I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 201 7 ,   p p .   593 ~ 6 0 0   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 8 i 2 . pp 5 9 3 - 600           593       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Inv estig a tion o S li m  Ty pe BLDC   M o tor Drive w ith  T o rque  R ipple  M ini m i z a t io n using  Abridge d Spa ce - Vect o r  P WM   Co ntrol M ethod         C.   B ha ra t ira j a 1 ,   Sh y a m   B a b u 2 ,   V.   K rish na k u m a r 3 , P.  Sa nje ev iku m a r 4 Nix o G eo rg e 5   1, 2, 5   De p a rtm e n t   o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   S RM   Un iv e rsity ,   Ch e n n a i,   In d ia.   3   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   M a li a m   En g in e e rin g   Co ll e g e ,   In d ia.   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g , Un iv e rsit y   o f   Jo h a n n e sb u r g ,   S o u t h   A f rica       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 4 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   A p r   1 4 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   A p r   2 9 ,   2 0 1 7       Bru sh les DC  (BL DC)  m o to rs  a r e   b e c o m in g   a n   in c re a sin g l y   p o p u lar  m o to o f   c h o ice   f o it u n i q u e   c h a ra c teristics .   T h e   BL DC  m o to d riv e   is   a ss u m e d   to   h a v e   trap e z o id a b a c k - e lec tro m o ti v e   f o rc e   (EM F ),   re c tan g u lar  p h a se   c u rre n ts  a n d   to g e th e p ro d u c e th e   d e sire d   to rq u e .   Ho w e v e r,   p ra c ti c a b a c k - EM F   w a v e f o r m   m ig h n o b e   e x a c tl y   trap e z o id a b e c a u se   o c u rre n rip p le,  d e sig n   c o n sid e ra ti o n a n d   m a n u f a c tu rin g   li m it a ti o n s.  T h e   a d v e rs e   e ffe c is  th e   to rq u e   rip p le  g e n e ra ted   d u e   t o   th e   c u rre n ri p p le  th a c a u se m e c h a n ica l   v ib ra ti o n ,   a c o u stic  n o ise   a n d   a ff e c ts  th e   a c c u ra c y   o f   sp e e d   a n d   p o siti o n   c o n tro w h ich   is  n o t   d e sira b le  in   m o to o p e ra ti o n .   I n   th is  p a p e a n   a lg o rit h m   is  d e v e lo p e d   to   c o n tr o a n d   m in im iz e   th e   g e n e ra ted   to rq u e   rip p le u sin g   S p a c e   V e c to P u lse   W id th   M o d u lati o n   (S VP W M sc h e m e .   T h e   e ff ici e n c y   im p ro v e m e n o f   slim   t y p e   B LDC  m o to is  c o n f irme d   u sin g   M AT LA e n v iro n m e n a n d   l o w   c o st T P icc o lo   F 2 8 0 3 5   m icro c o n tr o ll e (M C) .   K ey w o r d :   B r u s h le s s   D C   m o to r     Ma tlab   Si m u li n k .   Vo ltag s o u r ce   i n v er ter   ( VSI )     C o p yrig h © 2 0 1 7   I n s titu te  o A d va n ce d   E n g i n ee r in g   a n d   S c ien ce .     A ll ri g h ts   r ese r ve d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C . B h ar atir aj a ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,     SR U n i v er s it y ,   C h en n ai,   I n d ia.       E m ail:  b h ar atir aj a@ g m ail. co m       1 .   I NT RO DUC T I O N   T h B L DC   m o to r s   ar o n o f   th m o to r   ty p e s   r ap id ly   g ai n in g   p o p u lar it y .   A s   t h n a m i m p lies ,   B L DC   m o to r s   d o   n o t   u s b r u s h e s   f o r   co m m u tatio n ,   i n s tead   th e y   ar e   elec tr o n icall y   co m m u tated .   T h e y   h a v e   m an y   ad v an tag e s   o v er   b r u s h ed   DC   m o to r s   in   ter m s   o f   b etter   s p ee d   v er s u s   to r q u c h ar ac ter is tic s ,   h i g h   d y n a m ic  r esp o n s e,   lo n g   o p er atin g   lif a n d   h i g h   s p ee d   r an g e s   [ 1 ] .   I n   ad d itio n ,   th r atio   o f   to r q u d eliv er ed   to   th s ize  o f   th m o to r   is   h ig h er ,   m a k in g   it  s u itab le  in   a p p licatio n s   w h er s p ac an d   w ei g h ar cr itical     fa cto r s   [ 2 ] .   A   d em a n d   f o r   th m o to r ,   esp ec iall y   s l i m - t y p e   B L DC   m o to r ,   is   ex p ec ted   to   in cr ea s s in ce   t h m i n i m izi n g   tr en d   o f   th e   ac tu a to r s   is   g et tin g   atten tio n .   T h p h ase   in d u cta n ce   o f   t h s li m - t y p B L DC   m o to r   i s   lar g a n d   it  ca u s es  a   la g g i n g   o f   cu r r e n co m p a r ed   w i th   b ac k   E MF   i n   w id r a n g o f   s p ee d   [ 3 ] .   T h is   ca u s e s   r ed u ce d   m o to r   ef f icie n c y   a n d   i n cr ea s ed   p h ase  c u r r en t.    As  a   r esu lt,  s ig n i f ica n to r q u e   p u ls a tio n s   m a y   ar is e   d u to   th b ac k   E MF   d ev iat io n   f r o m   th e   id ea l   r ec tan g u lar   w a v ef o r m ,   p h ase   cu r r en r ip p le  d u to   co m m u tatio n   e v e n ts ,   P W an d   co g g i n g .   T h u s ,   to r q u e   r ip p le  is   g en er ated   d u to   t h e   n o n - l in ea r   in cr ea s e   i n   t h p h ase  c u r r en r ip p le  [ 4 ] .   I i s   d e s ir ab le  to   m i n i m ize  to r q u r ip p le,   s in ce   it  m a y   ca u s u n ac ce p tab le  s p ee d   r ip p le ,   m ec h a n ical  v ib r atio n   a n d   ac o u s tic  n o is e.   He n ce   v ar io u s   r esear ch er s   h a v i n v esti g a ted   th i s   co m m u tat io n   t o r q u r ip p le  an d   p r o p o s ed   s ev er al  m eth o d s .   An   alter n ati v ex p la n atio n   f o r   th ca u s o f   co m m u tat io n   to r q u r ip p le  w as p r esen ted   in   [ 5 ] .   Fu r t h er m o r e,   t h b eh a v io u r   o f   P MB L D C   d r iv e   to   t h v ec t o r   an al y s is   in   th e   s tat io n ar y   p lan i n   w h ic h   t h cu r r en v ec to r   f o llo w s   t h p et al - s h ap tr aj ec to r y   is   e x te n s iv el y   e x a m in ed   [ 6 ] .   A   d esi g n   i s   i m p le m e n ted   f o r   cu r r en t c o n tr o l r u le  i n   w h ic h   t h d u t y   c y c le  o f   P W is   r eg u lated   in   r ea l ti m e   b y   m ea s u r i n g   t h w av e   f u n ctio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n e   201 7   :   593     6 0 0   594   o f   b ac k   E MF  a n d   p r o v id es  to r q u au to m atio n   co n tr o [ 7 ] .   T h d ev elo p m e n o f   n e w   lo co s I C   f o r   co n tr o o f   B L D C   m o to r s   a n d   s i m p l n o v el  d i g ital  P W co n tr o h as  b ee n   i m p le m e n ted   f o r   a   tr ap ez o id al  B L DC   m o to r   d r iv s y s te m   [ 8 ] .   A n o t h er   r ese ar ch er   p r o p o s ed   an   ap p r o ac h   w h ic h   s ep ar ates  t h Z C P   d etec tio n s   f r o m   s p ee d   ad j u s t m e n t,  a n d   m ak e s   t h s h o o t - th r o u g h   v ec to r   n o in f l u en ce   th e   m o to r   s p ee d   - ad j u s t m e n t   d ir ec tl y   b u t   th r o u g h   ze r o   an d   ac tiv v ec to r s   [ 9 ] .   T h tr ad itio n al  all - tu r n - o f f   c u r r en li m it  lo g ic  i s   r ep lace d   b y   h al f   t u r n -   o f f   lo g ic.   An   i m p r o v ed   cu r r en s a m p lin g   s c h e m is   p r ese n ted   w h ic h   in d u ce s   f ail u r o f   cu r r e n li m iti n g   af ter   t h e   eli m i n atio n   o f   r ev er s al  c u r r en t   [ 1 0 ] .   B y   co m p ar ati v s t u d y   with   P MSM ,   B L DC   m o to r   h as  ad v an ta g es  o f   h i g h   s p ee d   ad j u s tin g   p er f o r m an ce   an d   p o w er   d en s i t y   [ 1 1 ] .   So ,   th B L D C   m o to r   is   t h id ea c h o ice  f o r   t h C MG s   g i m b al   s y s te m .   T h er ef o r e,   its   ap p licatio n   in   th h i g h   p r ec is i o n   s er v o   s y s te m   i s   r estricte d   d u to   t h g en er ated   elec tr o m ag n etic  to r q u r ip p le  [ 1 2 ] .   Fo r   th co m m u tatio n   to r q u r ip p le,   C also n   h av s tated   th at  r elate d   to r q u e   is   r elate d   to   cu r r en a n d   v ar ie s   w i th   s p ee d   [ 1 3 ] .   L ater   C h u a n g ,   h a v a n al y ze d   t h i n f lu e n c o f   d if f er en p u ls e   w id t h   m o d u latio n   ( P W M)   p at ter n s   o n   t h co m m u tatio n   to r q u r ip p le  ac co r d in g   to   th B L DC   m o to r s   w ith   id ea tr ap ez o id al  b ac k   E MF  [ 1 4 ] .   T h co n tr o s c h e m f o r   th e f f icie n c y   i m p r o v e m e n o f   s li m   t y p B L DC   m o to r   is   r ea lized   i n   [ 1 5 ] .   Dir ec to r q u co n tr o f o r   r ed u cin g   co m m u tatio n   to r q u r ip p le  i n   p er m a n e n m ag n e t   B L DC   m o to r   an d   its   co m p le x i t y   is   s tu d ied   f r o m   [ 1 6 ] .     T h is   p ap er   p r o p o s es  SVP W b ased   ap p r o ac h   f o r   co n tr o llin g   t h s w i tch i n g   p u l s es  to   t h VSI   an d   th er eb y   co n tr o lli n g   t h s p ee d   o f   th m o to r   w it h   th m i n i m i ze d   to r q u r ip p le.   Fu r th er ,   th e   m o d elin g   o f   s p ac e   v ec to r   s ec to r   eq u atio n   i n   s ec t io n   I lead s   to   m in i m iza tio n   o f   to r q u r ip p le  r esp ec tiv e l y .   T h ef f ic ien c y   i m p r o v e m en t   o f   s li m   t y p B L DC   m o to r   is   co n f ir m ed   u s i n g   MA T L A B   e n v ir o n m en t   an d   l o w   co s t   T I   P icco l o   F2 8 0 3 5   m icr o co n tr o ller   ( MC).       2 .      M AT H E M AT I CAL  M O DE L I N G   o f   B L DC  M O T O R     T h ch ar ac ter is tic  a n al y s is   d ep en d in g   o n   t h d r iv t y p [ 1 7 ]   an d   to r q u r ip p le  d u to   co m m u tatio n   in   B L DC   m o to r   [ 1 8 ]   h av b ee n   s tu d ied .   T h v o ltag eq u atio n   o f   th B L D C   m o to r   is   g i v e n   as,                 ( 1 )               ( 2 )               ( 3 )     Her ar th b ac k   e m f   o f   B L D C   m o to r .   T h m a th e m atica m o d el  o f   B L DC   m o to r   ca n   b ex p r ess ed   in   m a tr ix   f o r m   as,               ( 4 )     W h er an d   ar s elf - i n d u ct an ce   a n d ,   an d     ar m u t u a l   in d u cta n ce .   Fo r   s i m p li f icatio n   all  s el f - in d u cta n ce   ar ass u m ed   as  an d   all  m u tu a in d u cta n c ar ass u m ed   as .   Sin ce   it is   b ala n ce d   th r ee   p h ase  s y s te m   al l r esis ta n ce   ar eq u al  an d   th er e f o r e,                     ( 5 )     R ep lacin g   th v al u o f   s el f - i n d u cta n ce ,   m u t u al  i n d u cta n ce   an d   th r ee   p h ase  r esi s tan ce ,   E q u atio n   4   ca n   b w r itte n   as,     a ic ac b ab a a a a a e dt d M dt di M dt di L R i V b ic bc a ba b b b b b e dt d M dt di M dt di L R i V c b cb a ca c c c c c e dt di M dt di M dt di L R i V c b a e e e , , c b a c b a c b a c b a c b a c cb ca bc b ba ac ab a e e e i i i R R R V V V i i i dt d L M M M L M M M L 0 0 0 0 0 0 a L b L c L ab M ba M bc M cb M ac M ca M L M R R R R c b a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       I n ve s tig a tio n   o S lim Typ B LDC   Mo to r   Dr ive  w ith   To r q u R ip p le   ( C .   B h a r a tir a ja )   595             ( 6 )     T h elec tr o m a g n et ic  to r q u o f   th B L D C   m o to r   is   e x p r ess ed   as,                                                                                                                                     ( 7 )       I n   ter m s   o f   an g u lar   v elo cit y ,   t h elec tr o m a g n et ic  to r q u o f   B L DC   m o to r   is   ex p r ess ed   as,                                                                                                                    ( 8 )       T h tr an s f er   f u n ctio n   o f   B L D C   m o to r   is ,                                                                                                                        ( 9 )       W h er an d     ar th m ec h an ica l ti m co n s ta n t a n d   elec tr ical  t i m co n s tan t r esp ec tiv el y .       3 .       SPAC E   VE CT O R   P U L SE   W I DT H   M O DULAT I O N   T h SVP W M   tech n iq u h as   b ec o m p o p u lar   P W te ch n iq u f o r   th r ee - p h ase  v o lt ag e - s o u r ce   in v er ter s   ( VSI )   in   ap p licatio n s   s u c h   as  co n tr o o f   A C   i n d u c tio n   an d   p er m a n en t - m a g n et  s y n c h r o n o u s   m o to r s .   T h d r aw b ac k s   o f   th s i n u s o i d al  P W M   an d   h y s ter es is - b an d   cu r r en c o n tr o ar r ed u ce d   u s in g   th is   tec h n iq u e.   I n s tead   o f   u s i n g   s ep ar ate  m o d u lato r   f o r   ea ch   o f   th t h r ee   p h ases   i n   th co n v e n tio n al  tech n iq u e s ,   th e   co m p le x   r e f er en ce   v o lta g v e cto r s   p r o ce s s ed   as  w h o le.   T h er ef o r e,   th e   in ter ac tio n   b et wee n   t h t h r ee   m o to r   p h ase s   is   co n s id er ed . I h as  b ee n   s h o w n ,   th a SVP W g en er ates  les s   h ar m o n ic  d is to r ti o n   in   b o th   o u tp u t   v o ltag a n d   cu r r en ap p lied   to   th p h ases   o f   a n   A C   m o to r   an d   p r o v id es  m o r ef f icie n u s o f   t h s u p p l y   v o ltag in   co m p ar is o n   w it h   s i n u s o id al  m o d u latio n   tec h n i q u es  [ 1 9 ] .   SVP W p r o v id es  co n s ta n s w i tch in g   f r eq u en c y   a n d   th er ef o r t h s w itc h i n g   f r eq u e n c y   ca n   b ad ju s ted   ea s il y .     A lt h o u g h   SVP W is   m o r co m p lica ted   th an   s i n u s o id al  P W an d   h y s ter is is   b an d   cu r r en co n tr o l,  it  m a y   b i m p le m en ted   ea s il y   w it h   m o d er n   DSP   b ased   co n tr o s y s te m s   [ 2 0 ] .   T h is   tech n iq u is   co m m o n l y   u s ed   f o r   th e   co n tr o l o f   AC   i n d u ctio n ,   B L D C   an d   S w itc h ed   R el u cta n ce   m o to r s .     A   t h r ee - p h a s in v er ter   v ia  s er ies  o f   s w itch e s   is   co n n ec ted   to   th r ee - p h ase  B L DC   m o to r   th r o u g h   th r ee   o u tp u le g s .   T h s w i t ch e s   m u s b co n tr o lled   s o   th at  at   n o   ti m e,   b o th   s w itch e s   i n   th s a m le g   is   t u r n e d   o n   o r   else  t h D C   s u p p l y   w o u l d   b s h o r ted .   T h is   r eq u ir e m en m a y   b m et  b y   t h co m p le m en tar y   o p er atio n   o f   th s w itc h es  w it h i n   leg .   i.e . ,   if   A is   o n   th e n   A −  is   o f f   an d   v ic v er s a.   T h is   lead s   to   eig h p o s s ib le  s w i tch i n g   v ec to r s   f o r   th in v er ter ,   V0   th r o u g h   V7   w it h   s i x   ac tiv s w i t ch in g   v ec to r s   an d   t w o   ze r o   v ec to r s . T h s elec tio n   o f   v ec to r s   d ep en d s   u p o n   th r ef er en ce   v ec to r ,   ter m i n al  v o lt ag an d   ti m d u r atio n .   Fi g u r 1   s h o w s   t h b asic   la y o u t o f   s p ac v ec to r   r ep r esen tatio n .                             F ig u r e   1 .   Sp ac v ec to r   r ep r ese n tatio n   c b a c b a c b a c b a e e e i i i R R R V V V i i i dt d L M M M L M M M L 0 0 0 0 0 0 l e T B dt d J T c c b b a a e i e i e i e T 1 1 1 ) ( 2 s T s T T k s G m e m e m T e T Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n e   201 7   :   593     6 0 0   596   T h r ef er en ce   v ec to r   is   r ep r es en ted   i n   α β - p lan e.   T h i s   is   t w o - d i m e n s io n al  p la n tr a n s f o r m ed   f r o m   th r ee - d i m e n s io n al   p lan e   co n tai n in g   th e   v ec to r s   o f   t h t h r ee   p h a s es.  T h s w itc h es   b ein g   ON   o r   OF i s   d eter m in ed   b y   t h lo ca tio n   o f   th r ef er e n ce   v ec to r   o n   t h is   α β - p la n e. T h er ex is t s   s i x   s w i tc h es  n a m el y   1 ,   2 ,   3 ,   4 ,   5 ,   an d   6   am o n g   w h ich   t h s w itc h e s   1 ,   3 ,   5   ar th u p p er   s w itc h e s   an d   i f   t h ese   ar 1   ( s ep ar atel y   o r   to g et h er )   it  tu r n s   t h u p p er   in v er ter   le g   ON  an d   t h ter m in a v o lta g e   ( Va,   Vb ,   Vc)   is   p o s itiv ( + V DC ) .   I f   t h u p p er   s w itc h es  ar ze r o ,   th e n   th t er m in a v o lta g is   ze r o ) . T h lo w er   s w i tch e s   ar co m p le m en tar y   to   t h u p p er   s w itc h es,  s o   th o n l y   p o s s ib le  co m b i n atio n s   ar th s w itch i n g   s ta tes:   0 0 0 ,   0 0 1 ,   0 1 0 ,   0 1 1 ,   1 0 0 ,   1 1 0 ,   1 1 0   an d   1 1 1 .   T h is   m ea n s   th at  t h er e   ar 8   p o s s ib le  s w itc h i n g   s tates,  f o r   w h ic h   t w o   o f   th e m   ar ze r o   s w itc h i n g   s tate s   an d   s i x   o f   t h e m   ar ac ti v s witch i n g   s tate s .   T h ese  ar r ep r e s en ted   b y   ac ti v ( V1 - V6 )   an d   ze r o   ( V0 )   v ec to r s .   T h ze r o   v ec to r s   ar p lace d   i n   t h a x i s   o r ig in . V ref   ca n   b f o u n d   w it h   t w o   ac ti v e   an d   o n ze r o   v ec to r .   Fo r   s ec to r   1 ,   Vr ef   ca n   b lo ca ted   w it h   V0 ,   V1   a n d   V2 .   Si m i lar ly ,   f o r   ea ch   s ec to r   th er ar 7   s w itc h in g   s tates  f o r   ea ch   c y cle.   I al w a y s   s tar ts   a n d   en d s   w it h   ze r o   v ec to r .   T h is   also   m ea n s   t h at  th er is   n o   ex tr s w itc h i n g   s tate   n ee d ed   w h e n   ch a n g in g   th s e cto r .   T h u n ev e n   n u m b er s   tr a v el  co u n ter   clo ck w i s in   ea ch   s ec to r   an d   th ev en   s ec to r s   tr av el  clo ck w i s e.   T h d u t y   c y cle  f o r   s ec to r   1 ,   g o es  th r o u g h   t h s w i tch i n g   s tate s ( 0 0 0 - 100 - 1 1 0 - 111 - 110 - 100 - 0 0 0 ) ,   o n r o u n d   an d   th en   b ac k   ag a in .   Fo llo w i n g   t h p atter n   f o r   ea ch   s ec to r ,   r esu lts   i n   an   ON/ OF F   w a v e f o r m   f o r   ea c h   s ec to r   an d   p h ase.   E ac h   s w itc h   h as   it s   s w itc h i n g   i n f o r m atio n   d ep en d in g   o n   w h er th e   r ef er en ce   v ec to r   is   lo ca ted .   F o r   th s w i tch e s   to   k n o w   t h at  i s h o u ld   b s w itc h ed   ON  at   t h ese  s p ec if ic  ti m es,   r eq u ir es  ti m er   th at  ca n   g i v th is   i n f o r m atio n .   Dev ices  li k e   r am p   o r   r e p ea ted   s eq u en ce   ca n   b u s ed   as  r ef er en ce .   T h u s   th b ase  o f   th SVP W lies   o n   th r ef er en ce   v ec to r ,   ti m in ter v al  an d   th s w itc h i n g   s eq u en ce . No te  th at,   th v ec t o r s   V0   an d   V7   ar t h ze r o   v ec to r s   a n d   V1   to   V6   ar th ac ti v v ec to r s   r esp ec tiv el y .       4 .       P RO P O SE SVPWM   T O P O L O G f o T O RQ UE   R I P P L E   M I NIM I Z AT I O N   T h SVP W s ch e m f o r   s l i m   t y p B L D C   m o to r   is   d if f er en f r o m   th at   o f   p er m a n e n m ag n e t   s y n ch r o n o u s   m o to r   f o r   it s   tu r n - o f f   p h ase  a n d   tr ap ez o id al  b ac k   elec tr o m o ti v f o r ce .   T h is   s ch e m is   i m p le m en ted   f o r   its   s u p er io r it y   o v er   o th er   P W M   tech n iq u es.  SVP W h as  in cr ea s ed   o u tp u w it h o u m u c h   d is to r tio n .   T h o u tp u is   ab o u 9 0 . 7 w h ic h   is   1 5 g r ea ter   th an   s in u s o id al  P W 7 8 . 5 5 % .   T h is   m et h o d   co m p ar es a   s in g le  m o d u lati n g   w a v w it h   ca r r ier   in s tead   o f   u s i n g   th r ee   w a v es.    W h en   th e   n e u tr al   o f   th e   lo ad   is   co n n ec ted   to   a   DC   s u p p l y   v o lta g e,   it   co n s id er s   i n ter ac ti o n   a m o n g   p h ases   w h er ea s   o t h er   P W s ch e m d o es  n o t.  S w itc h i n g   lo s s es  co m p u tat io n   is   ea s ier   i n   SVP W co m p ar ed   to   s in P W w h ic h   d ep en d s   o n   MI .   Fig u r 2   s h o w s   p r o p o s ed   clo s ed   lo o p   co n tr o s y s te m   f o r   to r q u r ip p le   m i n i m is at io n   u s i n g   S VP W s ch e m e.         Fig u r e   2 .   Sch e m atic  L a y o u o f   T h Pro p o s ed   T o p o lo g y       T h s ch e m atic  la y o u i s   r ea liz ed   in   M A T L A B   e n v ir o n m en t.  MO SF E T s   ar u s ed   f o r   its   u n iq u s u p er io r ities   o v er   o th er   s w i tch in g   d e v ices.   T h elec tr ical  p ar a m eter   e s t i m atio n   is   d o n b y   m o d eli n g   o f   t h e   m e n tio n ed   eq u atio n s .   T h s ec to r   is   g iv en   b y ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       I n ve s tig a tio n   o S lim Typ B LDC   Mo to r   Dr ive  w ith   To r q u R ip p le   ( C .   B h a r a tir a ja )   597         [           ]   [ (                       )     ]   [ (                       )     ]                                         ( 1 0 )     No te  th at  p o s iti v v al u es o f       an d         ar o n ly   ta k en ,                                              ( 1 1 )           [                       ]                          ( 1 2 )             [                       ]                          ( 1 3 )       T h s ix   ac tiv s ec to r s   ar g i v e n   b y   t h eq u atio n s ,                             [       ]                 [       ]                         ( 1 4 )                               [       ]                   [       ]                                                                                                                                                                                               ( 1 5 )                                   [       ]                 [       ]                            ( 1 6 )                               [       ]                 [       ]                          ( 1 7 )                                             [       ]                   [       ]                      ( 1 8 )                                             [       ]                     [       ]                 ( 1 9 )     T h ON  co n d itio n   f o r   th t h r ee   p h ases   is   m o d eled   as,                [               ]                                 ( 2 0 )                                                              ( 2 1 )                                                                ( 2 2 )       T h ab o v m en t io n ed   eq u ati o n s   h av b ee n   m o d eled   i n   t h SVP W b lo ck   u s i n g   Si m u lin k   e n v ir o n m en t   r esp ec tiv el y .         5 .        SI M UL AT I O R E SU L T S   T est s i m u latio n s   p r o v t h e f f i cien c y   o f   t h p r o p o s ed   SVPW d r iv s y s te m   o f   t h s e n s o r l ess   B L D C   m o to r .   T h B L DC   m o to r   is   ca p ab le  o f   o p er atin g   in b et w ee n   1 2 to   3 1 0 V.   T h P MSM   w it h   tr ap ez o id al  b ac k   E MF  is   co n s id er ed   to   b B L D C   m o to r   f o r   b o th   s en s o r ed   an d   s en s o r les s   co n tr o w i th   n on -   in   M A T L A B   Si m u li n k   R 2 0 0 9 en v ir o n m e n t.  T h in p u p ar a m eter s   ar est i m ated   f o r   th d esi g n in g   o f   th ab o v m e n tio n ed   to p o lo g y   i n   T ab le  1 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n e   201 7   :   593     6 0 0   598   T ab le  1 .   P ar am eter   E s ti m atio n   P a r a me t e r ( s)   V a l u e ( s)   S u p p l y   V o l t a g e   ( D C )   2 0 0   V   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   2 0   K H z   S t a t o r   p h a se   r e si st a n c e   2 . 8 7 5 0     S t a t o r   p h a se   i n d u c t a n c e   8 . 5   mH   S e t   S p e e d   ( N )   1 2 0 0   r p m   S e t   T o r q u e   ( T )   3   N m       I is   to   b n o ted   t h at  B L DC   m o to r   is   clo s ed   lo o p   m o to r   an d   co n tr o o f   s p ee d   is   m a n d ato r y   f o r   th r ed u ct io n   o f   to r q u r ip p le.   A s   p er   th i n p u t   s e s p ee d   o f   1 2 0 0   r p m ,   th p r o p er   r esp o n s o f   th m o to r   in   th o u tp u t   w a v e f o r m   is   s h o w n   in   Fig u r e   3.             Fig u r e   3 .   Sp ee d   w a v e f o r m   o f   t h p r o p o s ed   B L DC   d r iv e     Fig u r e   4 .   P r o p o s ed   Sen s o r less   T o r q u e       T h tr ap ez o id al  b ac k   E MF  w a v e f o r m   o f   th clo s ed   lo o p   th r ee   p h ase  B L DC   m o to r   is   s h o w n   i n   Fig u r e   5 .   T h n o n - li n ea r   s ta to r   cu r r en o f   th e   B L D C   m o to r   in   t h p r o p o s ed   to p o l o g y   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 5 .   I n   o r d er   to   v er if y   th e f f icie n c y   a n d   to r q u r ip p le  s u p p r ess io n   o f   th p r o p o s ed   to p o lo g y ,   it  is   ess e n tial  to   co m p ar e   t h o b tai n ed   to r q u w a v e f o r m   w it h   co n v e n tio n al  m et h o d .   T h a m o u n t   o f   to r q u r ip p le     ( in   p er ce n tag e)   p r esen t in   B L D C   m o to r   is ,     T o r q u r ip p le  ( %)   =                                                                                                                                                            ( 2 3 )       B ased   o n   E q u atio n   2 3 ,   th to r q u r ip p le  ( %)  in   co n v e n tio n a s en s o r ed   B L DC   m o to r   is ,   4 . 4   N m - 2 . 3   N m /2   i.e .   u p p er   p ea k   v al u e - lo w er   p ea k   v alu e /2   f o r   s et  to r q u o f   3   N m   as  i n   is   1 . 1   N m .   ( ap p r o x ) . T h to r q u w a v e f o r m   o f   p r o p o s ed   s en s o r less   B L D C   m o to r   is   s h o w n   in   Fi g u r 4 .   As  p er   E q u atio n   2 3 ,   th to r q u   r ip p le  ( %)  in   th p r o p o s ed   clo s ed   lo o p   s en s o r less   B L DC   m o to r   is   3 . 7   Nm - 2 . 5   N m /2   f o r   t h s a m s et  to r q u e     o f   3   Nm   is   0 . 6   N m .   No te  th at,   th o s cillatio n s   in   th to r q u w a v ef o r m   o f   th p r o p o s e d   to p o lo g y   is   q u it e   n o r m al  f o r   all  s o r o f   s en s o r less   d r iv es,  s in ce   n o   s en s o r s   ar p r esen in   t h B L D C   m o to r   f o r   b etter   r o to r   p o s itio n   ac cu r ac y .           Fig u r e   5 .   Stato r   C u r r en t a n d   B ac k   E MF  W av e f o r m       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       I n ve s tig a tio n   o S lim Typ B LDC   Mo to r   Dr ive  w ith   To r q u R ip p le   ( C .   B h a r a tir a ja )   599   6 .       H ARDWA RE   RE S UL T S   T h ex p er im e n tal  s etu p   u s ed   f o r   th v alid atio n   o f   th p r o p o s ed   m o d elin g   o f   B L D C   m o to r   f o r   s en s o r less   o p er atio n   is   g i v en   i n   F ig u r 6 .   I co n s is ts   o f   T I   Picco lo   F2 8 0 3 5   m icr o co n tr o lle r   ( MC),   3   p h a s es   MO SF E T ,   v o ltag d iv id er   cir cu it,  cu r r en a m p l if ier ,   s p ee d   an d   cu r r en co n tr o ller   an d   th r ee   d u al  g ate  d r iv er s .   Fig u r 7   s h o w   t h m ea s u r ed   ex p an d ed   cu r r en o f   p h ase - A,   B   an d   C .   Fig u r 8   s h o w s   t h B ac k   E MF  o f     an d   B   P h ases .                                             Fig u r e   6 .     P r o p o s ed   VSI   B L DC   m o to r   d r iv L a y o u w i th T I     P icco lo   F2 8 0 3 5   MC             Fig u r e   7 .   P h ase  C u r r en t W av e f o r m   - ia,   ib ,   an d   ic     Fig u r e   8 .   Sh o w s   T h B ac k   E MF  o f   ea   an d   ea .       7 .       CO NCLUS I O N   T h is   p ap er   h as  p r o p o s ed   co s ef f ec t iv to r q u r ip p le  s u p p r ess io n   ap p r o ac h   u s i n g   SVP W s ch e m f o r   s li m   t y p B L D C   m o to r .   T h m o to r   ca n   b o p er ate d   in   w id r an g o f   s p ee d .   T h m ai n   ad v an ta g o f   t h is   p r o p o s ed   ( s en s o r less   B L D C )   to p o lo g y   is   t h at  to r q u r ip p le  is   ef f ec ti v el y   m i n i m ized   ab o u h alf   ( 5 0 in   ap p r o x ) ,   ev en   th a n   s en s o r ed   B L DC   m o to r   w h ich   h as   b etter   ef f icie n c y   an d   ac cu r ac y   co m p a r ed   w it h   s en s o r less   B L D C   m o to r .   T h r esu lt   o b tain ed   f r o   th e   M A T L A B   S i m u li n k   e n v ir o n m en a n d   MC   b ased   h ar d w ar r esu lts   p r o v es  th ef f ec ti v en e s s   o f   th e   p r o p o s ed   to p o lo g y .   T h u s ,   t h m i n i m izati o n   o f   to r q u r ip p le   in   s li m   t y p e   s e n s o r les s   B L D C   m o to r   lead s   to   s m o o th   o p er atio n ,   b etter   p er f o r m a n ce ,   r ed u ce d   o p er atin g   te m p er atu r an d   i m p r o v ed   lif e   s p an   r esp ec tiv el y .         RE F E R E NC E S   [ 1 ]   Miller ,   T . J . E . ,   B r u s h les s   P an d   r elu cta n ce   m o to r   d r iv es,  ( C lar en d o n   p r ess ,   Ne w   Yo r k ,   1 9 8 9 )   [ 2 ]   I lh w an ,   K. ,   No b u ak i,  N. ,   Su n g s o o ,   K. ,   C h an w o n ,   P . ,   C h an s u ,   Yu . ,   C o m p en s a tio n   o f   to r q u e   r ip p le  in   h ig h   p er f o r m a n ce   B L DC   m o to r   d r i v es,  C o n tr o l E n g .   P r a ct . ,   1 8 ,   p p .   1 1 6 6 1 1 7 2 ,   2 0 1 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n e   201 7   :   593     6 0 0   600   [ 3 ]   Ki m ,   T . H. ,   E h s a n i,  M. ,   Se n s o r less   co n tr o o f   th B L D C   m o to r   f r o m   n ea r - ze r o   to   h i g h   s p ee d s ,   IEEE  P o w er E lectro n 1 9 ,   ( 6 ) , p p .   1 6 3 5 1 6 4 5 ,   2 0 0 4 .   [ 4 ]   Vis w a n ath a n ,   V. ,   J ee v an an t h a n ,   S.,   A   n o v el  s p ac e - v ec to r   cu r r en co n tr o m et h o d   f o r   co m m u tatio n   to r q u e   r ip p le  r ed u ctio n   o f   b r u s h le s s   DC   m o to r   d r iv e,   A r a b   S ci.   J.   E n g . ,   3 8 ,   ( 1 0 ) ,   p p .   1 7 7 3 2 7 8 4 ,   2 0 1 3 .   [ 5 ]   C . S.  B er en d s e n ,   G.   C h a m p e n o is   a n d   A .   B o lo p io n ,   C o m m u tatio n   s tr ate g ies   f o r   b r u s h less   D C   m o to r ;   in f lu e n ce   o n   i n s ta n t to r q u e,   I E E E   Tr a n s .   o n   P o w er E lectro n ics,   Vo l.  8 ,   No . 2 ,   A p r il 1 9 9 3 ,   p p . 2 3   1 - 236 .   [ 6 ]   Giu s ep p B u j a,   Ma n u ele  B er to lu zz o   an d   R ites h   Ku m ar   Kesh r i,  T o r q u R ip p le - Fre e   Op er atio n   o f   P MB L DC   Dr i v es   w it h   P etal - W av C u r r en t   S u p p l y ,   I E E E   Tr a n s a ctio n s   o n   I n d u s tr ia E l ec tr o n ics ,   Vo l.   6 2 ,   No . 7 ,   J u l y   2 0 1 5 .   [ 7 ]   J ian ch e n g   Fa n g ,   Haitao   L an d   B an g c h en g   Han ,   T o r q u R ip p le  R ed u ctio n   in   B L D C   Mo to r   w it h   No n id ea l B ac k   E m f I E E E   Tr a n s a ctio n s   o n   I n d u s tr ia l E lectro n ics,   v o l .   6 2 ,   No . 7 ,   J u ly   2 0 1 5 .   [ 8 ]   An a n d   Sat h y a n ,   Ni k o la  Mili v o j ev ic,   Yo u n g - J o o   L ee   a n d   Ma h es h   Kr i s h n a m u r t h y . ,   An   FP G A - B ased   No v el  Dig ital  P W C o n tr o Sch e m f o r   B L D C   Mo to r   Dr iv es,  I E E E   T r a n s a ctio n s   o n   I n d u s tr ia l   E lectro n ics ,   Vo l.  5 6 ,   No . 8 ,   A u g u s t 2 0 0 9 .   [ 9 ]   C h a n g lia n g   Xia  a n d   Xi n m i n   L i.,   Z - So u r ce   I n v er ter - B ased   A p p r o ac h   to   t h Z er o - C r o s s i n g   p o in t   Dete ctio n   o f   B ac k   E M f o r   S en s o r les s   B r u s h les s   D C   Mo to r ,   I E E E   Tr a n s a ctio n s   o n   P o w er  E lectro n ics v o l.  3 0 ,   No . 3 ,   Ma r ch   2 0 1 5 .   [ 1 0 ]   C .   B h ar atir aj a,     S.  J ee v an an th an ,   J . L .   Mu n d a,   an d   R .   L ath a,   I m p r o v ed   SVP W v ec to r   s elec tio n   ap p r o ac h es  in   OVM   r eg io n   to   r ed u ce   co m m o n - m o d v o ltag f o r   th r ee - le v el  n e u tr al  p o in cla m p ed   in v er ter , ”    I n tern a tio n a J o u r n a o E lectri ca P o w er  &   E n erg S ystems . ,   v o l.  7 9 ,   n o .   1 ,   p p .   2 8 5 2 9 7 ,   J u l y   2 0 1 6 .   [ 1 1 ]   T. - H.   Ki m   a n d   M.   E h s a n i.,   Se n s o r les s   co n tr o o f   t h B L DC   m o to r s   f r o m   n ea r - ze r o   to   h i g h   s p ee d s ,   IEEE  Tr a n s .   P o w er E lectro n .,  Vo l.  1 9 ,   N o .   6 ,   p p .   1 6 3 5 1 6 4 5 ,   N o v .   2 0 0 4 .   [ 1 2 ]   D.   C h en   a n d   J .   C .   Fan g . ,   C o m m u ta tio n   to r q u r ip p le  r ed u ctio n   i n   P b r u s h les s   D C m o to r   w i th   n o n id ea l   tr ap ez o id al  b ac k   E MF”,   in   P r o c.   C SEE ,   Oct.   2 0 0 8 ,   Vo l.  2 8 ,   N o .   3 0 ,   p p .   7 9 83 .   [ 1 3 ]   R .   C al s o n ,   L . - M.   Milc h el,   an d   J .   C .   Fag u n d es.,   An al y s i s   o f   to r q u r ip p le  d u to   p h ase   c o m m u tatio n   i n   b r u s h le s s   d m ac h i n es,    I E E E   Tr a n s .   I n d .   A p p l . ,   v o l.  2 8 ,   n o .   3 ,   p p .   6 3 2 6 3 8 ,   Ma y /J u n .   1 9 9 2 .   [ 1 4 ]   H.   S.  C h u an g   a n d   Y. - L .   Ke,   An al y s i s   o f   co m m u tatio n   to r q u r ip p le  u s i n g   d if f er en P W m o d es  i n   B L DC   m o to r s ,   in   C o n f .   R ec .   I E E E   I n d .   C o m m er cial  P o w er   S y s t.  T ec h .   C o n f . ,   2 0 0 9 ,   p p .   1 6   [ 1 5 ]   J u n - H y u k   C h o i,  J o o n   Su n g   P ar k ,   J in - Ho n g   Ki m ,   a n d   I n - S o u n g   J u n g . ,   C o n tr o Sc h e m f o r   E f f icien c y   I m p r o v e m e n o f   s li m   t y p B L D C   Mo to r ,   I n ter n atio n al  S y m p o s i u m   o n   P o w er   E lectr o n ics,  E lectr ica l   Dr iv es,  Au to m a tio n   an d   Mo ti o n ,   2 0 1 4 .   [ 1 6 ]   L i u ,   Y. ,   Z h u ,   Z . Q. ,   Ho w e,   D. ,   C o m m u ta tio n - to r q u e - r ip p le  m i n i m izatio n   i n   d ir ec t - to r q u e - co n tr o P M   b r u s h le s s   D C   d r iv es,    I E E E   Tr a n s .   I n d .   A p p l . ,   4 3 ,   ( 4 ) ,   p p .   1 0 1 2 1 0 1 7 ,   2 0 0 7 .   [ 1 7 ]   L ee ,   J . G. ,   P ar k ,   C . S.,   L ee ,   J . J . ,   L ee ,   G. H. ,   C h o ,   H. O. ,   Ho n g ,   J . P . ,   C h ar ac ter is tic  a n al y s is   o f   b r u s h le s s   m o to r   co n s id er in g   d r iv t y p e,   T r an s . Ko r ea n   I n s t.  E lectr .   E n g . ,   5 ,   p p .   5 8 9 5 9 1 ,   2 0 0 2 .   [ 1 8 ]   C ar ls o n ,   R . ,   L aj o ie - Ma ze n c,   M. ,   Fag u n d es,  J . C . S.,   An al y s i s   o f   to r q u r ip p le  d u to   p h a s co m m u tat io n   in   b r u s h les s   DC   m ac h i n es ,   I E E E   Tr a n s .   I n d .   A p p l . ,   2 8 ,   ( 3 ) ,   p p .   6 3 2 6 3 8 ,   1 9 9 2 .   [ 1 9 ]   C . B h ar atir aj a,   S.R ag h u , P . R ao ,   K. R . S.P alin ia m y , “Co m p ar at iv An al y s is   o f   Di f f er e n P W T ec h n iq u es   to   R ed u ce   th C o m m o n   Mo d Vo ltag in   T h r ee - lev e Neu tr al - P o in t -   C la m p ed   I n v er ter s   f o r   Var iab le  Sp ee d   I n d u ctio n Dr i v es”,   I n ter n a tio n a Jo u r n a o P o w er  E lectro n ics  a n d   Dri ve   S ystems ,   v o l.3 ,   I s s u 1 ,   P ag es 1 0 5 - 1 1 6 , Ma r ch   2 0 1 3 .     [ 2 0 ]   C .   B h ar atir aj a,   Har s h av ar d h a n   R ed d y ,   N.   Sri  R a m s ai,   an d   Su n k a v alli  Sat y Sai s u m a   FP G A   B ased   Desig n   a n d   Valid atio n   o f   A s y m m etr ica R ed u ce d   S w itc h   Mu ltil e v el  I n v er ter ,   I n tern a tio n a Jo u r n a o P o w er E lectro n ics       a n d   Dri ve   S ystem  ( I JP E DS ) ,   Vo l.  7 ,   No .   2 ,   p p .   3 4 0 - 3 4 8 ,   J u n 2 0 1 6 .   [ 2 1 ]   C . B h ar atir aj a,   S.J ee v an an t h a n , R . L at h a, Vec to r   Select io n   Ap p r o ac h - b ased   Hex a g o n al  H y s ter esis   Sp ac e   Vec to r   C u r r e n C o n tr o ller   f o r   T h r ee - p h a s Dio d C la m p ed   ML I   w i th   C ap ac ito r   Vo lta g B alan c in g ,   I E T P o w er E lectro n ics, v o l.9 ,   I s s u 7 , p p . 1 3 5 0 - 1 3 6 1 , 8   J u n 2 0 1 6 .   [ 2 2 ]   C . B h ar atir aj a, J L   m u n d , Srir am s ai  N,   Sai  Na v en ee s h   T ,“ I n v esti g a tio n   o f   t h C o m m o n   Mo d Vo ltag f o r   Neu tr al - P o in t - C la m p ed   Mu ltil ev el  I n v er ter   Dr iv a n d   its   in n o v ati v eli m in a tio n   t h r o u g h   SVP W M   S w itc h in g - State   R ed u n d a n c y ,   I n tern a tio n a Jo u r n a o P o w er  E lect r o n ics  a n d   Dri ve   S ys tems, Vo 7 ,   No   3 P ag es 1 2 5 - 146 Sep tem b er   2 0 1 6 ,   [ 2 3 ]   C .   B h ar atir aj a,   R .   L ath a,   Dr .   S.  J ee v an an t h a n ,   S.  R ag h u   a n d   Dr .   S.S.   Dash .   De s i g n   an d   Valid atio n   o f   Si m p le  Sp ac Vec to r   P W Sch e m f o r   T h r ee - L ev el  N P C   -   ML I   w i th   I n v e s ti g atio n   o f   Dc  L i n k   I m b alan ce   u s i n g   FP GA   I P   C o r e” ,   Jo u r n a o f E lectric a l E n g i n ee r in g ,   v o l.  1 3 ,   ed itio n   1 ,   p p   5 4 - 6 3 ,   2 0 1 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.