One Cycle Controlled Bridge-less SEPIC Converter Fed BLDC Motor Drive

چکیده

این مقاله ، درایو موتور DC براش لس (BLDC) با تغذیه کانورتر SEPIC بدون پل (BL) کنترل شده یک سیکلی (OCC) را برای کاربرد تهویه هوا ارائه می کند. سرعت کنترل درایو پیشنهادی توسط مدولاسیون دامنه پالس (PAM) اینورتر منبع ولتاژ (VSI) سه فاز بدست می آید. مدولاسیون دامنه پالس توسط تغییر ولتاژ باس DC به وسیله مدولاسیون نسبت وظیفه سوئیچ های کانورتر BL-SEPIC آسان می شود. یک تکنیک غیرخطی با نام کنترل یک سیکلی (OCC) برای تحقق کنترل نسبت وظیفه کانورتر BL-SEPIC استفاده می شود. شکل گیری خودکار (autoshaping) جریان منبع با طراحی کانورتر BL-SEPIC برای اطمینان از عملکرد حالت جریان سلف گسسته (DICM) بدست می آید. انحراف هارمونیک کل (THD) جریان منبع در حدودی که توسط IEC-61000-3-2 مشخص شده است حفظ می شود. سیستم پیشنهادی در محیط MATLAB/Simulink طراحی و شبیه سازی می شود و عملکردش برای کنترل سرعت در محدوده وسیعی تحلیل می شود.

Abstract

This paper presents a One Cycle Controlled (OCC) Bridge-less (BL) SEPIC converter fed Brush-Less DC (BLDC) motor drive for air conditioning application. The speed control of proposed drive is obtained by Pulse Amplitude Modulation (PAM) of three-phase Voltage Source Inverter (VSI). The Pulse Amplitude Modulation is facilitated by the DC bus voltage variation via duty ratio modulation of BL-SEPIC converter switches. A non-linear technique called One Cycle Control (OCC) is used to accomplish the duty ratio control of BL-SEPIC converter. Autoshaping of supply current is achieved by designing BL-SEPIC converter to ensure Discontinuous Inductor Current Mode (DICM) operation. The Total Harmonic Distortion (THD) of supply current is maintained within the limits as specified by IEC-61000-3-2. The proposed system is designed and simulated in MATLAB/Simulink environment and its performance is analyzed for speed control over a wide range.

مقدمه

افزایش روزافزون استانداردهای زندگی و شهر نشینی منجر به افزایش جهانی تقاضا برای سیستم های تهویه هوا شده است. این باعث شده که بار تهویه هوا یکی از بخش های اصلی تقاضای الکتریسیته جهانی شود. به طور مرسوم، کمپرسورها برای تهویه های هوا از موتورهای القایی تک فاز با کنترل نوع ON/OFF استفاده می کنند. یعنی یا توان نرخی تحویل خواهد داد یا بر اساس خروجی ترموستات خاموش خواهد شد. پیشرفتهای در الکترونیک قدرت و قطعات نیمه های، استفاده از درایوهای سرعت قابل تنظیم را در سیستم های تهویه هوا ممکن ساخته است که از اینورترها به علاوه سیستم های DSP/الکترونیک ادغام شده برای کنترل سرعت استفاده می کنند. علی رغم اینکه این فناوری اینورتر گران تر است، به دلیل مزیتهایش نسبت به کنترل ON/OFF مرسوم برتر است مزیتهایی مانند قابلیت صرفه جویی انرژی بالا، رفتار دوستانه با لایه اوزون، راحتی و نویز پایین. پیشرفتهای اخیر در این حوزه بر ارتقا راندمان موتور، چگالی توان بالاو عملکرد بهتر با هزینه پایین تر متمرکز بوده اند. با توجه به این شرایط، موتورهای BLDC در حال جایگزین شدن به جای موتورهای مرسوم در کاربردهای تهویه هوا به دلیل مزیتهایشان هستند مانند نسبت گشتاور/اینرسی بالا، راندمان انرژی بالا، هزینه نگهداری پایین، ruggedness و غیره. یک موتور BLDC شامل مگنت های دائمی در روتور و سیم پیچی سه فاز در استاتور می باشد. موتور BLDC همچنین به عنوان موتورهای commutated الکترونیکی در نظر گرفته می شوند چون سیم پیچی های استاتور توسط انورتر منبع ولتاژ (VSI) 3 فاز بر اساس اطلاعات مکان روتور تامین می شوند.

درایو BLDC مرسوم شامل منبع AC تک فازی است که اسمبل اینورتر-موتور را توسط یکسوکننده پل دیودی (DBR) تغذیه می کند. در این طرح، به طور کلی کنترل سرعت موتور BLDC توسط مدولاسیون عرض پالس (PWM) سوئیچ های اینورتر بدست می آید. این روش معایبی دارد مانند اتلاف سوئیچینگ بالا در VSI، افزایش نیاز به سنسور، ضریب توان ضعیف و افزایش انحراف در جریان ورودی و غیره. به منظور حل مسائل مرتبط با کیفیت توان در برق AC، یک کانورتر تصحیح ضریب توان (PFC) بین DBR و VSI سه فاز استفاده می شود. روش دیگری برای بدست آوردن کنترل سرعت موتور BLDC، مدولاسیون دامنه پالس VSI است. کنترل سرعت مبتنی بر PAM به VSI اجازه می دهد که در فرکانس پایین کار کند، که بنابراین اتلاف سوئیچینگ را کاهش می دهد و پیش نیاز سنسور جریان را که در طرح PWM کنترل لازم است را حذف می کند. بنابراین، یک کانورتر PFC با نسبت مدولاسیون ولتاژ وسیع، کنترل سرعت مبتنی بر PAM  موتور BLDC را ممکن خواهد ساخت، که بنابراین اتلاف سوئیچینگ را کاهش می دهد و کیفیت توان برق AC را بهبود خواهد داد.