بخشی از مقاله
چکیده
در اثر کار کرد و عبور جریان از سیم پیچ های موتور القایی، موتور گرم شده و موجب تغییر مقاومت استاتور آن خواهد شد. این تغییر مقاومت می تواند بر جریان عبوری از موتور تاثیر بگذارد. تغییر در جریان عبوری از موتور القایی بر انتخاب نامناسب بردار شار و گشتاور تاثیر گذاشته و موجب ریپل گشتاور در درایو موتور القایی خواهد شد.
روشهایی برای محاسبه مقاومت اهمی با استفاده از کنترل کننده ها1 و فیلتر کالمن2 ارائه شده است. در این دو روش مقاومت موتور القایی محاسبه شده و در محاسبه بردار شار و گشتاور بکار برده می شود. این مقاله به منظور بهبود عملکرد دینامیکی موتور القایی در درایو کنترل مستقیم گشتاور3 روشی برای محاسبه مقاومت استاتور موتور بر اساس تبدیل موجک گسسته4 ارائه کرده است.
هدف آن است که نشان دهیم مولتی کنترل کننده های موجک نسبت به روش کنترل کننده ارائه شده، عملکرد بهینه تر داشته و نهایتا با استفاده از تجزیه فرکانسی سطوح مختلف، ضرائبی دقیق و مناسبی را برای محاسبه مقدار مقاومت اهمی موتور القایی ارائه می کند که با استفاده از آن به عدم پایداری درایو کمک کرده و تا حدودی رپیل گشتاور را نسبت به دو روش دیگر کاهش می دهد.
این مقاله به تخمین مقاومت استاتور موتور القایی با استفاده از روش های کنترل کننده ها، فیلتر کالمن و تبدیل موجک گسسته پرداخته است. علاوه بر آن تحلیلات دقیقی از تبدیل موجک انجام شده است که می توان توسط آن به مقاومت دقیق تری نسبت به روشهای دیگر دست یافت.
مقدمه
ساختمان ساده، هزینه پایین ساخت، امکان کنترل دور در بازه ای وسیع توسط درایو، بهره گیری در سرعت های بالا و ....موجب کاربرد وسیعی از موتورهای القایی در صنعت شده است. بدیهی است عبور جریان از سیم پیچ های استاتور، موجب گرم شدن و تغییر در مقاومت اهمی آنها خواهد شد. این تغییر مقاومت در سیم پیچ های استاتور ناشی از افزایش حرارت بوده و بر کاهش عملکرد درایو موتور القایی تاثیر می گذارد.
گرم شدن سیم پیچ های استاتور و تغییر در مقاومت استاتور موتور القایی طبق رابطه - 1 - محاسبه می شود
هدف این مقاله در جهت بهبود عملکرد درایو موتور القایی، تخمین مقاومت موتور القایی به سه روش کنترل کنندها، فیلتر کالمن و تبدیل موجک گسسته می باشد. مقاومتی که از موتورهای القایی بدست می آید در بهبود عملکرد درایو در سرعت های پایین مناسب خواهد بود.
روشهای ارائه شده در این زمینه را می توان ترکیب فیلتر پایین گذر وکنترل کننده که آقای ناوین گول5 و همکاران خود انجام داده اند [4] و همچنین با استفاده از منطق فازی آقای بوش چاندرا1 و همکارانش را نام برد.[5,6] آقای بایومی2با استفاده از موجک مادر هار3 موفق به محاسبه مقاومت استاتور موتور القایی شده است. این مقاله در بخش های بعدی به نحوه محاسبه مقاومت موتور القایی با استفاده ازدو روش عنوان شده می پردازد.
درایو کنترل مستقیم گشتاور
درایو کنترل مستقیم گشتاور یکی از روشهای کنترل مدرنی است که برای بدست آوردن گشتاور بالا تحت شار مناسب می باشد. استراتژی انتخاب شده در این مقاله بر اساس شار استاتور از طریق بردارهای ولتاژ استاتور درکنترل سرعت حلقه بسته می باشد. اجزای اصلی سیستم این نوع از داریو شامل: اینورتر، موتور القایی، واحد کنترل و سنسور موقعیت می باشد. این اجزا به صورتی که در شکل - 1 - نشان داده شده به هم متصل می شوند. طراحی درایو ذکر شده را می توان با مراجعه به مرجع [7]دنبال نمود.
شکل - . - 1 بلوک دیاگرام تکنیک کنترل مستقیم گشتاور.
معادلات موتور القایی در مختصات دو محوری بکار برده شده در این روش براساس معادلات - 2 - تا - 6 - بیان می شوند.[7] "شار"و"گشتاور"، متغیرهای منطقی هستند که در معادلات تعریف شده به شکل زیر تعریف خواهند شد.
شایان ذکر است که روش کنترل مستقیم گشتاور موجب دستیابی به یک کنترل دینامیکی گشتاور خیلی سریع می گردد. تخمین شار و گشتاور متکی بر تکنیک های کنترلی مختلفی است که در مرجع[8] به توضیح آن پرداخته است. با طراحی درایو عنوان شده توسط روش ارائه شده، به محاسبه مقاومت اهمی استاتور که بلوک دیاگرام آن در شکل - - 2 ارائه شده می پردازیم. در هر سه روش ارائه شده از اختلاف جریان مرجع و جریان فعال موتور القایی جهت تخمین مقاومت استفاده می شود.
محاسبه مقاومت استاتور موتور القایی با استفاده ازکنترل کننده تناسبی انتگرالی
پایداری سرعت، حذف خطای حالت ماندگار از ویژگیهای این نوع کنترل کننده ها می باشد. در این طرح از ترکیب کنترل کننده تناسبی انتگرالی و فیلتر پایین گذر برای محاسبه مقاومت استاتور موتور القایی استفاده شده است. بلوک دیاگرام طرح ارائه شد در شکل - - 2 آمده است که جریان فعال موتور همرا با جریان جبران ساز خواهد بود. لازم به ذکر است جریان جبران ساز تابعی از سرعت و گشتاور می باشد.[8] اختلاف این جریان با جریان مرجع، سیگنال جریان ورودی فیلتر را فراهم و با مقاومت حالت قبل جمع شده و مقاومت استاتور محاسبه می شود.
شکل . - 2 - بلوک دیاگرام محاسبه مقاومت استاتور در سه تکنیک ارائه شده
شکل - 3 - فرآیند محاسبه مقاومت استاتور به روش کنترل کننده.[9]
تغییرات مقاومت در کنترل کننده ها مطابق با رابطه - 11 - خواهد بود.
از طرفی جریان فعال و جریان مرجع استاتور موتور به ترتیب از رابطه - 12 - و - 13 - قابل محاسبه می باشند.
در موتورهای القایی، گشتاور مرجع الکترومغناطیس را می توان با استفاده از رابطه - 14 - محاسبه نمود. در ادامه با یک جابجایی ساده جریان مرجع محور افقی توسط رابطه - 15 - بدست خواهد آمد.
به دنبال آن با قرار دادن معادله - 15 - در معادلات - 2 - تا - 6 - معادله - 16 - برای محاسبه جریان مرجع محور عمودی بدست می آید
با محاسبه جریانهای مرجع دو محوری موتور القایی به واسطه معادله - 12 - جریان های مرجع استاتور قابل محاسبه خواهد بود.
تبدیل موجک گسسته و عکس تبدیل موجک
عبارت موجک به معنای موج کوچک می باشد و کوچکی موج مرتبط با این است که تابع - پنجره - دارای طول محدود - پشتیبان فشرده - بوده و موج نیز بدین معنی است که تابع دارای شکل نوسانی می باشد. عبارت موجک مادر، مادر حکم بر توابع با مکانهای پشتیبان متفاوت داشته که در فرآیند تبدیل استفاده از آن خواهد شد. توابع مادر دارای چندین نوع تابع موجک مادر می باشند که هر یک از موجک های مادر خصوصیت خاص به خود را دارند .[9] تبدیل های موجک در دو حالت پیوسته و گسسته تقسیم بندی می شوند.
در این طرح با استفاده از ضرائب فرکانس های پایین و فرکانس های بالا یک کنترل کننده، مبتنی بر تبدیل موجک گسسته طراحی شده که مقدار مقاومت استاتور موتور القایی را محاسبه کرده و در معادلات شار و گشتاور درایو موتور القایی به کار می برد.
روش ارائه شده از تبدیل موجک گسسته با موجک مادر1 و بهره فیلتری مناسب 2 انتخاب شده که موفق به محاسبه مقاومت موتور القایی تحت بار اعمالی به موتور شده است. برای استفاده از تبدیل موجک گسسته ضروری است که از نسخه گسسته شده آنها استفاده کنیم. در گسسته کردن موج ساده ترین روش، نمونه برداری از صفحه زمان- فرکانس در نقاط مختلف آن می باشد.
زمان نمونه برداری در 10-5 ثانیه انتخاب شده است. بدیهی است در مقیاسهای بالاتر - فرکانس های پائین تر - می توان نرخ نمونه برداری را با توجه به نرخ نایکوئیست کاهش داد. رابطه - 17 - مربوط به تبدیل موجک پیوسته و رابطه - 18 - مربوط به تبدیل موجک گسسته می باشد
