بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طارائه شبيه سازي موتورهاي آسنکرون سه فاز جهت آشکارسازي خطاي شکستگي
چکيده - پيش بيني رفتار ديناميکي موتورهاي الکتريکي در شرايط متفاوت عملکرد آن ، با استفاده از شبيه سازي کامپيوتري امکان پذير مي باشد. ارائه يک مدل مناسب ، اين امکان را فراهم مي کند تا عيوب موتور شبيه سازي شده و تغيير در پارامترهاي آن ، بدون آزمايش عملي، پيش بيني شود. اين مقاله ، تحليلي تئوري از عيوب نامتقارن استاتور و روتور در موتورهاي القايي را به همراه شبيه سازي يک موتور القايي سه فاز، تحت سه شرايط عملکرد نرمال ، با يک ميله شکسته روتور و نامتعادلي ولتاژ در فازهاي آرميچر ارائه مي دهد . خاطر نشان مي کند که شبيه سازي در محيط MATLAB.SIMULINK انجام شده است .
کليد واژه - روتور با ميله شکسته ، موتور القايي، نامتعادلي ولتاژ.
١- مقدمه
موتورهاي القايي يکي از اجزاي اصلي و مهم در بسياري از صنايع محسوب مي شوند. عليرغم ظاهر مقاوم موتورهاي القايي، گاهي دچار خرابي و آسيب ديدگي مي شوند که در طي مدت زمان نامعلومي، خروج از سرويس اين موتورها، هزينه هاي سنگيني را براي بهره بردار به بار مي آورند.
بنابراين ، امروزه مانيتورينگ موتورهاي القايي مورد توجه قرار گرفته است . روش هاي متعددي براي آشکارسازي عيوب الکتريکي و مکانيکي در موتورهاي القايي وجود دارد که به طور کلي، شامل روش هاي مستقيم و غيرمستقيم مي شود.
در روش مستقيم ، پارامترهايي شامل نويز و ارتعاش ، جريان فاز استاتور و چگالي شار فاصله هوايي اندازه گيري مي شوند.
هارگيس و همکارانش نشان دادند که عيوب مکانيکي از طريق تغيير در ارتعاشات هسته استاتور قابل آشکارسازي هستند
[١-٦]. همچنين ، آقاي استيل با مانيتورينگ جريان فاز استاتور نتايج مشابهي به دست آورد. مانيتورينگ جريان هر فاز داراي مزيت هايي است . اولا، اندازه گيري آن آسان است .
ثانيا، الگوهاي خطا در سيگنال جريان منحصر به فرد هستند و ثالثا، مي توان از طريق تحليل داده ها، تعداد ميله هاي شکسته را تخمين زد [٧-١٢]. در روش غير مستقيم ،
1 مدلسازي و شبيه سازي ماشين الکتريکي، تحت شرايط عملکرد سالم و معيوب ، اطلاعات مفيدي را جهت عمليات پيش بيني و شناسايي فراهم مي سازد. شبيه سازي دقيق موتور، علاوه بر به کارگيري مدل پيچيده ، مي تواند با استفاده از مدل کلي و انتخاب دقيق پارامترها حاصل گردد [١٣و١٤].
اين امر مي تواند به طور قابل توجهي، زمان شبيه سازي کامپيوتري را کاهش دهد و مدل مبتني بر مانيتورينگ پارامترها را قابل اعتمادتر و سهل الوصول تر نمايد. اين مقاله ، تحليلي تئوري از عيوب نامتقارن استاتور و روتور در موتورهاي القايي ارائه مي دهد. همچنين ، يک موتور القايي سه فاز، تحت سه شرايط عملکرد نرمال ، با يک ميله شکسته روتور و ولتاژ نامتعادل در فازهاي منبع تغذيه ، شبيه سازي شده است . به صورت خاص ، تغييرات سرعت روتور ، به عنوان يکي از پارامترهاي مهم مورد بررسي، انتخاب شده است .
٢- مدل سازي و شبيه سازي موتور القايي
هدف از اين مقاله ، شبيه سازي عملکرد موتور القايي با به کارگيري معادلات کلي حاکم بر آن مي باشد که جهت مانيتورينگ و تشخيص خطاي موتورهاي القايي استفاده مي شود. بنابراين ، در تحليل موتور از تئوري ميدان هاي گردان تعميم يافته با در نظر گرفتن فرض هاي زير استفاده مي شود،
١) نفوذپذيري مغناطيسي هسته ، بي نهايت است .
٢) فاصله هوايي خيلي کوچک و يکنواخت در نظر گرفته شود و از اشباع مغناطيسي صرف نظر مي شود.
٣) اندوکتانس هاي خودي و متقابل بين فازهاي استاتور يا روتور ثابت است .
٤) اندوکتانس هاي متقابل بين سيم پيج هاي روتور و استاتور تابعي از موقعيت روتور مي باشد.
٥( پروفايل MMF فضايي و شار به صورت سينوسي توزيع شده لحاظ مي شود..
٢-١- مدل سازي موتور القايي
مدل الکتريکي مورد نياز موتور القايي، با استفاده از مدل معروف موتور به دست مي آيد [١٥]. ماتريس دربردارنده معادلات ولتاژ استاتور و روتور در معادله (١) نشان داده شده است .
که در آن IsA،IsB و IsC جريان هاي سه فاز استاتور و Ira، Irb و Irc جريان هاي سه فاز روتور و Lss و Lrr اندوکتانس هاي خودي استاتور و روتور و Ms و Mr اندوکتانس هاي متقابل فاز استاتور يا روتور و Msr اندوکتانس متقابل استاتور و روتور و p عملگر مشتق و Rs و Rr مقاومت هاي استاتور و روتور و VsA،VsB و VsC ولتاژهاي سه فاز استاتور و Vra ،Vrb و Vrc ولتاژهاي سه فاز روتور و زاويه روتور است .
گشتاور الکترومغناطيسي و معادله مکانيکي روتور برابر است با:
که در آن Ids و Iqs جريان هاي محور d و qاستاتور و Idr و Iqr جريان هاي محور d و q روتور و jضريب اينرسي روتور و TL بار مکانيکي و Tf گشتاور مربوط به تلفات اصطکاک و سرعت زاويه اي روتور است .
٢-١-١- شبيه سازي عملکرد موتور سالم در شکل ١، بلوک دياگرام شبيه سازي در محيط MATLAB.SIMULINK را نشان مي دهد. شکل ٢، نتايج شبيه سازي براي سرعت روتور، گشتاور الکترومغناطيسي و جريان هاي سه فاز استاتور در يک موتور سالم را نشان مي دهد. مشاهده مي شود که سرعت روتور، گشتاور الکترومغناطيسي و جريان هاي سه فاز استاتور، بعد از نوسانات اوليه در هنگام راه اندازي، به مقدار ثابتي ميل مي کنند.
٢-٢- شبيه سازي خطاي مربوط به عدم تعادل ولتاژ استاتور
اين خطا با در نظر گرفتن يک افت ولتاژ V٢٠ يا
V٤٠ در يک فاز ولتاژ استاتور، شبيه سازي شده است . براي شبيه سازي خطاي منبع نامتعادل ، نياز به تغييرات کوچکي در مدل روتور است . معادلات منبع ولتاژ به صورت زير تغيير مي کنند:
که در آن E ولتاژ نامي و است .
فاز Bو C، داراي ولتاژي با دامنه E و به ترتيب ، با اختلاف فاز ١٢٠ و ٢٤٠ نسبت به فاز A مي باشند.
افت ولتاژ V٢٠ در يکي از فازها، شبيه سازي شده است و سرعت روتور، گشتاور و جريان هاي سه فاز استاتور، در اين حا ت در شکل ٣ نشان داده شده است . همان طور که
شکل ١: بلوک دياگرام شبيه سازي در MATLAB.SIMULINK
شکل ٢: شبيه سازي موتور سالم هنگام راه اندازي
مشاهده مي شود اين خطا، باعث افزايش ريپل در نمودار سرعت روتور و گشتاور شده است . همچنين ، دامنه جريان فاز A را نيز به ميزان قابل توجهي کاهش داده است . فرکانس ريپل 100Hz است که دو برابر فرکانس منبع است . اين نشان دهنده نوعي خطاي نامتقارن در استاتور است که منجر به گشتاور ضرباني و نوسان در سرعت روتور شده است [١٦].
شکل ٣: شبيه سازي افت ولتاژ V٢٠ در يکي از فازهاي منبع تغذيه [unknown error.خطای ناشناخته]
شبيه سازي مربوط به افت ولتاژ 40V در يکي از فازهاي استاتور، در شکل ٤، نشان داده شده است . ملاحظه مي شود که در مقايسه با شکل ٣، نوسانات سرعت روتور و گشتاور ( در Hz ١٠٠ ) و کاهش دامنه جريان فاز A، بيشتر
است .
