينورتري چنين توپولوژي زير شكل .نمود استفاده dc لينك

.[9]نمايدميعملكاهنده

سيهند

ه مكد

شگر/ ]ييل ]

oبا سوئيچ بودن سري سوئيچينگ، و هدايت حالت تلفات كاهش ربعي، چهار عملكرد قابليت :از عبارتند توپولوژي اين مزاياي .كوتاه اتصال حفاظت لذا و موتور

oهايعموممعايتوپولوژياين هشاملموجنيماينورت دنبه فيتازنب رق داراسترابزرگتزمانثابتوماشينكاملظي ب

دسمهن

وه ر

/ oداراسترابزرگتر زماني ثابت و ماشينكاملظرفيتازنبردنبهرهشاملموجنيم اينورترهايعموميمعايبتوپولوژياين. بدليل اينورتر اين C-Dump توپولوژي با مقايسه در اما .است تر پائين كمي راندمان توان دوگانه تبديل بدليل بعلاوه

.است برخوردار بهتري راندمان از چرخشي انرژي نداشتن

/ك

ونيكتر

س الدر

oازفازها تواليتغييربانيزچپگردموتوريحالتabcبهacbشودميانجام.

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



سوئيچه چهار موج تمام اينورتر با درايو


اه شگ

ن /

انشد

oداراست را سوئيچه شش اينورتر خواص اغلب كه بوده موج تمام اينورتر يك چهارسوئيچه، اينورتر.o داراست نيز را توان برگشت و ربعي چهار عملكرد قابليت اينورتر اين.o موتور شش سوئيچه اينورتر برخلافدرجه120هدايتزوايايبامربعي شكلفاز جريان هايايجاد،چهارسوئيچهاينورتردر

سيهند

ه مكد

شگر/ رر ور يچي و ر ييجچه لزجري ي يبرب ي ربررجيزو ور يچي و ورش و

BLDC، لينك جريان كنترل روش و بوده مشكل dc نيست كارساز.oباس ولتاژ تمام از كاري مودهاي بعضي در اينورتر اين در شود، مي بررسي ادامه در همانطوركه dc در ولي شود مي استفاده

ددماستفادهdcباسولتاژنصفازمودهااغل الهاينكهگ تم رق نمايدممحدودتراموتورودرايوقابلي ب

دسمهن

وه ر

/ / .نمايد مي محدودتر راموتورودرايوقابليتمسالهاينكهگردد،مي استفادهdcباسولتاژنصفازمودهااغلبك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

يچآرايش مداري اينورتر چهار سوئيچه و ر چه ر ور ي ري يش ر


با اينورتر تمام موج چهار سوئيچه BLDCدرايو موتور دان

سوئيچه چهار اينورتر كاري مودهاي بررسيان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

با اينورتر چهارسوئيچه BLDCمسير جريان فازها در ناحيه هاي مختلف عملكردي درايو موتور



سوئيچه چهار اينورتر كاري مودهاي بررسيان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

با اينورتر چهارسوئيچه BLDCمسير جريان فازها در ناحيه هاي مختلف عملكردي درايو موتور



5 و 2 كارهاي مودهاي در سوئيچه چهار اينورتر عملكرد

oفازبودنآزاددليلبه5و2ناحيه هايدرc، متصلسوئيچ هاي كه صورتي درديگربه عبارت.نباشدصفرمي تواندفازاينجريان

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

لذا و شده ناخواسته جريان هاي ايجاد سبب مي تواند به راحتي c فاز ضدمحركه ولتاژ نشوند، تحريك مناسب بطورb وa فاز دو به.مي دهد نشان را پديده اين )1( شكل .دهد قرار تاثير تحت راb فاز ياa فاز جريان موج شكل

oلينكجريانتنظيمباايدهآل،حالتدرو2كاريناحيهدرمثالعنوانبهDCفازهايجريانهمانواقعدركهaوb،است

سيهند

ه مكد

شگر/ oلينكجريانتنظيمباايده آل،حالتدرو2كاريناحيهدرمثالعنوانبهDCفازهاي جريان همانواقعدركهaوb،است

در اما .هستند يكسان S4 و S1 سوئيچ هاي فرمان حالت اين در .نمود تنظيم دلخواه مقدار در را b وa فاز دو جريان هاي مي توان.نيست امكان پذير ايده آل حالت وقوع ،c فاز ضدمحركه ولتاژ بودن غيرصفر دليل به و عمل

ت ا گه دتنظaفازاناگاقالدد انازش لاSئاشدادف رق نSئكنتي ب

دسمهن

وه ر

/ oفازجرياناگرواقعيحالتدرديگر،به عبارتa سوئيچبرايشدهصادرفرمانازوشودتنظيمS1 سوئيچكنترل برايS4 نيز هر جريان نتيجه در و داده قرار تاثير تحت راb فاز جريان مي تواند c فاز ضدمحركه ولتاژ توسط شده ايجاد جريان شود، استفاده

مساله همين .مي دهد رخc وa فاز دو جريان براي جريان اغتشاش .شود تنظيمb فاز جريان اگر .شوند مغشوشc وb فاز دو

/ك

ونيكتر

س الدر

.استبيانقابلنيز5كاريناحيهبراي

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

در ناحيه دوم كاري bو aبر جريان دو فاز cاثر ولتاژ ضدمحركه فاز ): 1(شكل (BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم93


5 و 2 كارهاي مودهاي در سوئيچه چهار اينورتر عملكرد

oفاز دو گرفتن نظر در با )الف-1( شكل مدار به توجه با شده، ذكر مشكل حل براي a و b ان مي توان جريان، مستقل منابع به صورتكاش

اه شگ

ن /

انشد

.نمودخنثيراcفازضدمحركهولتاژمخرباثرoفاز دو جريان هاي آنكه براي aو b اندازه جداگانه بطور فاز دو اين جريان هاي بايد نمايند، عمل مستقل جريان منابع همانند

سي جريانمستقيمكنترل روش، اين .شونداعمالbوaفازدوبامتناظرسوئيچ هاي به جداگانه ايتحريكفرمان هايوشدهگيريهند

ه مكد

شگر/

DPC (Direct يا فاز Phase Current Control) 8[ مي دهد نمايش را آن پياده سازي نحوه زير شكل و داشته نام[.

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

در ناحيه دوم كاري bو aبر جريان دو فاز cاثر ولتاژ ضدمحركه فاز ): 1(شكل (BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم94


سوئيچه شش با سوئيچه چهار درايو بين اقتصادي مقايسه

o19 حدودچهارسوئيچه اينورترقيمتقطعات،كميتعدادكاهشبا.مي دهد نشان رااينورترنوعدواينبيناقتصاديمقايسه%

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.است شش سوئيچه اينورتر قيمت از كمترoاندازه لذا و شده بيشتر فازها جريان مقدار بالاتر توان هاي در چهارسوئيچه، اينورتر در موتور به اعمالي ولتاژ كاهش دليل به البته

.ندارداقتصاديتوجيهچهارسوئيچهاينورترازاستفادهوضعيتايندركهميگرددبيشترخازنها

سيهند

ه مكد

شگر/ .ندارداقتصاديتوجيهچهارسوئيچهاينورتراز استفادهوضعيتايندركهمي گرددبيشترخازن ها

oكامل استفاده موتور نامي ظرفيت از كه مي شود باعث چهارسوئيچه اينورتر از استفاده كه داشت اذعان بايد نكته اين به همچنين .نمي رسد به نظر منطقي بالا توان كاربردهاي براي چهارسوئيچه درايو از استفاده علت همين به و نشود

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

)كسري از اسب بخار(مقايسه اقتصادي دو اينورتر چهارسوئيچه و شش سوئيچه براي كاربردهاي توان پائين

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



سوئيچه چهار درايو سازي شبيه

oگردد مي مقايسهسوئيچهششاينورترباآنرفتاروگردد مي سازيشبيهسوئيچهچهاردرايوبخشايندر.

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد شينر يوب رر يچچه روريزيبيو ربنر ور يچشي رييو

oروش از جريانها تنظيم براي DPC شود مي استفاده.

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

چهارسوئيچه در محيط نرم افزار سيمولينكبا اينورترBLDCموتورپياده سازي سيستم درايو و م وپ ووو م و



سوئيچه چهار درايو سازي شبيهان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

د

ييمدل اينورتر در درايو چهارسوئيچهلوا

مدل كنترل كننده جريان در درايو چهارسوئيچه



فازها جريان تغييرات :سوئيچه چهار درايو سازي شبيه نتايج

oلينك جريان كنترل روش دو به سوئيچه 4 اينورتر در فازها جريان تغييرات dc روش و DPC ان .اند گشته مقايسه و انجامكاش

اه شگ

ن /

انشد

10 ia5 iaسي

هنده م

كدش

گر/

0 0.05 0.1 0.15-10

0[A]

0 0.05 0.1 0.15-5

0[A]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0

10

[A]

ib

0

5

[A]

ib

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.05 0.1 0.15-10

10

0 0.05 0.1 0.15-5

5 i

ت در

ق2 /

حلكتر

د

10

0

10

[A]

ic

5

0

5

[A]

icييلوا

نك ل يان ج ل كنت روش و چه چهارسوئ DCاينورت

0 0.05 0.1 0.15-10

Time (sec)

فاز تق ان ل كنت وش و چه ئ ا ت ن (DPC)ا

0 0.05 0.1 0.15-5

Time (sec)

(DPC)اينورتر چهارسوئيچه و روش كنترل جريان مستقيم فازDCاينورتر چهار سوئيچه و روش كنترل جريان لينك




oروشازاستفادهكهگرددميملاحظهDPCكنندرفتار سوئيچه شش درايومشابهجريانهاتاشودميسببسوئيچه،چهار درايودر.

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد يورروشزري رر يچچه هويببو يوبجري يچشر رو ر

5 ia5 ia

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.05 0.1 0.15-5

0[A]

0 0.05 0.1 0.15-5

0[A]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0

5

A]

ib

0

5

A]

ib

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.05 0.1 0.15-5

[

5

0 0.05 0.1 0.15-5

[A

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0

5

[A]

ic

0

5

[A]

icييلوا

0 0.05 0.1 0.15-5

Time (sec)0 0.05 0.1 0.15

-5

Time (sec)

(DPC)اينورتر چهارسوئيچه و روش كنترل جريان مستقيم فاز DCاينورتر شش سوئيچه و روش كنترل جريان لينك




oروش.دهدمينشانرابالانسبتاوپائين سرعتدودرفازهاجريانتغييراتزير،شكلهايDPCاستبرخوردار مناسبي كارائياز.

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

5

tor

Phase Currents at w=180 rpm

5

tor

Phase Currents at w=30 rpm

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Sec

t

5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50

Sec

t

رق 5ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-5

0

i a [A

]

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-5

0

i a [A

]

/ك

ونيكتر

س الدر

-5

0

5

i b [A

]

-5

0

5

i b [A

ت [در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.15

0

5

i c [A

]

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.55

0

5i c [

A]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-5

Time (sec)0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

-5

Time (sec)

در دو سرعت مختلف DPCتغييرات جريان فازها در درايو چهارسوئيچه به روش



سرعت و گشتاور :سوئيچه چهار درايو سازي شبيه نتايج

oسرعتدرراشده ايجادگشتاورهمچنينوسرعترديابيزيرشكلهايrpm180دهدمينمايش.

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

200Speed Response

5

ctor

Developed Torque

سيهند

ه مكد

شگر/

50

100

150

Wm

[rpm

]

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Sec

5

N.m

]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

50

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10T a [N

5

N.m

]

/ك

ونيكتر

س الدر

8

10

12 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10T b [N

5

N.m

]

ت در

ق2 /

حلكتر

د

2

4

6

8

I ref [A

]

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10T c [N

1015

N.m

]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Time (sec) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.105

T e [N

time (Sec)

پاسخ سيستم به تغيير پله اي مرجع سرعت تغييرات گشتاورهاي توليد شده توسط هر فاز و گشتاور كل



فازها ولتاژهاي :سوئيچه چهار درايو سازي شبيه نتايجoدهد مي نمايش را بالا و پائين سرعت دو در فازها ولتاژ تغييرات زير شكلهاي.

ظه ددلا شاكهگ ظهثلتاژثقداافزا الال ششدا دافزا ا

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

oيابدميافزايششده،اعمالايلحظهموثروولتاژ موثرمقدارسرعتافزايشباكهگرددميملاحظه.

20

40Phase Voltages at w = 30 rpm

40Phase Voltages at w = 180 rpmسي

هنده م

كدش

گر/

-40

-20

0

20

Van

[V]

-40

-20

0

20

Van

[V]

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.540

20

40

V]

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-40

20

40

V]

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-40

-20

0

Vbn

[V

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-40

-20

0

Vbn

[V

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0

20

40V

cn [V

]

0

20

40

Vcn

[V]

ييلوا

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-40

-20V

time (Sec)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

-40

-20V

time (Sec)

در دو سرعت مختلف DPCتغييرات جريان فازها در درايو چهارسوئيچه به روش (BLDC)بدون جاروبك DCدرايو موتورهاي : فصل دوم

102


سوئيچينگ توابع و خط ولتاژ :سوئيچه چهار درايو سازي شبيه نتايج

oخط ولتاژ تغييرات زير شكلهاي Vab ان .دهد مي نمايش را بالا و پائين سرعت دو دركاش

اه شگ

ن /

انشد

oدرسوئيچينگتوابعبالا،سرعتهايدركهگرددميملاحظهSectorباس ولتاژ نصفازكه5و2ازغيرهاي dc شود،مياستفاده .است بالا ولتاژ به متصل اغلب مربوطه سوئيچ بعبارتي و هستند 1 مقدار در اوقات بيشتر سوئيچينگ توابع بالاتر، موثر ولتاژ ايجاد براي

Line Voltage & Switching Functions at w= 30 rpmLi V lt & S it hi F ti

سيهند

ه مكد

شگر/

0

5

Sec

tor

Line Voltage & Switching Functions at w= 30 rpm

0

5

Sec

tor

Line Voltage & Switching Functions

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50

-20

0

20

Vab

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

-20

0

20

Vab

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0

1

Da

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

0

1

Da

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-1

0

1D

b

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-1

0

1

Db

ييلوا

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5-1

D

Time (sec)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

-1

D

Time (sec)

در دو سرعت مختلف DPCو توابع سوئيچنگ در درايو چهارسوئيچه به روش Vabتغييرات ولتاژ خط



بالا هاي سرعت در كار :سوئيچه چهار درايو سازي شبيه نتايج

oدر كه يابد افزايش موتور جريان بايد بالا، سرعتهاي در كار و رسيدن و گيري شتاب براي Sector ان ناكافي دليل به ،5 و 2 از غير هايكاش

اه شگ

ن /

انشد

.افتد نمي اتفاق اين ،)dc باس ولتاژ نصف از استفاده( ولتاژ بودنoشود نمي انجام مناسب بطور سرعت رديابي و بود خواهد ريپل داراي شده توليد گشتاور لذا.

SSTPI at w = 220 rpm

سيهند

ه مكد

شگر/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

5

Sec

tor

FSTPI at w = 220 rpm

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

5

Sec

tor

SSTPI at w = 220 rpm

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-10

0

10

i a

1

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-10

0

10

i a

1

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-1

0

1

Da

10

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-1

0

1

Da

10

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

5i ref

200m]

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

5i ref

200pm]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

100

Wm [r

pm

Time (sec)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

100

Wm

[rp

Time (sec)

rpm 220در سرعت شش سوئيچه رفتار درايو rpm 220در سرعت چهار سوئيچه رفتار درايو



بالا هاي سرعت در كار :سوئيچه چهار درايو سازي شبيه نتايج

oان .است )نامي سرعت نصف با برابر تقريبا( محدودتر سوئيچه شش درايو به نسبت سوئيچه چهار درايو مناسب عملكرد ناحيهكاش

اه شگ

ن /

انشد

oناميسرعتباموتوريكبرايديگربعبارتrpm 300،در تواند نمي موتورسوئيچه،4اينورترازاستفادهصورتدر rpm300بچرخد.

5r

FSTPI at w = 300 rpm

5r

SSTPI at w = 300 rpmسيهند

ه مكد

شگر/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

5

Sec

tor

100 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

0

5

Sec

tor

رق 10ي ب

دسمهن

وه ر

/

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-10

0i a

10 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

-10

0i a

0

1

a

/ك

ونيكتر

س الدر

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-1

0Da

5

10

ef

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1-1

0Da

5

10

ef

ت در

ق2 /

حلكتر

د

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

5i re200[rp

m]

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

5i re

200[rpm

]

ييلوا

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10W

m

Time (sec)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

0Wm

Time (sec)

rpm300در سرعت شش سوئيچه رفتار درايوrpm300در سرعتچهار سوئيچهرفتار درايو


BLDCروش هاي كنترل بدون حسگر موتورهاي دان

روتور موقعيت تخمين روشهاي انواع معرفي

سنسور از استفاده موقعيتمعايب سرعت(هاي ):يا

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد ):يا سرعت(هاي موقعيتمعايب استفاده از سنسور

درايو و يا داخل موتورمشكلات جانمايي سنسور سرعت در 1.

سيپيچيدگي سخت افزاري درايو 2.هند

ه مكد

شگر/

پائين آمدن قابليت اطمينان3.

مسائل مرتبط با تعميرات و نگهداري 4.

رق ، حرارت، ارتعاشات مكانيكييكثيفنامساعد نظيرشرايط كاري5.ي ب

دسمهن

وه ر

/

BLDC

ري ي يرر يييم ي م ر ر رهزينه تمام شده درايو 6.

/ك

ونيكتر

س الدر

:BLDCانواع روشهاي تخمين موقعيت ارائه شده براي درايو موتورروشهاي بر مبناي ولتاژ ضدمحركه1)(2

ت در

ق2 /

حلكتر

د

استاتورپيونديتخمين شار2)استفاده از تغييرات اندوكتانس استاتور3)(4

ييلوا

استفاده از توابع مناسبي از ولتاژ و جريان4)استفاده از تئوريهاي كنترلي5)



ضدمحركه ولتاژ مبناي بر روشهاي

لحظهوفازضدمحركه ولتاژ(ZCP)صفرازعبورنقطهبيندرجه30 فاز اختلافوجودبهتوجهباروش هاايندر

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد )رزبوربينرجزوجوبوجبروشينر ژ( وزرو

كموتاسيون لحظات تعيين براي آنها از و مي شوند داده تشخيص ضدمحركه ولتاژهاي صفر از عبور نقاط كموتاسيون،سي .مي گردد استفاده فازها جريان

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

:انواع مختلف اين دسته از روشهااستاتور-1 ترمينال ولتاژ گيري اندازه

يينقاط عبور از صفر ولتاژ ضدمحركه فازها و ارتباط آن با لحظات كموتاسيونلوا

اندازه گيري ولتاژ ترمينال استاتور1اندازه گيري هارمونيك سوم ولتاژ ضدمحركه - 2جريان ديودهاي هرزه گرداندازه گيري - 3انتگرال گيري از ولتاژ ضد محركه-4


روش هاي كنترل بدون حسگر برمبناي ولتاژ ضدمحركه دان

استاتور ترمينال ولتاژ گيري اندازه

عبورموتورفاز دو از فقط جريانكموتاسيونلحظاتازغيردرسنكرون،و القاييموتورهايبرخلاففازسهBLDCموتوردر

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

مقدار موتور، ستاره نقطه به نسبت استاتور ترمينال ولتاژ اندازه گيري با مي توان است صفر )خاموش فاز( سوم فاز جريان و مي نمايد .]35[-]34[ نمود تعيين را خاموش فاز ضدمحركه ولتاژ

استصفرcفازجريانومنفيbفازجريانمثبت،aفازجريانكهكاريدومناحيهدرموتورداشتنقراربهفرضمثالبهعنوان

سيهند

ه مكد

شگر/ استصفرcفاز جريان و منفيbفازجريانمثبت،aفازجريانكهكاريدوم ناحيهدرموتورداشتنقراربه فرضمثالبه عنوان

زماني .نمود اندازه گيري را ستاره نقطه به نسبت )خاموش فاز(c فاز ترمينال ولتاژ مي توان سوم، ناحيه به كاري ناحيه تغيير براي و تاخير زمان ايجاد و موتور سرعت دانستن با .است نموده عبور ولت صفر سطح ازc فاز ضدمحركه ولتاژ شود، صفر ولتاژ اين كه

ه3اادل كد ظهالكت نل تا ددهانك رق آي ب

دسمهن

وه ر

/ .مي آيددستبهجريان كموتاسيونلحظهالكتريكي،درجه30بامعادل

:لذا اين روش شامل سه مرحله اصلي زير استموتور-الف ستاره نقطه به نسبت فاز ولتاژ گيري اندازه

/ك

ونيكتر

س الدر

اندازه گيري ولتاژ فاز نسبت به نقطه ستاره موتورالفتعيين نقطه گذر از صفر -بدرجه 30شيفت فاز -ج

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

يلير ولتاژاندازه گيري براي مقاومتيمتعادلستارهاتصاليكازموتورستاره نقطه ولتاژنبودندسترسدربه دليلعمليحالتدر نرسرب ژبو وررو يلرليزو يو يريبر ژز و.مي شود استفاده مجازي ستاره نقطه ايجاد و ترمينالها




موتورجريان كنترل براي PWMولتاژروشازكهوقتيواقعيحالتدر BLDCموتورترمينالولتاژهاياندازه گيريزيرشكل

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

نقطه ولتاژ طريق از كه خاموش فاز ترمينال ولتاژ از بالا فركانس سوئيچينگ اثرات حذف براي .مي دهد نمايش را مي شود استفاده و شده داده عبور مناسب ميان گذر يا پائين گذر فيلتر يك از ابتدا ولتاژ اين مي شود، منتقل خاموش فاز ترمينال ولتاژ به موتور ستاره .مي گردداندازه گيريديجيتالبهآنالوگمبدلهايوسيلهبهسپس

سيهند

ه مكد

شگر/ يبپس يو ه لبوب يرييجي رز ي

پائين، سرعت ناحيه در نمي توان مذكور روش از پائين، سرعت هاي و ايستان حالت در ضدمحركه ولتاژ مقدار بودن ناچيز دليل به]33[ زد تخمين را كموتاسيون لحظات يا و صفر از عبور زمان هاي

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

ا اژ(ZCP)ط ل گ ا ا شPWMا ا فا ال ترمينال فاز خاموشPWMبا اندازه گيري ولتاژ(ZCP)تعيين نقطه عبور از صفر




ان : مشكلات اين روشكاش

اه شگ

ن /

انشد

كاهش دامنه ولتاژ ضدمحركه در سرعتهاي پائين- 1.وجود نويزهاي ولتاژ سوئيچينگ - 2سي. خطاهاي ناشي از فيلتر نمودن ولتاژ-3

هنده م

كدش

گر/

: اهم كارهاي انجام شده در روش اندازه گيري ولتاژ ترمينال استاتور

و ر ي.خطاي ناشي از ولتاژ غيرصفر نقطه ستاره - 4

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ و ل ر ر ش م م

Shao )2002 ( تعيين گذر از صفر ولتاژهاي ضدمحركه فازها با فيلتر نمودن ولتاژ ترمينال: [52]درShao)2003(فرمان:[55]در بودن صفر حالت در صفر از گذر نقطه گيري فيلتر(PWMاندازه )حذف

/ك

ونيكتر

س الدر

Shao)2 )حذف فيلتر(PWMاندازه گيري نقطه گذر از صفر در حالت صفر بودن فرمان:[55]در)3Cheng )2002 ( درجه مستقل از فركانس 30شيفت دهنده فاز : [58]در

McKeever)2005(استفاده از :[59]درLook-up tableبراي جبران سازي تاخير فاز فيلترها

ت در

ق2 /

حلكتر

د

Soong )2004 ( تخمين ولتاژ نقطه ستاره به وسيله يك روئيتگر و تصحيح خطاي تخمين: [60]درZhou )2005 ( تعيين نقاط گذر از صفر بدون استفاده از نقطه ستاره و تصحيح در حالت جريان ناپيوسته: [61]در

ييلوا

Kang )2006 ( ارائه يك راه حل تحليلي براي تعيين نقاط گذر از صفر ولتاژهاي ضدمحركه و بدون فيلتر: [62]درZhang )2006 ( اندازه گيري تنها ولتاژ يك فاز نسبت به باس : [63]درDC درجه 30و شيفتWang)2 ا[65])7 آ ا ت ا ش ا ائ ا ت ا كا ا Wang)2007(براي كاربردهاي توان پائين، اين روش را به صورت مدار مجتمع در آورده است:[65]در.



ضدمحركه ولتاژ سوم هارمونيك گيري اندازه

با BLDCدر اين روش از هارمونيك سوم ولتاژ ضدمحركه براي تعيين زمانهاي كليدزني در حالت عملكرد موتور

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

. [15]درجه استفاده مي شود 120بازه هدايت

سي:به صورت ذيل قابل نمايش هستند BLDCمعادلات ولتاژ ترمينال موتور هند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت :را مي توان با استفاده از بسط فوريه شان، بصورت ذيل بيان نمود 2ولتاژهاي ضدمحركه در رابطه در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا




:جمع سه ولتاژ ضدمحركه داده شده عبارتست از

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/ :داريم4و3از جمع ولتاژهاي ترمينال و جايگزيني مجموع سه ولتاژ ضدمحركه و مطابق روابط

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

ولتاژ سوم هارمونيك مضارب شامل فقط ترمينال ولتاژهاي مجموع جريانها، مجموع بودن صفر فرض با ،5 رابطه از مجموعاينتوان مي نتيجه دركهبودهغالببالاترهارمونيكهايبرسوم هارمونيكبخش.بودخواهدaفازضدمحركه

/ك

ونيكتر

س الدر

شبووزر يب و يبرومر ه ي و رر نييجربوبب وعينو ج .دانست ضدمحركه ولتاژ سوم هارمونيك با برابر را

انتگرال باشد، مي ضدمحركه ولتاژ سوم هارمونيك مولفه كه شده فيلتر ولتاژ سيگنال از كليدزني، لحظات تعيين براي

ت در

ق2 /

حلكتر

د

براي تعيين لحظات كليدزني، از سيگنال ولتاژ فيلتر شده كه مولفه هارمونيك سوم ولتاژ ضدمحركه مي باشد، انتگرال يي:، شار نشتي هارمونيك سوم بدست آيد6گرفته مي شود تا مطابق رابطه

لوا




و ضدمحركهولتاژ سوم هارمونيكازالكتريكيدرجه30اندازهبهسوم، هارمونيكنشتيشارزير،شكلمطابق

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.دارد فاز تاخير a فاز ضدمحركه ولتاژ از درجه 30 اندازه به همچنينسي.بود خواهند BLDC موتور فازهاي كموتاسيون نقاط بر منطبق نشتي شار سوم هارمونيك صفر از عبور نقاط لذا

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

دارد ترمينال ولتاژ گيري اندازه روش به نسبت تري وسيع كاري محدوده هارمونيكسوم 6000-100)روش RPM)

ييلوا

100)روش هارمونيك سوم محدوده كاري وسيع تري نسبت به روش اندازه گيري ولتاژ ترمينال دارد 6000 RPM) .. همچنين تاخير فاز ناشي از فيلترينگ، در اين روش نسبت به روش قبل كمتر بوده و لذا خطاي اندازه گيري كمتر است

نين همچ. با اين وجود در سرعتهاي پائين به دليل بازه زماني وسيع، انتگرال گيري مي تواند منجر به ايجاد خطاهاي قابل ملاحظه اي شودك 16]گ 17] .[16,17]در اين سرعتها، دامنه سيگنال هارمونيك سوم كوچك است



گرد هرزه ديودهاي جريان گيري اندازه روش

.نمايدمياستفادهخاموشفازدرگردهرزه ديودهايدرشدهجاريجريانازروشاين

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

گرد هرزه ديود از كوچك جريان يك خاموش، فاز در ضدمحركه ولتاژ شدن صفر از پس كوتاهي زمان مدت برايسي .نمايد مي عبور ،)چاپر كنترل روش تحت( هستند قطع فعال فاز سوئيچهاي كه هنگامي مربوطه

هنده م

كدش

گر/ شده روشنcفازپائيني ديود باشد،كوچكتر ديودولتاژافتازcفازضدمحركهولتاژاگر،زيرشكلدرمثالبعنوان ولتاژ كه ايي نقطه يعني كموتاسيون بازه ميانه از خاموش فاز جريان اين .نمود خواهد عبور آن از كوچكي جريان و

رق ولتاژشدنصفربامتناظرجرياناينشدنصفرزمان.شودميشروعرسد،ميصفربهخاموشفازضدمحركهي ب

دسمهن

وه ر

/ ولتاژ شدنصفربا متناظر جرياناينشدنصفرزمان.شودميشروع رسد،ميصفربهخاموشفازضدمحركه.است ضدمحركه

45 حدود در پائين سرعتهاي تا روش اين rpm [18,19] است استفاده قابل نيز.

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



ضدمحركه ولتاژ از گيري انتگرال روش

.[20,21,22,23]شودميتعيينخاموشفازولتاژازگيري انتگرالباكموتاسيونزمانروش،ايندر

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد وشن لو وينوشرر

كموتاسيون زماني بازه در ضدمحركه ولتاژ از شده گرفته انتگرال مقدار كه است استوار مبنا اين بر روش اين ايده سي .است شده داده نشان زير شكل در مطلب اين .است يكسان سرعت مقادير تمامي براي

هنده م

كدش

گر/ توقف برايآستانه مقدار يك .نمايدعبورصفرازخاموشفازضدمحركه ولتاژكهشودميآغاززمانيگيريانتگرال.شود مي گرفته نظر در است، كموتاسيون زمان با متناظر توقف اين زمان كه گيري انتگرال عمل

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



ضدمحركه ولتاژ از گيري انتگرال روش

تمام برايراآستانه ولتاژ مثبت،تامنفيمقاديرازآنخطيتغييراتو ضدمحركهولتاژبودناييذوزنقهفرضبا

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.گيريم مي نظر در ثابت سرعت مقاديرسي.نمود ايجاد شده گرفته نظر در آستانه مقدار تغيير توسط نياز، صورت در توان مي را جريان فازي پيش زاويه

هنده م

كدش

گر/ سرعت تغييراتبا را خود اتوماتيكبصورتوبودهحساسكمترسوئيچينگازناشينويزبهگيريانتگرالروش.است ضعيف خطاها، شدن جمع مشكل بدليل آن پائين سرعت عملكرد اما كند، مي تنظيم

رق .استشدهگزارشنيز3600RPMسرعتتاروشاينازاستفادهي ب

دسمهن

وه ر

/ .استشدهگزارشنيز 3600RPMسرعتتاروشاينازاستفاده.است آمده در تجاري بصورت حدي تا روش اين

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



استاتور پيوندي شار تخمين روش

با روتوروضعيتسپس و شده محاسبهاستاتورجريانهايوولتاژهاگيري اندازهازاستاتورپيونديشارروش،ايندر

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.[24,25,26] شود مي زده تخمين منحني برازشسي:است ذيل ولتاژ معادله از استفاده مبناي بر روش اين ايده

هنده م

كدش

گر/

.هستند پيوندي شار بردار Ψ نيز و مقاومت ماتريس نيز R جريان، بردار I ولتاژ، بردار V آن، در كه

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ :با جابجايي در رابطه فوق مي توان شار پيوندي را بصورت ذيل بدست آورد

توانمروتور،وضعيتوپيونديشارميانرابطهوماشينپارامترهايروتور،اوليهمكانمقاديردانستنبا

/ك

ونيكتر

س الدر

توانميروتور، وضعيت وپيونديشارميانرابطهوماشينپارامترهايروتور،اوليهمكانمقاديردانستنبا .زد تخمين همواره را روتور وضعيت

شار اوليه مقدار .بود خواهد محاسبه قابل نيز سرعت گيري، انتگرال از آمده بدست پيوندي شار تغيير مبناي بر

ت در

ق2 /

حلكتر

د

موتور، اندازي راه براي كه معناست بدين مطلب اين .است نياز مورد پيوندي شار مقادير تخمين براي پيوندي .گيرد قرار معلومي مكان يك در بايد مي روتور

ييلوا



استاتور پيوندي شار تخمين روش

داشتن بهنيازيهيچ و شود مياستفادهمحاسباتدرخطبهخطولتاژهاي ازكهآنستشارمحاسبهروشمزيتيك

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.باشد نمي موتور ستاره صفر نقطه

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



استاتور اندوكتانس تغييرات از استفاده

موقعيتتخمينبراي روش اين.نموداستفادهروتوروضعيتتخمينبراي توانمينيزاستاتوراندوكتانستغييراتاز

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.[27] است مناسب نيز موتور توقف حالت در روتورسي.آورد بدست استاتور جريانهاي و روتور مغناطيسهاي وضعيت از تابعي بعنوان توان مي را اندوكتانس

هنده م

كدش

گر/ .داردكاربرد برجستهقطبباموتورهايبرايروشاين

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



جريان و ولتاژ از مناسبي توابع از استفاده

مسائل وموتورسرعت و فركانسبهوابستگينظيرضدمحركه،ولتاژگيري اندازهروشهايدرموجودمشكلاتبدليل

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

توجه مورد نيز باشند داشته كموتاسيون نقاط با معنادار ارتباط كه ديگر توابعي نمودن پيدا فيلترينگ، و گيري اندازهسي .است گرفته قرار محققين

هنده م

كدش

گر/ شده استفادهفازجريان تغييراتگراديانازفازهاكموتاسيوننقاطتعيين وروتورموقعيتتخمينبراي[35]در.دهد مي نمايش را رفته كار به سيستم كلي دياگرام بلوك زير شكل .استرق مياستفادهروتورمكانتعيينبراياستdIMAX/dtتابعمورددراطلاعاتيحاويكهIMAXجريانازروشايندر

ي بدس

مهنوه

ر/ مي استفادهروتور مكان تعيين براياستdIMAX/dtتابعمورددراطلاعاتي حاويكهIMAXجريانازروشايندر

.شود

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


جريان و ولتاژ از مناسبي توابع از استفادهدان

جريان شيب تغييرات از استفاده

جهت مطلباين از .نمايند ميتغييرناگهانيبطوركموتاسيونلحظات در نولبهفازوخطبهخطولتاژهايشيب

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.شود مي استفاده كموتاسيون نقاط در روتور وضعيت تخمينسي نقطه نبودن دسترس در دليل به اما نمود، استفاده توان مي روتور وضعيت تخمين بمنظور ولتاژها اين نوع دو هر از

هنده م

كدش

گر/ .هستندمناسبتري هايگزينهخطبهخطولتاژهايموتور،صفر

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا




شيب گراديانداراي Ega-EgbوEgb-Egc،Egc-Egaولتاژهايترتيب به ،c وa،bفازهايكموتاسيوننقاطدرلذا

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد و gرو gg gg gر

.آورد بدست را فازها كموتاسيون نقاط توان مي پيك، مقادير اين آوردن بدست با .هستند زياديسي:است برقرار ذيل معادله دارد، جريان b فاز به a فاز از IMAX جريان وقتي مثال، بعنوان

هنده م

كدش

گر/

رق و بود خواهداغماض قابل تغييراتمقداردارد،نگهثابتراIMAXجريان مقدارتواندميكنندهكنترلاينكهفرضباي ب

دسمهن

وه ر

/

:داريم لذا

/ك

ونيكتر

س الدر

:است برقرار مقابل رابطه نتيجه در و

ت در

ق2 /

حلكتر

د

محاسبه بدون جريان شيب گراديان از تواند مي كموتاسيون اطلاعات پس.آيد بدست Ega-Egb مقدار

ييلوا




شكل يانزيدر ج شيب اديان گ از استفاده با كموتاسيون زمانهاي دهدتعيين م نمايش را

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد . را نمايش مي دهدتعيين زمانهاي كموتاسيون با استفاده از گراديان شيب جريانزيردر شكل

ضعف اين روش در سرعتهاي پائين يا حالت توقف موتور . اين روش براي موتور با تغذيه سينوسي نيز كاربرد داردسي.[35]اين روش، داراي خطاهاي محاسباتي هست كه بايد تحليل شوند.است

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا



خط به خط شارهاي نسبت از استفاده

ي مناسب و جديدتوابع در سرعتهاي پائين و نزديك به صفر با انتخاب BLDC، مشكل كنترل سرعت موتور[61]در

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد ]ر ور[ و ر رل بل ب ر ب ي ز و ين پ ي ه ر بعر يو ج و يب

. تابع ارائه شده از لحاظ دامنه مستقل از فركانس و سرعت موتور است. به نحوي ديگر حل شده استفانكشن G بنامسي:براي بدست آوردن اين تابع از رابطه ولتاژهاي فاز به نول شروع مي كنيم

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

در

. توابع شار پيوندي فازها هستند fcr، و far ،fbrدر روابط فوق ل ك آ ف ف ژ ق ف ك

ت در

ق2 /

حلكتر

د

:با تركيب روابط فوق، مي توانيم روابط ولتاژي را براي مقادير فاز به فاز بدست آوريم كه بعنوان مثال داريم

ييلوا

:و با جابجايي آن خواهيم داشت



خط به خط شارهاي نسبت از استفادهان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سي:تابع مورد نظر كه مستقل از فركانس روتور است بصورت ذيل بدست مي آيدهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا

. بدست مي آيند 14رابطه مانند Hcaو Hbc توابع.قابل محاسبه هستند 15نيز مطابق رابطه G3و G1همچنين توابع




.نشان مي دهدرا برحسب زاويه روتورG3وG1،G2تغييرات توابعزيرشكل

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

. اين توابع در نقاط كموتاسيون داراي دامنه حداكثر هستندسي.در نظر گرفته مي شوند G3و G1 ،G2براي تعيين نقاط كموتاسيون، مقادير مثبت توابع

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا

. استفاده مي شود 6و 3در مودهايG3و از تابع5و2در مودهاي G2، از تابع4و1در مودهايG1از تابع




توابع ترتيب زير مختلفG(θ)جدول هاي بازه در استفاده است60مورد نموده ليست را كاري درجه

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد . درجه كاري را ليست نموده است60مورد استفاده در بازه هاي مختلفG(θ)جدول زير ترتيب توابع

پيوسته و واحد بدست آورد و از آن براي تخمين نقاط كموتاسيون G(θ)با تركيب ترتيب اين توابع مي توان يك سي.استفاده نمود

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا




. تعريف نمودGi(θ)مي توان يك مقدار آستانه براي توابع

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

و كار در ناحيه توان Field Weakeningبا تغيير اين مقدار آستانه، مي توان مقدار زاويه پيشفازي را براي اهداف . ثابت كنترل نمود

G (θ)

سيهند

ه مكد

شگر/ به تغييرات سريع جريان فازها و نويز بوده كه مي بايد از روشهاي مناسب Gi(θ)تنها مشكل اين روش، حساسيت توابع

. [61]استفاده نمود

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ ــرات ــل تغييـ ــكل مقابـ شـسيگنالهاي مختلف را در اين

دهد م نشان روش

/ك

ونيكتر

س الدر

.روش نشان مي دهد

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


كنترلي تئوريهاي بر مبتني روشهايدان

. روشهاي مورد بررسي قرار گرفته در بخشهاي قبل اغلب بر مبناي اندازه گيري سيگنال بودند

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد بو ل ي ير ب بر ب بل ه ب ر ر ي بر و ه و

اما جذابيت و قابليت روشهاي مبتني بر مفاهيم كنترل كلاسيك و تئوريهاي كنترلي، كه در مورد موتورهاي بـا تغذيـه سيسينوسي به اثبات رسيده اند، سبب شده است كه محققين به نـوعي از برخـي از ايـن روشـها در تخمـين موقعيـت و

هنده م

كدش

گر/ .استفاده نمايندBLDCسرعت موتورهايبوده و به اطلاعات دقيقـي از BLDCاين روشها كه بنام روئيتگرها نيز شناخته مي شوند، بر مبناي مدل رياضي موتور

هستند نيازمند موتور رق پارامترهايي ب

دسمهن

وه ر

/ .پارامترهاي موتور نيازمند هستند

:دسته كلي ذيل تقسيم بندي مي شوند 5اين روشها به

/ك

ونيكتر

س الدر

o روئيتگر ليونبرگر)Luennerger Observer(o روئيتگر مود لغزشي)Sliding Mode Observer(

ت در

ق2 /

حلكتر

د

o فيلتر كالمن توسعه يافته)Extended Kalman Filter(o سيستمهاي تطبيقي مدل مرجعAdaptive Model Reference Systems (MRAS)

ند ش ا ا(ش كه ش فاز ا )ت

ييلوا

oسيستمهاي فازي، شبكه هاي عصبي،(روشهاي هوشمند( ...



ليونبرگر روئيتگر

نمايند م استفاده ت س خط مدل از و بوده روشها ين ت ساده از گ ون ل هاي تگ روئ

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد .روئيتگرهاي ليونبرگر از ساده ترين روشها بوده و از مدل خطي سيستم استفاده مي نمايند

.اين روشها از فيدبك خطي استفاده نموده و در مقابل سيگنالهاي فيدبك نويزي كارايي چنداني ندارند سي.]63[روئيتگرهاي ليونبرگر در سرعتهاي پائين با خطاي زيادي همراه خواهد بود

هنده م

كدش

گر/ رق

ي بدس

مهنوه

ر/ /

كوني

كترس ال

درت

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا



كالمن فيلتر و لغزشي مود روئيتگران

كاشاه شگ

ن /

انشد

روئيتگرهاي مود لغزشي ساختاري مانند روئيتگرهاي ليونبرگر دارنـد امـا سـيگنال خطـاي فيـدبك تـابع سـوئيچينگ اين روئيتگرها براي سيستمهاي غيرخطي و يا داراي نامعيني بكار مي روند. غيرخطي مي باشد

سيهند

ه مكد

شگر/

فيلتر كالمن، رويتگري غيرخطي و برگشتي بوده و ضريب فيدبك در آن تـابعي از ماتريسـهاي كوواريـانس سيسـتم و رق .اندازه گيري نويز است

ي بدس

مهنوه

ر/

در بازه وسـيعي از سـرعت % 1توانسته است سرعت را با دقت با ارائه يك رويتگر كالمن توسعه داده شده ]64[مرجع در روش ارائه شده براي بالابردن دقت تخمين در سرعت هاي پائين، مقاومت . تخمين بزند) سرعت نامي% 100تا % 5(

ش ز تخ ا ن ات اا ا ا اژ ل گ از ان ا كال ل ف ذات ا خ ل ل

/ك

ونيكتر

س الدر

به دليل خواص ذاتي فيلتر كالمن، براي اندازه گيـري ولتاژهـا و جريـان هـا . استاتور نيز همزمان تخمين زده مي شودت .نيازي به فيلتر نيست

در ق

2 / حل

كترد

ييلوا



عصبي هاي شبكه از استفاده

عـدم چون مثبتي ويژگيهاي داشتن با ژنتيك الگوريتم فازي، سيستمهاي عصبي، هاي شبكه شامل هوشمند روشهاي

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد روش هاي هوشمند شامل شبكه هاي عصبي، سيستم هاي فازي، الگوريتم ژنتيك با داشتن ويژگي هاي مثبتي چون عـدم

. نياز به مدل رياضي سيستم و مقاومت در برابر تغييرات پارامترها مي توانند بدين منظور مورد بررسي قرار گيرند

سيهند

ه مكد

شگر/

.استفاده نموده است BLDCاز يك شبكه عصبي براي تخمين ولتاژهاي ضدمحركه خط به خط موتور ]65[مرجع

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



عصبي هاي شبكه از استفادهان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



فازي منطق از استفاده

است]67[مرجع نموده استفاده خط ضدمحركه ولتاژ تخمين براي بالا دقت با فازي رويتگر يك در.از شـده ارائـه روش

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد روش ارائـه شـده در . از يك رويتگر فازي با دقت بالا براي تخمين ولتاژ ضدمحركه خط استفاده نموده است]67[مرجع

.مقابل تغيير پارامترها مقاوم بوده و قابليت تخمين سرعت و موقعيت موتور را نيز دارد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



فازي منطق از استفادهان

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



فازي منطق از استفاده

دهد نشان ا ازي ه ش نتايج زي شكل

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.شكل زير نتايج شبيه سازي را نشان مي دهد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


حسگر بدون روشهاي در BLDC موتور اندازي راهدان

يك موتور خود راه انداز نيست و در تمامي روش هاي كنترل با حسگر موقعيت، راه اندازي درست موتور و BLDCموتور

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد و وو و و ي و ر ب رل وش ي و ي و و و ي

ايجاد گشتاور مناسب، مستلزم معلوم بودن موقعيت اوليه روتور مي باشد كه حسـگرهاي موقعيـت اثـر هـال ايـن امكـان را سي. فرآهم مي آورند

هنده م

كدش

گر/ . از طرف ديگر روش هاي كنترل بدون حسگر موقعيت نيز خود راه انداز نبوده و نياز به دانستن موقعيت اوليه روتور دارندتعيين موقعيت اوليه روتور در موتورهايي كه با گردش روتور، رلوكتانس فاصله هوايي به قـدر كـافي تغييـر مـي كنـد بـه

است امكانپذير موتورهايراحتي در موقعيـتBLDCاما تخمـين دارنـد ناچيزي هوايي فاصله رلوكتانس تغييرات رق كهي ب

دسمهن

وه ر

/ كه تغييرات رلوكتانس فاصله هوايي ناچيزي دارنـد تخمـين موقعيـت BLDCاما در موتورهاي.راحتي امكان پذير است. اوليه رتور امكان پذير نمي باشد

/ك

ونيكتر

س الدر

و بـه اصـطلاح جهـت دهـي (در اين حالت بهترين راه حل آن است كه روتور در يك موقعيت دانسته شده قـرار گرفتـه در اين روش با تحريك دو فاز استاتور، روتـور در . و سپس راه اندازي موتور از اين موقعيت اوليه معلوم انجام شود) گردد

د گ ا ق ادل ت نقطه ك

ت در

ق2 /

حلكتر

د

.يك نقطه تعادل قرار مي گيردسپس يك ميدان دوار با تحريك متناوب فازهاي استاتور و با فركانسي مناسب ايجاد مي شود به نحوي كه روتور بتوانـد بـا

سپس . غلبه بر اصطكاك و اينرسي خود شتاب گرفته و به يك سرعت حداقلي براي اعمال روش كنترل بدون حسگر برسد

ييلوا

پو. با استفاده از حسگرهاي مجازي اثر هال تخمين زده شده، كنترل موتور به روش كنترل بدون حسگر تغيير مي يابد

.، روش حلقه باز نام داردBLDCاين روش راه اندازي موتور



:]70[، شامل سه مرحله ذيل استBLDCروش راه اندازي حلقه باز موتور

باز حلقه كنترل روش به اندازي راهان

كاشاه شگ

ن /

انشد ور و ز ب زي ر تروش يل ر ][ل

oجهت دهي روتور در يك موقعيت معلوم با تحريك مناسب دو فاز موتور.oسي.تحريك متوالي فازهاي موتور با فركانس مناسب از موقعيت اوليه فوق مطابق با جدول كموتاسيون

هنده م

كدش

گر/

oتغيير روش كنترلي به روش كنترل بدون حسگر پس از رسيدن سرعت موتور به يك مقدار حداقلي.

رق در روش راه اندازي حلقه باز، تنظيم سرعت موتور غيرممكن است اما تنظيم جريان فازها با استفاده از كنتـرل كننـده هـاي ي ب

دسمهن

وه ر

/

.جريان امكان پذير مي باشددر حالت جهت دهي روتور مقدار جريان مرجع بايد به درستي انتخاب شود تا از نوساني شدن موتور حـول نقطـه تعـادل

گ گ ل

/ك

ونيكتر

س الدر

.جلوگيري گرددهمچنين در هنگام شتاب گيري روتور، مقدار مرجع جريان مي تواند در مقدار حداكثر قرار گيـرد تـا زمـان شـتاب گيـري

.روتور به حداقل برسد

ت در

ق2 /

حلكتر

د

بر ل ب و ومدت زمان اعمال جريان در هنگام جهت دهي روتور و فركانس ميدان دوار در حالت شتاب گيري بايد به درستي انتخـاب

.شوند

ييلوا

از عيوب اصلي روش راه اندازي حلقه باز آن است كه در هنگام جهت دهي روتور، ممكن اسـت روتـور در جهـت عكـس اگر در يك كاربرد، حتـي ايـن . درجه الكتريكي است 180بچرخد كه البته مي توان نشان داد مقدار اين چرخش كمتر از

شود انديشيده مناسب راهكار بايد نباشد، مجاز نيز عكس جهت چرخشدر ناچيز .مقدار ناچيز چرخش در جهت عكس نيز مجاز نباشد، بايد راهكار مناسب انديشيده شودمقدار



باز حلقه كنترل روش به اندازي راه

واقعـي بـه BLDCشكل زير تغييرات جريان فازها و موقعيت تخمين زده شده روتور را در طي راه اندازي يـك موتـور

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد

.روش كنترل حلقه باز را نشان مي دهد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


BLDC موتور حسگر بدون كنترل روشهاي در تخمين خطاي تحليلدان

.مي گردد BLDCخطاي تخمين روتور اثر مستقيمي بر ريپل گشتاور داشته و سبب كاهش راندمان درايو موتور

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد و و يو ش بب و و يپل بر ي ي ر و و ين ري ي

بدليل خطاي زاويه كموتاسيون، جريانهاي فازها نسـبت بـه . است 15oدر شكل زير فرض مي شود كه خطاي كموتاسيون سي. ولتاژهاي ضدمحركه متناظر پيشفاز يا پسفاز مي شوند

هنده م

كدش

گر/ . نتايج خطاي كموتاسيون عبارتند از افزايش ريپل گشتاور، كاهش گشتاور متوسط و لذا كاهش نسبت گشتاور بر آمپر درايو.در نتيجه ما شاهد كاهش راندمان درايو خواهيم بود

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



راندمان كاهش بر خطا اثران

كاشاه شگ

ن /

انشد

:گشتاور و توان در حالت كلي عبارتند از

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/

:در حالت بدون خطاي تخمين، مقدار توان متوسط برابرست با

/ك

ونيكتر

س الدر

ا ل قا شكل از فا ا ا تخ خطا ال

ت در

ق2 /

حلكتر

د

:در حالت وجود خطاي تخمين و با استفاده از شكل مقابل داريم

ييلوا

:در نتيجه راندمان در حالت وجود خطا از رابطه مقابل بدست مي آيد



گشتاور و راندمان كاهش بر خطا اثر

آمد خواهند بدست زير جدول از تخمين خطاي مقدار برحسب راندمان و گشتاور تغييرات محاسبات، كم :با

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد :با كمي محاسبات، تغييرات گشتاور و راندمان برحسب مقدار خطاي تخمين از جدول زير بدست خواهند آمد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



گشتاور و راندمان كاهش بر خطا اثران

كاشاه شگ

ن /

انشد

سيهند

ه مكد

شگر/

رق ي ب

دسمهن

وه ر

/ /ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا



تخمين خطاي ايجاد منابع

:خطاي تخمين وضعيت در يك سيستم آزمايشگاهي با مسائل ذيل مرتبط است

ان كاش

اه شگ

ن /

انشد ب ر يل ل ب ي ي ز م ي ي ر ي و ين ي

oخطاهاي اندازه گيريoسيخطاهاي پارامترهاي موتور به دليل مشكلات ساخت و يا تغيير دما

هنده م

كدش

گر/

oنرخ نمونه برداري محدود

رق . دقت ولتاژها و جريانهاي اندازه گيري شده يا تخمين زده شده تاثير مستقيمي بر الگوريتم تخمين وضعيت ارائه شده داردي ب

دسمهن

وه ر

/

شار محلي اشباع و نشتي شار موتور، ساخت به مربوط نقايص با مرتبط كوچكي اندوكتانس تغييرات واقعي، حالتهاي در .نمايد تغيير دما افزايش با تواند مي فاز مقاومت مقدار همچنين .دارد وجود

/ك

ونيكتر

س الدر

ت در

ق2 /

حلكتر

ديي

لوا


Documents

PE2 Chapter 2 - kashanu.ac.ir 2.pdf · 2015. 2. 21. · ﻧ اد نﺎﺷﺎﻛ هﺎﮕﺸ / ﺸ ﻧاد ﻲﺳﺪﻨﻬﻣ هﺪﻜ / ﺮ ﮔ قﺮﺑ ﻲﺳﺪﻨﻬﻣ هو