بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله پیاده سازي یک سیستم مانیتورینگ حرارتی موتورهاي القایی بوسیله اندازه گیري مقاومت استاتور تشریح شده است. در این روش مقاومت سیم پیچی استاتور با تزریق سیگنال dc به ولتاژ تغذیه ac تخمین زده می شود. شبیه سازي این روش در نرم افزار MATLAB انجام شده است. این روش روي یک موتور القائی قفس سنجابی سه فاز 5/5 kW پیاده شده است. بر اساس نتایج آزمایشگاهی مقاومت استاتور به طور متوسط با دقتی در حدود 1 درصد قابل تخمین می باشد. همچنین نشان داده شده است که با افزایش بار موتور و مقاومت خارجی مدار طراحی شده دقت تخمین افزایش می یابد.
-1 مقدمه
در سالیان گذشته تحقیقات زیادي در زمینه روش هاي حفاظت و تکنیک هاي مانیتورینگ دمایی موتورهاي القایی صورت گرفته است. به خاطر قیمت بالا و سختی جاسازي سنسورها، حفاظت گرمایی موتورها از طریق فیوزها و رله هایی که بر اساس تخمین دماي موتور کار می کردند، صورت می گرفت. عدم تطبیق بین مشخصات گرمایی موتور و عناصر حفاظتی مانند بی متال، باعث قطعی نابجا و حفاظت ناصحیح موتورها می شد .[1]
یکی از روش هاي تخمین دما در موتور القایی استفاده از مدل حرارتی موتور می باشد .[2] در این روش ابتدا بر اساس پارامترهاي حرارتی موتور مانند مقاومت گرمایی، خازن گرمایی و منبع تلفات، مدل حرارتی موتور را تشکیل می دهند، سپس با حل این مدل، گرماي نقاط مختلف را بدست می آورند. یکی از معایب مدل حرارتی ثابت فرض کردن پارامترهاي مدل حرارتی است که در نتیجه مواقعی که پارامترهاي موتور - مانند مقاومت روتور و استاتور - حین کار عوض شود یا هنگامیکه در خنک کاري موتور اشکالی پیش بیاید این مدل دیگر جواب دقیق نمی دهد .[3]
استفاده از ساخت نمونه آزمایشگاهی سیستم تخمینگر مقاومت استاتور به وسیله تزریق dc به منظور مانیتورینگ حرارتی موتورهاي القایی مقاومت هاي استاتور و روتور هم می تواند به عنوان یک شاخص براي تخمین دماي هادي هاي روتور و استاتور منظور شود .[6-4] راه استفاده ازRs وRr براي تخمین دماي روتور و استاتور مزیت هاي بسیار زیادي نسبت به استفاده از مدل هاي حرارتی ماشین دارد. روش دیگر براي اندازه گیري دماي موتور القایی استفاده از نصب سنسور می باشد .[11-7]
در این روش با نصب سنسورهاي حرارتی در نقاط مختلف دماي موتور را اندازه می گیرند. اندازه گیري دماي استاتور با نصب سنسور کار دشواري نیست اما مانیتور کردن دماي روتور بدلیل چرخش آن کار پیچیده و دشواري است. براي انتقال اطلاعات قسمت گردان - روتور - به بیرون از حلقه هاي لغزان و نور استفاده می شود. نمونه اي از این روش توسط نویسندگان این مقاله طراحی و ساخته شده است .[9] از معایب این روش قابل پیاده سازي نبودن آن بر روي موتورهاي کوچک می باشد. روش دیگر تخمین دما بر اساس تخمین مقاومت استاتور [4] است که پیاده سازي آن در این مقاله آمده است. از مزایاي این روش قابلیت پیاده سازي آن براي هر نوع موتور القائی با هر اندازه اي می باشد. از معایب این روش ایجاد پالس گشتاور و تلفات توان است.
-2 تئوري سیستم اندازه گیر مقاومت
امپدانس یک ماشین القایی به ورودي dc در حالت ماندگار برابر Rs است. بنابراین اگر بتوان یک ولتاژ dc به ولتاژ تغذیه ac تزریق کرد می توان مقاومت Rs را به صورت on-line بدست آورد. تخمین مقاومت استاتور بر اساس مدل dc به همه پارامترهاي موتور بستگی دارد و به عدم تعادل در ولتاژ سه فاز موتور بستگی ندارد. بنابراین این روش تخمین مطمئنی از Rs را براي مانیتورینگ حرارتی بدست می دهد.
-3 طرح تزریق dc براي تخمین مقاومت استاتور
مدار تزریق کننده dc از یک مقاومت - Rext - و یک کلید ماسفت تشکیل شده است - شکل. - 3 این مدار براي تزریق متناوب dc در دو حالت کار می کند: حالت تزریق و حالت طبیعی یا بدون تزریق.
-1-3 حالت تزریق
براي تزریق یک ولتاژ dc به موتور، ماسفت خاموش می شود. در این حالت در سیکل مثبت جریان از مقاومت Rext و در ساخت نمونه آزمایشگاهی سیستم تخمینگر مقاومت استاتور به وسیله تزریق dc به منظور مانیتورینگ حرارتی موتورهاي القایی سیکل منفی از دیود عبور می کند. مدار معادل براي هر دو حالت در شکل -4 الف و ب نشان داده شده است. در شکل -4ج مشخصه v-i تحت حالت تزریق نشان داده شده است.
مقاومت نامتقارن موجب می شود که افت ولتاژ دو سر مدار نامتقارن باشد - جزءdc در - Vsw که این موجب می شود یک قسمت dc به جریان موتور اضافه شود. از شکل 4 این نکته قابل دریافت است که ولتاژ dc در مدار زمانیکه دامنه Ias و اختلاف بین Rext و Rds,on افزایش می یابد، زیاد می شود. بنابراین مقدار Rext باید بسته به مقدار Rs نامی وIas تنظیم شود، به طوریکه اعوجاج در گشتاور و تلفات توان در سطح قابل قبول خود قرار بگیرد .[4]
-2-3 حالت طبیعی
به خاطر کند بودن تغییرات دما و در نتیجه تغییرات کم مقاومت استاتور تزریق ولتاژ dc و تخمین Rs به طور پیوسته ضروري نیست. بنابراین بین حالت تزریق هاي dc می تواند حالت طبیعی باشد که هیچ تزریقی در این حالت وجود ندارد. در حالت طبیعی مطلوب اینست که تلفات کم شود. این کار با روشن نگه داشتن ماسفت صورت می گیرد. مدار معادل تحت حالت طبیعی در شکل -5الف و ب نشان داده شده است. توان تلفاتی خیلی ناچیز است، چون مقاومت معادل برابر Rds,on|| R ext هست و به خاطر کوچک بودن Rds,on نهایتاٌ مقاومت معادل هم کوچک می باشد.
