بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله روش جدیدی به منظور شبیه سازی کامل موتور سوئیچ رلوکتانسی همراه با درایوآن ، بعنوان یک سیستم غیرخطی ارائه شده است، و پس از بررسی صحت عملکرد مدل، یک موتورSRM ، 6/4 بطورکامل شبیه سازی شده است. همچنین این مقاله در قالب شبیه سازی موتورSR روشی را جهت شبیه سازی انواع ماشینهای الکتریکی غیرکلاسیک با استفاده از بلوکهای واسط و جداول جستجو Simulink ارائه می نماید، تا بتوان تمامی خصوصیات الکتریکی آنرا شامل جریان، ولتاژ، گشتاور الکترومغناطیسی، سرعت و ولتاژ ضدمحرکه القائی بدست آورد. کلید واژه- موتور Switched Reluctance، شبیه سازی موتورSR، Simulink، درایوSRM، شبیه سازی غیر خطی
.1 مقدمه
برای مدلسازی ماشینهای الکتریکی، مدلهای زیادی با استفاده از زبانهای برنامه نویسی ارائه شده است. اما در اینگونه شبیه سازیها نمی توان از مدل واقعی المانهای الکتریکی بویژه در زمینه الکترونیک قدرت نظیرIGBT ودیود استفاده نمود، علاوه براین بدست آوردن مقادیر لحظه ای جریان، ولتاژ، گشتاور الکترومغناطیسی، سرعت و ولتاژضد محرکه القائی بصورت دقیق میسر نمی باشد، بدین سبب نیاز به مدلسازی ماشینهای الکتریکی با یکی از بسته های نرم افزاری که شامل این ادوات می باشد، ضروری بنظر می رسد. از جمله بسته های نرم افزاری که شامل این المانهای الکتریکی می باشند، OrCAD، PSPICE وSimulink می باشد.
کار با OrCAD و PSPICE به دلیل حساسیت زیاد آنها به مقادیر المانها و مشکل همگرایی بویژه برای تحلیل طولانی ناکار آمد می باشد. اما نرم افزارSimulink با دارا بودن جعبه ابزارهای مختلف بویژه در زمینه الکترونیک قدرت - بلوکهای Power - Electronic و همچنین توانایی تحلیل مدار در مدت زمان طولانی و با سرعت زیاد، برتری خود را بر سایر بسته های نرم افزاری در شبیه سازی سیستهای غیرخطی همچون ماشینهای الکتریکی به اثبات رسانیده است. برای شبیه سازی ماشینهای الکتریکی غیرکلاسیک همچون موتورSR به دلیل خاصیت غیرخطی آن به علت برجستگی دوبل قطبهای روتور و استاتور[1]، باید تحلیل سیستم بصورت غیرخطی صورت پذیرد. در این حالت از آنجایی که اتصال بلوکهایSimulink به عناصر غیرخطی همچون سلف غیرممکن می باشد، از بلوک اندازگیری ولتاژ و بلوک منبع جریان کنترل شده، بعنوان یک مدار واسط برای اتصال این دو قسمت مدار به یکدیگر استفاده شده است.
-2شبیه سازی موتورSR درمحیط Simulink
اساس این شبیه سازی برمبنای مدل نمودن یک فاز استاتور - شکل - 2 بصورت یک مقاومت - - Rبعنوان مقاومت سیم پیچ فاز،یک سلف بعنوان اندوکتانس نشتی فاز - - L ویک منبع ولتاژ - - eبعنوان ولتاژ ضدمحرکه القایی می باشد.[2] نسبت به استاتور را حل نمود. برای این منظور روشهای مختلفی ارائه شده که از آن جمله می توان به مدلسازی ریاضی[3] و مدلسازی باتقریب منحنی های مغناطیسی شامل روش میلر[4] ، روش سری فوریه اندوکتانس [5]،روش تقریب سینوسی اندوکتانس[6] اشاره نمود، که همگی به دلیل مشخصه مهم موتورSR یعنی خاصیت غیر خطی آن تحلیلی غیر دقیق خواهند داشت .
بنابراین برای تحلیل دقیق عملکرد و مدلسازی موتور SR نیاز به یک روش عددی دقیق داریم، به همین منظور در این مقاله جهت پرهیز از محاسبات طولانی و وارد نمودن دقیق مقادیر واقعی غیر خطی از شکل - -3 الف - ، که حاصل از اندازه گیری یک موتور واقعی می باشد[7] استفاده می کنیم. همچنان که از این گراف مشاهده می شود، جهت دستیابی به گشتاور می باید موقعیت روتور و جریان آن مشخص باشد، اما جریان فاز نیز مطابق رابطه - - 3 رابطه ای غیرخطی با ولتاژ اعمالی به فاز و زاویه روتور دارد. بنابراین همانند محاسبه گشتاور، جریان هر فاز را از گراف شکل - -3 ب - که ارتباط جریان، شار و زاویه هرفاز را با هم نشان می دهد، بدست می آوریم. از این گراف، جریان فاز مورد نیاز جدول گشتاور بدست می آید. ورودی این جدول جستجو همانطورکه گفته شد، شار و زاویه می باشد، شار برابر است با:
شبیه سازی یک فاز موتورSR مطابق باگفته های فوق در شکل4 ارائه شده است. گیت IGBT ، 1و2 درشکل 8 و9 نشان داده شده است - محور افقی زمان وبرحسب ثانیه می باشد - .شکل موج جریان، گشتاور، ولتاژ، شارمغناطیسی، اندوکتانس فاز و جریان عبوری از دیودها و IGBT یک و دو برای این فاز بصورت نشان داده شده در شکلهای - 10 تا - 19 می باشد. با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی یک فاز موتورSR، که مبین صحت عملکرد مدل می باشد، یک موتور SR،6/4 را بطورکامل شبیه سازی نموده - شکل - 7 و نتایج حاصل را با خروجی واقعی موتور مقایسه می نمایم.
همچنان که ازشکلهای - 21،20 و - 22دیده می شود، گشتاور، جریان فاز و سرعت موتوردرحالت واقعی و شبیه سازی با هم برابر بوده، واین خود دلیلی برصحت و دقت روش ارائه شده در این مقاله بمنظور شبیه سازی درایو موتورهای غیر کلاسیک، بویژه موتور SR می باشد.
.4 نتیجه گیری
در این مقاله یک روش جدید برای شبیه سازی موتورهای غیر کلاسیک با استفاده از Simulink ارائه شد.این روش برروی موتور SR اجرا و نتایج آن، صحت عمکرد این نوع شبیه سازی را نشان می دهد. شبیه سازی اخیر با سرعت اجرا شده و تمامی کمیتهای الکتریکی و مغناطیسی موتورو درایوآنرا بصورت لحظه ای نشان می دهد، و می توان از این روش شبیه سازی برای تحلیل انواع مختلف درایوهای موتور استفاده نمود.
.3 بررسی صحت عملکرد مدل و شبیه سازی یک موتورSR،6/4
پس از مدلسازی یک فاز موتورSR، باید دقت عملکرد این شبیه سازی در برابر یک سیستم واقعی بررسی شود ، بدین منظور از درایو کلاسیک این موتور - شکل5 و - 6 استفاده شده و شکل موجهای جریان، ولتاژ، اندوکتانس وگشتاور تولیدی این فاز موتور بدست آمده است. کنترل این موتور بصورت کنترل هیسترزیس جریان با هیسترزیس باند%10 جریان نامی موتور می باشد. ولتاژ
