Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Farzanehfard,Akbar Ebrahimi,Seyed Mohammad Madani
حسین فرزانه فرد (استاد مشاور) اکبر ابراهیمی (استاد راهنما) سیدمحمد مدنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohamadmahdi Shahbazi
محمدمهدی شهبازی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Design and implementation of a soft switching inverter for BLDC motor drive
Brushless Direct Current (BLDC) machine is a kind of permanent magnet AC machine, and is named this way because of many similarities with DC machine. The structure and design of this machine is very similar to the permanent magnet synchronous machine (PMSM). One of the differences between these two kinds of machines is their stator-winding induced voltage versus electrical angle. Therefore this machine is also called trapezoidal permanent magnet ac machine. Due to its high torque per volume ratio, maintenance free, low inertia and ease of heat exchange, new applications for this machine type are coming along. So, improving the drive circuit of this machine, in parallel with expansion of its application, is of engineers’ interest. One of the performance improvement methods for this drive is reducing the switching losses and its inverter electro-magnetic interference, without major extra costs. To achieve this goal, employing soft-switching techniques for inverter is an appropriate option. In soft- switching techniques, by adding auxiliary circuits to inverter main circuit, voltage and current change incidence can be significantly reduced, and switching losses are almost eliminated. Improving power quality characteristic of system input side, and lowering costs are other fields of interest. In this thesis first, three phase brushless DC machine and its operational principles are introduced. Then, other types of this machine with their basic drive methods are described. Then by using a The aim of this thesis is presenting a soft-switching topology with fewer elements compared to other presented soft-switching inverters. So in chapter five, such a topology with its drive method is proposed. Then the proposed topology is analyzed by explaining its operating principle and its drive method. Thus, by explanation of the design method, a prototype of the proposed topology- in accordance with an available motor- is designed. By explaining the simulation method and elements modeling used in simulator program, the proposed topology is simulated, and simulation results are presented. A digital signal processor is used for the implementation of this inverter. This processor computes instantaneous speed, and realize control loop. Also the processor generate control signal, by receive and analyzing of hall-effect sensors data. For final implementation of this topology, signal shaper circuits and gate drive for power switches are designed and implemented. Finally, experimental results of implemented topology are shown, and which are quite closed to the expected ones. The thesis is ended by concluding the results and making some suggestions for future works. Key Words: Brushless DC motor, soft-switching, inverter, resonant pole inverter, zero voltage switching
اشین جریان مستقیم بدون جاروبک، یک ماشین ac مغناطیس دائم است که بدلیل شباهت بسیار زیاد مشخصه ورودی آن به ماشین جریان مستقیم، به این نام خوانده می‌شود. این ماشین از نظر طراحی و ساختار ظاهری با ماشین مغناطیس دائم سنکرون دارای شباهتهای بسیار است. یکی از تفاوتهای این دو نوع ماشین مغناطیس دائم در پروفایل ولتاژ القا شده در فازهای استاتور آنهاست. به همین دلیل گاهی این ماشین را ماشین مغناطیس دائم جریان متناوب ذوزنقه‌ای می نامند. برای درایو این ماشین یک اینورتر پالسهای جریانی سنکرون با موقعیت روتور به فازهای موتور اعمال می‌کند. با توجه به خصوصیات این ماشین مانند نسبت گشتاور به حجم بالا، عدم نیاز به نگهداری، اینرسی کم و سادگی تبادل حرارت با محیط خارج، افقهای جدیدی برای کاربرد این ماشین به‌وجود آمده است. به این ترتیب بهبود مشخصه‌های روشهای درایو این ماشین، همگام با گسترش کاربرد آن، مد نظر مهندسان قرار گرفته است. یکی از شاخصه‌های بهبود عملکرد سیستمهای مبتنی بر این ماشین، کاهش تلفات سوئیچینگ و تداخلات الکترومغناطیسی اینورتر بکار رفته در درایو آن، بدون افزایش چشمگیر هزینه‌های اینورتر است. برای نیل به این هدف، عموما استفاده از روشهای سوئیچینگ نرم برای اینورتر بکار رفته در سیستم ماشین- درایو، در دستور کار طراحان قرار دارد. در روشهای سوئیچینگ نرم، با افزودن مدارهای کمکی به مدار اصلی اینورتر، همپوشانی زمانی تغییرات ولتاژ و جریان سوئیچها تقریبا از بین رفته و تلفات سوئیچینگ حذف می‌گردد. از دیگر شاخصه‌های مورد توجه در مدار درایو این ماشین، می‌توان به کاهش هزینه و بهبود مشخصه‌های کیفیت توان در سمت ورودی مدار درایو اشاره کرد. در این پایان‌نامه، ابتدا ماشین جریان مستقیم بدون جاروبک سه فاز و اصول حاکم بر عملکرد آن معرفی می‌گردند. سپس انواع دیگر این ماشین به همراه روشهای پایه درایو آن ذکر می‌شود. سپس با ارائه یک دسته‌بندی سعی می‌شود اصول حاکم بر اینورترهای سوئیچینگ نرم بیان گردد. در ادامه با توجه به فاکتورهای مد نظر طراحان برای ارائه توپولوژی‌های مختلف درایو این ماشین، چند نمونه از این توپولوژی‌های دارای قابلیت خاص، به همراه نحوه عملکرد آنها ارائه می‌شود. هدف از انجام این پایان‌نامه، با توجه به روشهای به‌کار گرفته شده برای ارائه توپولوژی‌های مختلف درایو این ماشین و اینورترهای سوئیچینگ نرم، ارائه یک توپولوژی سوئیچینگ نرم با المانهای کاهش یافته است. به این ترتیب در فصل پنجم یک توپولوژی به همراه روش درایو ماشین پیشنهاد می‌گردد. در ادامه با توضیح نحوه عملکرد توپولوژی و روش پیشنهادی درایو، کارکرد آن تحلیل می‌شود. سپس با ارائه روش طراحی مقادیر مورد نیاز، یک نمونه از این توپولوژی پیشنهادی- با توجه به مشخصات یک نمونه موتور در دسترس- طراحی می‌شود. با توضیح روش شبیه‌سازی و مدل‌سازی المانهای به‌کار رفته در نرم افزار، مثال طراحی شده شبیه سازی گشته، و نتایج حاصل از آن برای بررسی صحت تحلیلهای صورت گرفته، ارائه می‌گردد. برای پیاده سازی این اینورتر از یک پردازنده سیگنال دیجیتال استفاده شده است. این پردازنده ضمن دریافت و تحلیل داده‌های به‌دست آمده از حسگرهای اثر هال، وظیفه محاسبه سرعت لحظه‌ای و پیاده سازی حلقه کنترلی و تولید سیگنالهای ک کلمات کلیدی 1- موتور جریان مستقیم بدون جاروبک 2- سوئیچینگ نرم 3- اینورتر 4- اینورتر با قطب رزونانسی 5- سوئیچینگ در ولتاژ صفر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی