بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک مبدل باک بوست به عنوان یک راهحل اقتصادی جهت کنترل سرعت موتورهای دیسی بدون جاروبک در کاربردهای توان پایین ارائه گردیده است. یکی از روشهای کنترل این نوع موتورهای کنترل منبع ولتاژ دیسی میباشد که در این روش از یک کموتاسیون الکترونیکی که باعث کاهش تلفات کلیدزنی، و همچنین با حذف دیودهای یکسوساز که باعث پایین آمدن تلفات انتقالی شده استفاده گردیده است.
همچنین پارامترهای مبدل به گونهای طراحی شدهاند که مبدل در مد DCMI قرار و PFC با استفاده از برق اصلی شهر به صورت ذاتی پدید آمده است. عملکرد مبدل پیشنهادی در چندین رنج کنترل سرعت با تغیر مقدار ولتاژ متبع تغذیه مورد ارزیابی قرار گرفته که شاخص کیفیت توان بدست آمده در محدوده قابل قبولی از استاندارد IEC 6100_32 میباشد. عملکرد راهانداز معرفی شده در نرمافزار Matlab/Simulink مورد بررسی قرار گرفته است.
.1 مقدمه
بازده و هزینه تعمیر و نگهداری دو مساله مهم در موتورهای توان پایین میباشند 2]،[1 که استفاده از موتورهای BLDC به دلیل بازده بالا، چگالی شار بالا در حجم ، نیاز به تعمیر و نگهداری کم و تداخل الکترومغناطیسی پایین بسیار رایج میباشد. همچنین کاربرد اینگونه موتورها محدود به مصارف خانگی نبوده و در مواردی شامل کاربردهای پزشکی، کنترل حرکت و کاربردهای صنعتی نیز بسیار مورد استفاده قرار میگیرند
در یک موتور BLDC، سه سیمپیچی بر روی استاتور موتور و آهنرباهای دائم بر روی روتور قرار میگیرند6]،[5 که به دلیل استفاده از یک کموتاسیون الکتریکی اینگونه تجهیزات، به عنوان موتورهای کموتاسیون الکتریکی نیز شناخته میشوند که بر اساس موقعیت روتور عمل کموتاسیون صورت میگیرد که در مقایسه با کموتاسیون مکانیکی که دارای معایبی از جمله جرقه، سایش و پارگی میباشد، این روش ترجیح داده میشود.
مشکلات کیفیت توان با توجه به محدودههای هارمونیکی یک مساله مهم برای تجهیزاتی با کلاس عایقی A و توانهای کمتر از ششصد وات و جریان کمتر از 16 آمپر میباشد که استاندارد IEC61000-3-2 مقدار THD اینگونه تجهیزات را زیر%19 تعیین کرده است
در موتورهایی که توسط یک پل دیودی و با استفاده از منبع ولتاژ DC تغذیه میشود ضریب THD در حدود 65 درصد بوده و دارای ضریب توانی کمتر از 0,8 میباشند[8-10] که انتخاب مد کارکرد PFC به دلیل تاثیر مستقیم بر روی هزینه و تعداد اجزا استفاده شده یک مساله بحرانی در اینگونه تجهیزات میباشدکه این گونه مبدلها برای کار در مدهای CCM و DCM طراحی شدهاند که در مد CCM جریان در سلف یا ولتاژ متوسط خازن به طور پیوسته باقی میماند و به دو سنسور برای اندازه گیری ولتاژ نیاز میباشد که از نظر اقتصادی مناسب نیست در حالی که در مد DCM به یک سنسور ولتاژ برای کنترل ولتاژ تغذیه دی سی نیاز بوده و PFC با استفاده از برق اصلی شهر به صورت ذاتی پدید میآید.
مدارات PFC معمولی موتورهای دی سی بدون جاروبک برای کنترل سرعت بایک تغذیه دی سی ثابت از PWM_VSI استفاده میکنند که در این حالت تلفات کلیدزنی در VSI افزایش پیدا میکند. همچنین سرعت موتور BLDC مستقیما با ولتاژ تغذیه دی سی متناسب بوده که از اینرو کنترل سرعت، با تغیر ولتاژ دی سی حاصل میشود.
مبدل باک بوست مطرح شده در مقاله [11] براساس مقدار ولتاژ دی سی ثابت وPWM_VSI برای کنترل سرعت بوده که تلفات کلیدزنی بسیار بالایی دارد. همچنین در مقاله [12] یک مبدل SEPIC که به دلیل تلفات کلیدزنی بالا در VSI و تعداد زیاد سنسورها، در کاربردهای توان پایین محدود میباشد.
در مقاله [8] یک مبدل CUK برای تغذیه موتور دی سی بدون جاروبک با تغیر ولتاژ دی سی مطرح شده است که باعث کاهش تلفات کلیدزنی در VSI شده ولی در مد کارکرد CCM اینگونه مبدل به سه سنسور نیاز دارد که از نظر اقتصادی مناسب نیست. برای بهبود عملکرد موتور، مبدلهای بدون پل نیز در مراجع [13-21] استفاده شده است.
در مقاله 13]و[14 مبدلهای بدون پل باک و بوست مطرح شده است که میتوانند فقط ولتاژ افزاینده وکاهنده را فراهم کنند .
در مقاله [16] یک مبدل باک بوست بدون پل مطرح شده است که در آن از سه کلید استفاده شده است که از نظر هزینه مناسب نمیباشد. یک نسل جدید از مبدلهای CUKو SEPIC در مقالات [17-21] آورده شدهاند که نیاز به اجزای بیشتری دارند. در این مقاله یک مبدل باک بوست بدون پل برای تغذیه موتور دی سی بدون جاروبک با تغیر ولتاژ دی سی و بهبود کیفیت توان با کمترین اجزا ارائه شده است.
.2 مبدل باک بوست مطرح شده جهت تغذیه موتور BLDC
شکل 1 مبدل باک بوست مطرح شده برای راهاندازی موتور دی سی بدون جاروبک را نشان میدهد. پارامترهای مبدل به گونهای طراحی شدهاند که مبدل در مد DCM قرار و PFC با استفاده از برق اصلی شهر به صورت ذاتی پدید آمده است. کنترل سرعت این موتور توسط کنترل ولتاژ لینک دی سی مبل باک بوست صورت میگیرد که این باعت کاهش تلفات کلیدزنی در VSI برای کموتاسیون الکترونیکی موتور میگردد
عملکرد مبدل مطرح شده برای رنجهای مختلفی از سرعت با بهبود کیفیت توان در ولتاژ متناوب صورت گرفته است. همچنین تاثیر تغییر ولتاژ تغذیه AC برای نشان دادن عملکرد موتور در شرایط عملی شرح داده میشود و استرسهای جریان و ولتاژ روی مبدل برای تخمین نرخ هیت سینگ مورد بررسی قرار میگیرد . یک مقایسه کوتاه بین مقالات گزارش شده در جدول 1 آورده شده است که مقایسه بر اساس تعداد اجزا - دیود ،خازن؛ کلیدو سلف - میباشد که مبدل باک بوست مطرح شده دارای کمترین تعداد اجزا در هر نیم سیکل میباشد.
شکل-1 راهانداز موتور BLDC مطرح شده با مبدل باک بوست بدون پل
جدول -1 مقایسه مبدلهای مختلف
