بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله مدلسازي ماشین سنکرون را با در نظر گرفتن پارامترهایی که در صنعت رایج هست و نیز پارامترهایی که در حوزه پژوهش بکار می روند را تجزیه و تحلیل می کند. دو مدل ارائه شده، اولی در قاب مرجع طبیعی - d, q - و دومی در قاب مرجع استاتور . - d , q - بدین منظور دو روش براي محاسبه ضریب کاهشی سیم پیچ میدان بدون هرگونه ورودي از اطلاعات طراحی و پیشنهاد شده است. نشان داده شده که ضرایب کاهشی سیم پیچهاي میرا کننده - d, q - تاثیري در رفتار ترمینال ماشین ندارند. این بدا معناست که می توان بدون آگاهی از اندوکتانسها و مقاومتهاي واقعی سیم پیچ هاي میرا کننده به رفتار ترمینال ماشین پی برد. دقت این مدلها با آزمایشاهاي تجربی تایید شده است.
.1 مقدمه
ماشین هاي سنکرون در کاربردهاي موتوري و ژنراتوري استفاده می شوند. هدف از بدست آوردن مدلی براي ماشین سنکرون دستیابی به دانش بیشتر در زمینه رفتار الکتریکی-مغناطیسی ماشین، اهداف کنترلی و شبیه سازي می باشد.استفاده از روش هاي المان محدود توصیف الکتریکی-مغناطیسی بسیار دقیق ماشین را فراهم می سازد اما دو مشکل اصلی این روشها زمان محاسبات و تعداد زیاد پارامترهاي الکتریکی ماشین می باشد.
به همین دلیل این روش براي بدست آوردن اطلاعات بیشتر براي طراحی مناسب است .در اکثر موارد، ژنراتور سنکرون با یک یکسوساز پل دیودي متصل به استاتور سه فاز ماشین تحریک، تحریک می شود. کنترل ولتاژ ترمینال ماشین اصلی نیازمند مدلسازي ماشین اصلی، پل دیودي و ماشین تحریک می باشد. در این کاربرد، یک مدل خطی که رفتار دینامیکی سیستم را توصیف می کند، امکان ترکیب یک کنترل خطی که بوسیله تئوري کنترل سیستم پیشرفته کنترل می شود را فراهم می کند. در این مقاله یک مدل خطی براي ماشین سنکرون با در نظر گرفتن سیم پیچ هاي میرا کننده ارائه شده است.
کار حاضر در پنج بخش گردآوري شده است. پس از مقدمه بخش 1، مدلسازي ماشین در بخش 2 ارئه شده است. با استفاده از معادلات کلاسیک ماشین، مدل ریاضی در قاب مرجع طبیعی - d,q - به دست آمده است . قسمت بندي شارها براي بدست آوردن مدار معادلی که پارامترهاي ماشین به قاب مرجع استاتور - d,q - ارجاع شده اند، بکار رفته است. سیم پیچ اصلی میدان، سیم پیچ میراکننده محور d و سیم پیچ میراکننده محور q به قاب استاتور ارجاع داده شده اند. براي اینکار سه ضریب کاهش k , k, k استفاده شده است. مدل ارائه شده براي ماشین در قاب مرجع استاتور ثابت می کند که مقادیر رفتار k, k ترمینال ماشین را تحت تاثیر قرار نمی دهند.
در بخش 3، روابط بین پارامترهاي ماشین در قاب مرجع طبیعی و آنهایی که در قاب مرجع استاتور بکار رفته اند، نشان داده شده است . روابط بین پارامترها معمولا توسط سازنده ارائه می شود و آنهایی که در مدلسازي بکار می روند، داده می شوند. بدون هر گونه ورودي از اطلاعات طراحی، دو روش براي محاسبه ضریب کاهش سیم پیچ اصلی میدان - k , - پیشنهاد شده است.
در بخش 4 یک آزمایش تجربی ارائه شده است. با استفاده از پارامترهاي داده شده توسط سازنده و انجام آزمایش اتصال کوتاه، پارامترهاي ماشین تعیین شده اند. پیاده سازي به وسیله نرم افزار Matlab/Simulink و بوسیله معادلات حالت انجام گرفته است. در بخش 5 ، یک مقایسه بین آزمایشات عملی و نتایج عددي متناظر صورت گرفته است. یک آزمایش اتصال کوتاه و مدار باز ناگهانی انجام گرفته است. هر دو آزمایش براي شناختن ماشین سنکرون بکار رفته اما آزمایش اول براي تحریک سیم پیچ هاي میرا کننده بسیار مورد توجه است.
.2 مدلسازي ماشین سنکرون
براي بررسی ماشین سنکرون، معمولا دو مدار معادل - یکی براي محور مستقیم و دیگري براي محور عمودي - با دو یا سه سیم پیچ میرایی در نظر گرفته می شود. در این مقاله و با استفاده از تبدیل پارك، فرض شده که ماشین سنکرون با یک سیم پیچ میرا کننده براي محور d و یکی براي محور q مدلسازي شده است.
.2-1 معادلات ولتاژ و شار در قاب مرجع طبیعی
به منظور ارتقاي معادلات اساسی ماشین، فرضیات زیر در نظر گرفته شده است:
- سیم پیچ هاي استاتور متقارن بوده و در طول شکاف هوایی توزیع کاملا سینوسی دارند.
- نفوذ پذیري مسیرهاي مغناطیسی بر روي رتور، مستقل از موقعیت رتور می باشد.
- اثرات اشباع و هیسترزیس نادیده گرفته شده اند.
با در نظر گرفتن حالت ژنراتوري براي سیم پیچ هاي استاتور، معادلات ولتاژ بصورت زیر خواهد بود:
: i, i جریانهاي میراکننده مستقیم و عمودي : φ, φ شارهاي کل میراکننده مستقیم و عمودي
: φ شار کل استاتور : φ شار کل میدان اصلی
: r مقاومت استاتور
: r مقاومت میدان اصلی : r, r مقاومتهاي میرا کننده
: V ولتاژهاي خروجی
: I جریانهاي آرمیچر
: i, v بترتیب ولتاژ تحریک میدان اصلی و جریان میدان اصلی
شکل:1 ماشین سنکرون با میرا کننده ها
.2-2 معادلات ولتاژ و شار در قاب dq
با استفاده از تبدیل پارك رابطه [1]2 و بر اساس زاویه الکتریکی ماشین، کمیت هاي استاتور به محورهاي چرخان d و q منتقل می شوند. سیم پیچهاي رتور اصلا به تبدیل نیاز ندارند زیرا بنا به فرض از محور d و محور q نشأت می گیرند
