كنترل پيش بين موتور سنكرون آهنرباي دائم سطحي با ولتاژ القايي غيرسينوسي جهت كاهش ضربان گشتاور

دكتري

در اين رساله با استفاده از كنترل پيش¬بين، ضربان جريان و گشتاور ماشين¬هاي سنكرون آهنرباي دائم با ولتاژ القايي غيرسينوسي به حداقل ممكن مي¬رسد. موتورهاي سنكرون آهنرباي دائم به سبب راندمان و چگالي توان بالا، كاهش هزينه نگهداري، پاسخ ديناميكي سريع و نيز وجود مواد مغناطيسي با قابليت توليد ميدان مغناطيسي قوي به طور گسترده در محركه¬هاي فركانس متغير به كار مي¬روند. اين موتورها به دو دسته كلي با ولتاژ القايي سينوسي تحت عنوان موتور سنكرون آهنرباي دائم (PMSM) و با ولتاژ القايي ذوزنقه¬اي تحت عنوان موتور DC بدون جاروبك (BLDC) تقسيم مي¬شوند. عموماً ساخت يك موتور با ولتاژ القايي سينوسي خالص بسيار مشكل و هزينه¬بر مي¬باشد، لذا اكثر موتورهاي موجود در بازار داراي ولتاژ القايي غيرسينوسي مي¬باشند. در موتورهاي سينوسي و ذوزنقه¬اي به ترتيب عبور يك جريان سينوسي و مستطيلي منجر به يك گشتاور صاف با حداقل ضربان مي¬گردد. با اين حال عبور يك جريان سينوسي به يك موتور با ولتاژ القايي غيرسينوسي ضربان گشتاور را به دنبال دارد كه در كاربردهاي با كارايي بالا مناسب نمي¬باشد. با توجه به توضيحات ارائه شده براي رسيدن به گشتاوري با ضربان كمتر ناچار به تزريق هارمونيك¬هايي به شكل موج جريان مرجع مي¬باشيم كه در اصطلاح تحت عنوان "شكل-دهي جريان " معروف مي¬باشد. براي كاهش ضربان جريان دو روش مختلف ارائه مي¬گردد. روش اول تحت عنوان "جستجوي تركيبي" نامگذاري مي شود. در اين روش صفحه بردار ولتاژ برحسب دامنه و زاويه فاز بردار ولتاژ مرجع به دو ناحيه تقسيم مي شود و دو روش جستجوي معمولي 7 حالته و 4 حالته در ناحيه¬اي كه ضربان جريان كمتري دارند، به كار مي¬روند. نتايج شبيه¬سازي و آزمايشگاهي بدست آمده نشانگر موثر بودن اين روش در كاهش ضربان جريان مي¬باشد. نتايج نشان مي¬دهند ضربان جريان مقدار زياد و تقريبا يكنواختي در كل سيكل براي روش 7 حالته دارد. ضربان جريان براي روش 4 حالته كاهش مي¬يابد، اما در بعضي نقاط داراي پيك-هايي مي¬شود.روش جستجوي تركيبي ضربان جريان كم و يكنواخت را تضمين مي¬كند. روش دوم براي كاهش ضربان جريان مبتني بر تابع هزينه با ضريب وزني متغير مي¬باشد. اين ضريب وزني متغير بر مبناي عبارت بدست آمده براي ضربان جريان در مرحله قبل مي¬باشد. بدين ترتيب به ازاي مقادير مختلف دامنه و زاويه فاز بردار ولتاژ مرجع، ضريب وزني تابع هزينه مقادير مختلفي اختيار مي¬كند كه در نهايت منجر به كاهش ضربان جريان مي¬گردد. مقدار ثابت ضريب وزني منجر به پيك¬هاي جرياني مي¬شود. مقدار ثابت و بزرگ ضريب وزني براي كاهش فركانس كليدزني باعث انحراف شكل موج ولتاژ از هارمونيك اصلي مي¬گردد. ضريب وزني متغير پيشنهادي عملكرد بهتري در كاهش اغتشاش هارمونيكي را نشان مي¬دهد. براي كاهش ضربان گشتاور در ابتدا ولتاژ القايي موتور بطور دقيق با استفاده از رويتگر مد لغزشي برآورد مي¬شود و سپس با استفاده از تخميگر حداقل مربعات بازگشتي، هارمونيك¬هاي مهم آن استخراج مي¬شوند. اين هارمونيك¬ها توسط كنترل پيش¬بين براي پيش¬بيني رفتار آينده ولتاژ القايي استفاده مي¬شوند. در نهايت بردار ولتاژ مناسب جهت كاهش ضربان گشتاور توسط كنترل پيش¬بين صادر مي¬شود. روش كنترل پيشنهادي جريان موتور را براساس هارمونيك¬هاي ولتاژ القايي شكل¬دهي مي¬كند و بطور قابل توجهي هارمونيك¬هاي ششم و دوازدهم را در مقايسه با ديگر روش¬ها كاهش مي¬دهد. نتايج آزمايشگاهي بدست آمده تاثير روش پيشنهادي را روي كاهش ضربان گشتاور تأييد مي¬كند.

189486

دانشگاه علم و صنعت ايران

قدرت

دكتر عرب خابوري