كاهش ضربان گشتاور در موتور-درايوهاي جريان مستقيم بدون جاروبك براي عملكرد در سرعت‌هاي بالاتر از سرعت نامي

دكتري

امروزه بهينه‌سازي و صرفه‌جويي در مصرف انرژي، به معناي استفاده از تجهيزات الكتريكي، با حداقل انرژي مصرفي و حداكثر بهره‌وري، از دو ديدگاه اقتصادي و زيست‌محيطي مورد توجه قرار گرفته است. موتورهاي الكتريكي، به عنوان يكي از عمده‌ترين مصرف‌كنندگان توان الكتريكي، حدود 60 درصد انرژي الكتريكي توليدي را مصرف مي‌كنند. درنتيجه، تحقيقات جهاني در خصوص بهينه‌سازي مصرف انرژي توسط موتورها به سرعت در حال انجام است. موتورهاي الكتريكي مورد استفاده در صنايع اغلب از نوع جريان مستقيم و متناوب القايي هستند. موتورهاي جريان مستقيم علي رغم خواص مطلوبشان نظير سهولت در كنترل، به دليل هزينه‌هاي زياد تعميرات دوره‌اي و نگهداري، جايگاه خود را به ساير موتورها داده‌اند. استفاده از موتورهاي جريان متناوب القايي علي‌رغم افزايش بهره‌وري ناشي از به كارگيري روش‌هاي كنترل سرعت متغير در بسياري از كاربردها فاقد كيفيت عملكرد مناسب هستند. طي دو دهه گذشته و با كاهش قيمت مواد آهنرباي دائم، به علت راندمان زياد، چگالي توان بالا، مشخصه گشتاور-سرعت خطي و سادگي كنترل باعث شده است كه موتورهاي جريان مستقيم بدون جاروبك در بسياري از كاربردهاي صنعتي همچون صنايع ماشين‌سازي، فضايي، پزشكي و اتوماسيون صنعتي مورد استفاده قرار بگيرند. مهم‌ترين مشكل اين موتورها، ريپل گشتاور خروجي و همچنين ناكارآمد بودن روش‌هاي كنترل موتور به علت وجود نامعيني در مدل سيستم و يا اغتشاشات ورودي است كه مي‌تواند باعث توليد ارتعاش سيستم مكانيكي و ايجاد نويز گردد. با افزايش سرعت موتور، اين ريپل گشتاور نيز افزايش پيدا مي‌كند؛ در نتيجه، استفاده از اين موتور در كابردهاي دقيق مانند رباتيك محدود مي‌گردد. جهت كاهش ريپل گشتاور موتور جريان مستقيم بدون جاروبك، در اين رساله ابتدا معادلات توان اكتيو و راكتيو ورودي به فاصله هوايي بيان شده و سپس يك روش مقاوم براساس روش كنترل مدلغزشي فراپيچشي جهت كنترل مستقيم توان ارائه مي‌گردد. سطوح لغزش در روش پيشنهاد شده براساس خطاي توان اكتيو و راكتيو تعريف شده‌اند و با همگرا شدن اين سطوح به صفر، خطاي توان نيز به صفر همگرا خواهد شد و در نتيجه ريپل گشتاور كاهش پيدا يافته است. استفاده از روش كنترل مدلغزشي فراپيچشي علاوه بر عملكرد مقاوم، پديده چترينگ را كه مي‌تواند باعث توليد ارتعاشات فركانس بالا گردد از بين خواهد برد. همچنين، در خصوص افزايش سرعت موتور به بالاتر از سرعت نامي، در اين رساله يك روش خطي حلقه بسته جهت كنترل توان‌هاي اكتيو و راكتيو موتور پيشنهاد مي‌شود. روش پيشنهاد شده، شامل دو حلقه كنترل توان اكتيو و راكتيو است كه حلقه توان راكتيو تنها در ناحيه تضعيف شار فعال مي‌گردد. هر كدام از روش هاي پيشنهاد شده، ابتدا توسط نتايج شبيه سازي در محيط سيمولينك با روش‌هاي ديگر مقايسه شده و سپس نتايج عملي پياده‌سازي اين روش‌ها روي يك نمونه آزمايشگاهي، در اين رساله ارائه مي‌شود. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه هر يك از روش‌هاي پيشنهادي، در مقايسه با روش‌هاي ديگر، از جهت سرعت پاسخ و همچنين كاهش ريپل گشتاور، عملكرد بهتري دارند.

229665

دانشگاه اصفهان

سيدمحمد مدني , محمد عطائي

مهندسي برق - الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

آرش كيومرثي