Hablando del principio de conducir un motor de CC con un inversor de fuente Z

- Jan 14, 2019-

Hablando del principio de accionamiento del motor de CC con inversor de fuente Z

El inversor Z-Source (ZSI) es un convertidor de CC-CA que realiza las funciones de aceleración y aceleración en una sola etapa. Una ventaja única de ZSI es su estado pasante, en el que los dos conmutadores del mismo puente se pueden activar en el mismo instante. No se requiere tiempo muerto, la distorsión de salida se reduce en gran medida y se puede proporcionar una salida más alta sin utilizar un filtro LC. ZSI supera las limitaciones conceptuales y teóricas de los sistemas tradicionales y puede aumentar la tensión de entrada de CC sin el uso de convertidores de refuerzo de CC / CC o transformadores elevadores. En este documento, se propone un controlador ZSI con tecnología inteligente de modulación aleatoria de ancho de pulso (RPWM) para el motor sin sensor BLDC, cuyo objetivo es mejorar el rendimiento del sistema de accionamiento del motor BLDC.

ZSI supera las barreras y limitaciones conceptuales y teóricas de los sistemas tradicionales y también puede aumentar la tensión de entrada de CC sin la ayuda de un convertidor elevador CC-CC o un transformador elevador.

Los motores de CC sin escobillas de imanes permanentes (BLDC) se usan en una variedad de aplicaciones debido a su mayor eficiencia, mayor relación de potencia a peso y menores costos de mantenimiento. El motor BLDC de fuerza electromecánica trapezoidal (EMF) requiere información sobre la posición del rotor para ordenar el variador. Esta información de posición suele generarse mediante tres sensores de efecto Hall colocados en el extremo sin motor del motor. Sin embargo, estos sensores sensibles a la temperatura no solo aumentan el costo del motor, sino que también requieren configuraciones mecánicas especiales para el montaje.

Este documento tiene como objetivo explorar cómo mejorar el rendimiento de los sistemas de accionamiento de motor BLDC. Para este fin, se propone un esquema de unidad ZSI, que utiliza una técnica inteligente de modulación de ancho de pulso aleatorio (RPWM) para impulsar un motor BLDC sin sensores. El sistema propuesto utiliza la detección de fuerza electromotriz (BEMF) para estimar la posición, y el variador ZSI puede proporcionar un rango más amplio de voltajes de refuerzo. Para el motor ZSI-BLDC, este artículo propone una técnica de modulación de ancho de pulso (DTRSBPWM) de impulso doble aleatorio simple, que puede lograr aleatoriedad de dos maneras con cuatro portadoras iniciales.

Dos de las portadoras son ondas triangulares normales e invertidas de frecuencia fija, y las portadoras tercera y cuarta son ondas triangulares convertidas en frecuencia obtenidas por el generador de frecuencia caótico y su inversor. El método de distribución de potencia armónica DTRSBPWM supera el método PWM de refuerzo simple (SBPWM). Los estudios de simulación del sistema de accionamiento se realizaron en el software MATLAB y se validaron con el dispositivo SPARTAN-6 Field Programmable Array (FPGA) (XGA6SLX45). Este artículo se centrará en la distorsión armónica total (THD) del voltaje de la línea de salida, la utilización del bus de CC y el factor de expansión armónica (HSF).

Cómo funciona ZSI

El inversor de fuente Z es un convertidor de CC-CA que puede realizar las funciones buck y boost como una sola etapa. ZSI supera las barreras y limitaciones conceptuales y teóricas de los sistemas tradicionales y también puede aumentar la tensión de entrada de CC sin la ayuda de un convertidor elevador CC-CC o un transformador elevador. El principio de funcionamiento de ZSI se puede dividir en cuatro modos. El primer modo es el modo de estado activo tradicional, donde el puente del inversor actúa como una fuente de corriente para el enlace de CC. El segundo modo es el modo de estado pasante, en el que el puente del inversor funciona en uno de los dos vectores cero convencionales, pasando a través de los dispositivos superior e inferior del inversor. El tercer modo es el modo no continuo, donde la corriente del inductor ayuda a reducir los armónicos de la corriente de línea. El cuarto modo es el estado cero tradicional, es decir, el puente inversor opera en uno de los estados cero.

PWM impulso simple

El método de conmutación más común utilizado por ZSI es el PWM de refuerzo simple. Esta es una forma fácil, solo dos líneas rectas para controlar el estado final. Cuando la forma de onda triangular es más alta que la envolvente superior VP o más baja que la envolvente inferior VN, el circuito opera en un estado de paso. En otros casos, funciona como un transportista tradicional PWM. Durante un PWM de aumento simple, la tensión de voltaje generada por todo el dispositivo es alta.

Control sin sensores del motor BLDC alimentado con ZSI

El control sin sensores de ZSI se muestra en la Figura 1. El motor BLDC se controla sin sensores al estimar el momento de cruce por cero de la EMF posterior (desde la tensión del terminal) y el instante de conmutación correcto y alimentarlo al circuito ZSI. El control de velocidad del motor se detecta mediante un controlador integral proporcional (PIC) y se compara con la velocidad de referencia de la acción de control.


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