Fırçasız doğru akım motor sürücülerinde komütasyon moment salınımının azaltılmasına yönelik yeni bir topoloji
A new topology for commutation torque ripple reduction in brushless direct current motor drives
- Tez No: 911076
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE ÇELİK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Düzce Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Fırçasız doğru akım motor (FDAM)'nin komütasyon (Faz akımı değişimi) anında devreye alınan faz akımı ile devreden çıkarılan faz akımının yükselme ve düşme süreleri arasındaki fark, akım ve moment salınımlarının oluşmasına neden olmaktadır. Komütasyon moment salınımı (KMS) FDAM'da hız dalgalanması, vuruntu, titreşim ve akustik gürültü gibi etkilere neden olmakta ve yüksek performans gerektiren servo sistemlerde kullanımını önemli ölçüde kısıtlamaktadır. KMS, komütasyona uğrayan faz akımlarının değişim sürelerinin eşitlenmesi ile yok edilebilir. Bu iki sürenin birbirine eşit olduğu durumda Kirchhoff'un akım kanunu gereğince moment salınımı teorik olarak sıfır olmaktadır (i_a+i_b+i_c=0). Aynı zamanda bu durum, FDAM için evirici doğru akım (DA) bara geriliminin (V_bara), FDAM'ın ürettiği sinüsoidal zıt elektromotor kuvvet (emk, E)'in 6 katına eşit olduğu anlamına gelmektedir. FDAM zıt emk değeri motor hızı ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla düşük hızlarda V_bara>6E, yüksek hızlarda ise V_bara<6E olmaktadır. Düşük hızlarda KMS azaltma işlemi için basit olarak devreye giren faz akımına darbe genişlik modülasyonu (DGM) uygulamak yeterli iken yüksek devirlerde KMS'yi azaltmak için daha yüksek gerilime ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yaklaşım dikkate alınarak bu tez çalışmasında yüksek hızlarda KMS azaltılması için bara gerilimi genliğini kontrol edecek yardımcı yükseltme devre topolojisi sunulmuştur. Önerilen topoloji DA güç kaynağı ile giriş üç fazlı eviricinin arasına bağlanmıştır. Çalışmada normal çalışma sırasında devredeki kondansatör şarj edilmektedir. Komütasyon anında ise DA bara gerilimini yükseltmek için şarj edilen kondansatör anahtar devresi üzerinden DA güç kaynağına seri bağlanmakta ve DA bara gerilimi (V_bara) zıt emk'nın 6 katına eşit olacak şekilde yükseltilmektedir. Önerilen yöntemin performansı değerlendirmek için Matlab®/Simulink® ortamında benzetim ve uygulama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Uygulamada EzDSP TMS320F28335 sayısal işaret işlemci (Sİİ) kullanılmıştır. Benzetim ve uygulama sonuçlarına göre, geleneksel yönteme kıyasla önerilen yöntem ile komütasyon moment salınımında %57,14 'e kadar ve komütasyon süresinde ise %57,2'e kadar iyileştirme sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
During the commutation period in brushless direct current motors (BLDCMs), discrepancies between the rise and fall times of the incoming and outgoing phase currents lead to the generation of current and torque ripples. These ripples, known as commutation torque ripple (CTR), result in adverse effects such as speed fluctuations, knocking, vibration, and acoustic noise. These phenomena significantly restrict the utilization of BLDCMs in high-performance servo systems. Theoretically, CTR can be eliminated by equalizing the rise and fall times of the commutated phase currents. When these durations are balanced, torque ripple is effectively nullified, in accordance with Kirchhoff's current law (i_a+i_b+i_c=0). It also means that the inverter's direct current (DC) bus voltage (V_bus) for the BLDCM is equal to 6 times the sinusoidal back electromotive force (emf, E) generated by the BLDCM. The BLDCM's back emf value is directly proportional to the motor speed. Therefore, it is satisfied that at low speeds V_bus>6E and at high speeds V_bus<6E. While it is sufficient to simply apply pulse width modulation (PWM) to the phase current to reduce the CTR at low speeds, a higher voltage is needed to reduce the CTR at high speeds. Considering this, an auxiliary boost circuit topology that will control the bus voltage amplitude for reducing the CTR at high speeds is presented in this thesis. The proposed topology is connected between the input DC power supply and the three-phase inverter. The capacitor in the circuit is charged during the normal conduction period. During the commutation period, the charged capacitor is connected in series with the DC power supply via the switch circuitry to increase the DC bus voltage and the DC bus voltage (V_bus) is raised to a value equal to 6 times the back emf. To evaluate the performance of the proposed method, simulation and experimental studies were conducted at the Matlab®/Simulink® environment. For the practical implementation, digital signal processor (DSP) of EzDSP TMS320F28335 was utilized. According to the results of the simulation and experimentation, the proposed method could achieve an improvement up to %57.14 for the commutation torque ripple and a %57.2 for the commutation time comparing with the traditional method.
Benzer Tezler
- Pıc tabanlı fırçasız dc motor tasarımı
Pic based designed of brushless dc motor
CANER YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ONURALP YÜCEL
- Doğrusal olmayan anahtarlamalı sistemlerde kararlılık ve bir fırçasız doğru akım motoru için anahtarlamalı kontrolcü tasarımı
Stability in nonlinear switched systems and design of switched controller for a brushless direct current motor drive
FATİH ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TÜRKER TÜRKER
- Bir motor kontrol sisteminin model tabanlı donanım ve yazılım ortak tasarımı
Model-based hardware and software mutual design of a motor control system
SEDAT İN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
DOÇ. DR. HASAN TİRYAKİ
- Contributions to the determination of optimized driving strategies for electric vehicles using artificial intelligence based methods
Elektrikli araçlar için yapay zeka tabanlı yöntemlerle en uygunlaştırılmış sürüş stratejilerinin belirlenmesine katkılar
UFUK BOLAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
DOÇ. DR. GÜLCİHAN ÖZDEMİR
- Fırçasız motor sürücülerin enerji verimliliği
Energy efficiency of brushless motor drives
ÖMER ALACA
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
EnerjiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN VELİ DÖNDÜREN