The electric power wheelchair needs to control motor torque and speed for responding to variable actions given by handling a joystick. In this paper a DSP-based BLDC motor controller using a single dc-link current sensor is presented for electric power wheelchair. It is composed by a DSP processor and three-phase inverter module. To control torque, high speed current control is achieved by the PI controller and pulse width modulation (PWM) signals with 25 kHz carrier frequency, which is performed by 200 ${\mu}sec$ cycle. The speed controller computes the new direct current reference from the speed error and the PI control equation. The displacement value by handling the joystick is converted to reference speeds of right and left wheel motors using nonholonomic wheelchair kinematics. Experimental results show that the presented control system is enough to implement a speed servo in wheelchair driving.
Switched Reluctance Motor has doubly salient poles in stator and rotor, windings are wound in just stator and no magnet or windings on the rotor. This configuration is robust mechanically and thermally. The inverter of SRM is more robust than that of induction or brushless DC(BLDC) motor, but still its drive is comparatively expensive for home appliance. To drive the conventional three or four-phase SRM, 6 to 8 power switches are required when asymmetric bridge inverter is employed. Generally, more than 50% of the cost for the SRM drive is allocated to power devices and gate drives. This paper proposed single phase SRM that have both radial and axial air gaps. The stator and rotor were stacked with two types of stampings that have different diameters. This configuration is very effective to increase align inductance(Lmax). The high value of Lmax increases the motor efficiency and power density. The proposed single phase SRM(Claw SRM) can be driven by only two power switches. To show the validity of the proposed idea, the analysis using finite element method(FEM) and experimental works are carried out. The proposed SPSRM can be driven with high efficiency and can be made compactly and inexpensively because of high value of align inductance and less number of switches. For the comparison, we used same stator for three-phase and single phase, and slightly different stator and rotor for proposed single phase SRM(Claw SRM)
본 논문에서는 일정 토크영역에서 승압형 PFC 컨버터와 직접토크제어(DTC) 방법을 사용하여 BLDC 모터의 구동 시스템을 DSP(TMS320F2812)로 구현하였다. 기존의 6단계 PWM 전류제어와 달리 미리 정한 샘플시간 마다 간단한 look-up 표로부터 2상 도통 모드에 대한 인버터의 전압 상태 벡터를 설정함으로써 원하는 전류파형을 만들었으며 이로부터 기존의 전류제어기보다 훨씬 빠른 토크 응답특성을 얻을 수 있었다. 또한 BLDC 모터의 비 이상적인 사다리형 역기전력에 의해 발생되는 저주파 토크변동을 저감하기 위하여 위치 loop-up 표를 사용하였다. 아울러 역률을 보정하기 위해 승압형 PFC 컨버터를 구성하였고 이 때 전파 정류된 입력전압과 출력전압, 인덕터의 전류에 의해 평균전류모드 제어 방식으로 80 kHz마다 PWM 듀티(duty)가 조절 되도록 하였다. 이와 같이 복잡한 제어 알고리즘은 초고속 DSP의 출현으로 PFC와 DTC 알고리즘이 동시에 제어가 가능하며, 본 논문에서는 DTC 알고리즘을 구현할 때 DSP의 일반 범용의 출력포트를 사용하여 구현하였고 단지 PFC에서만 1개의 PWM을 사용하여 디지털 제어기를 구현하였다. 실험을 통해 DTC 알고리즘과 PFC 컨버터를 이용한 BLDC 모터 구동 시스템의 타당성과 효용성을 보였고, 실험결과로부터 PFC 컨버터를 사용하지 않았을 때는 역률이 약 0.77이었으나 PFC 컨버터를 사용하였을 때는 부하변동에 관계없이 약 0.9997로 크게 향상됨을 확인하였다.
This paper studied cogging torque reduction effect for sloping notch applied two notches on stator teeth. We have confirmed accuracy of FEM(Finite Element Method) through comparison previous model using asymmetric notch for experiment and 3D FEM results, and then cogging torque comparison of previous model and sloping notch model. Also the sloping notch model has been modified to step-sloping notch model to consider manufactur. The modification method of sloping notch changed the degree of slope of notch (a)(Notch(a) sloping Deg) and the degree of Slope of notch (b)(Notch(b) Sloping Deg). When Cogging torque is case of minimum, Notch (a) Sloping Deg is $-12[^{\circ}]$ and Notch(b) Sloping Deg $12[^{\circ}]$. In this case, cogging torque was about 23.9[mNm]. Cogging torque of previous model is about 40.8[mNm], so sloping notch model is less than previous model by 41.42[%]. Also, if sloping notch model is changed to step-sloping notch model, cogging torque of step-sloping notch model is about 24.82[mNm], Therefore the difference between the two cogging torque is about 3.85[%], so step-sloping notch model can be applied when considering manufacture.
본 논문에서는 단상 영구자석 전동기를 초고속으로 구동하면서 전력을 제어할 수 있는 방법을 제안한다. 일반적으로 단상 영구자석 전동기의 제어는 전류 센서 및 홀 위치 센서를 기반으로 전류 제어를 통하여 이루어진다. 그러나 초고속 구동에서 위치 측정의 정밀도는 떨어지게 되고, 평균 전류의 측정 또한 어렵게 된다. 또한, 가정용 단상 전원을 사용하는 경우, 전류 고조파 규제를 만족시키기 위하여 PFC회로의 추가가 필요하다. 본 논문에서는 하나의 홀 센서를 사용하여 위치를 추정하고, 전류 센서를 사용하지 않으면서 전류 고조파를 억제할 수 있는 초고속 구동 방법을 제안한다.
본 논문에서는 24V급 저가형 팬 모터 드라이버를 설계하기 위해 단상 인버터 회로를 제시 하였고, 제시한 회로의 동작특성 확인을 위해 단상 BLDC 모터의 모델링 및 회로설계를 PSIM 시뮬레이션 툴을 통해 수행 하였다. 제시한 회로가 저가격으로 구현 가능함을 검토하였고 실제 적응 가능함을 확인하였다.
브러시리스 직류 전동기(Brushless U Motor : BLDCM)는 기존의 직류 전동기의 단점인 브러시를 제거한 것으로 제어가 간단하면서도 넓은 범위에서 속도 제어가 가능하고 효율이 높으며 경제적으로 제어기 제작이 가능하여 산업용 뿐 아니라 가전에까지 널리 사용된다. 그러나 BLDCM을 구동하는데 필수적인 센서는 제품 가격을 증가시킬 뿐만 아니라 운전 환경이 열악한 곳에서는 동작 오류를 발생하는 원인이 되고 있다. 본 논문에서는 BLDCM의 센서리스 구동에서 정상상태 운전뿐만 아니라 안정된 초기 구동에 관한 연구를 수행한다. 정상상태 운전은 측정된 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 결정함으로써 이루어지며, 초기 구동을 개선하기 위해 환류 다이오드로부터 측정된 전류 신호를 이용하여 초기 구동을 하게 된다. 이것은 실험을 통해 타당성을 확인하였다.
Heo, Sewan;Oh, Jimin;Kim, Minki;Suk, Jung-Hee;Yang, Yil Suk;Park, Ki-Tae;Kim, Jinsung
ETRI Journal
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제37권6호
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pp.1154-1164
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2015
This paper proposes a fully sensorless driver for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) integrated with a digital motor controller and an analog pre-driver, including sensing circuits and estimators. In the motor controller, a position estimator estimates the back electromotive force and rotor position using a sliding-mode observer. In the pre-driver, drivers for the power devices are designed with a level shifter and isolation technique. In addition, a current sensing circuit measures a three-phase current. All of these circuits are integrated in a single chip such that the driver achieves control of the speed with high accuracy. Using an IC fabricated using a $0.18{\mu}m$ BCDMOS process, the performance was verified experimentally. The driver showed stable operation in spite of the variation in speed and load, a similar efficiency near 1% compared to a commercial driver, a low speed error of about 0.1%, and therefore good performance for the PMSM drive.
Instead of direct driving like BLDC, the induction principle is adopted as a driving one for planar stage. The stage composed of four linear induction motors put in square type is activated by two-axial forces; low-frequency attractive force and thrust force of the linear induction motors. Here, the modified vector control whose new inputs are q-axis current and dc current biased to three phase current instead of d-axis current or flux current is applied extensively to overall motion of the stage. For the developed system, the precision step test and the constant velocity test are tried to guarantee its feasibility for TFT-LCD pattern inspection. However, to exclude a discontinuity due to phase shift and minimize a force ripple synchronized with the command frequency, the initial system is revised to the antagonistic structure over the full degree of freedom. Concretely describing, the porous air bearings guide an air-gapping of the stage up and down and a pair of liner induction motors instead of single motor are activated in the opposite direction each other. The performances of the above systems are compared from trapezoid tracking test and sinusoidal test.
Kim, Sung-Jung;Park, Je-Wook;Im, Won-Sang;Jung, Hyun-Woo;Kim, Jang-Mok
Journal of Power Electronics
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제13권2호
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pp.250-255
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2013
This paper proposes an optimal current distribution method of dual-rotor brushless DC machines (DR-BLDCMs) which have inner and outer surface-mounted permanent-magnet rotors. The DR-BLDCM has high power density and high torque density compare to the conventional single rotor BLDCM. To drive the DR-BLDCM, dual 3-phase PWM inverters are required to excite the currents of a dual stator of the DR-BLDCM and an optimal current distribution algorithm is also needed to enhance the system efficiency. In this paper, the copper loss and the switching loss of a DR-BLDCM drive system are analyzed according to the motor parameters and the switching frequency. Moreover, the optimal current distribution method is proposed to minimize the total electrical loss. The validity of the proposed method was verified through several experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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