بخشی از مقاله

خلاصه

در مراکز صنعتی و سیستم های حمل و نقل موتورهای القایی بی شماری وجود دارند که کنترل هرکدام از آنها با یک مبدل مستقل مقرون به صرفه نمی باشد. بدین ترتیب امروزه در صنعت، چگونگی کنترل چندین موتور و یا دو موتور موازی با یک اینورتر به امری بسیار مهم تبدیل شده است. یکی از کاربردهای اصلی این سیستم های دو موتوره قطارهای برقی می باشد که با توجه به توان بالا بودن موتورهای آن حذف یک اینورتر می تواند کمک بزرگی به توسعه و پیشرفت آن بکند.

از آنجایی که با یک اینورتر نمی توان کنترل مستقلی روی موتورها داشت پس چالش های فراوانی در این مسیر وجود دارد که حفظ پایداری سیستم در شرایط نامتعادل از مهمترین آنهاست. از این رو محققان برآن شدند تا با تغییر روش های پیشین روشی مناسب برای کنترل این دو موتور با یک مبدل ارائه دهند. در میان روش های ارائه شده کنترل میانگین یکی از بهترین روش ها در حفظ پایداری سیستم در شرایط عدم تعادل بار می باشد. اما در قطارهای برقی ممکن است گشتاور بار به طور مساوی بین موتورها تقسیم نشود و بین سرعت موتورها اختلاف بوجود آید که این امر می تواند باعث ناپایداری سیستم شود.

در این مقاله روشی جدید مبتنی بر میانگین و اختلاف شار استاتور موتورها به منظور بهبود عملکرد سیستم کنترلی موتورهای القایی موازی تغذیه شده با یک اینورتر ارائه شده است. اعتبار روش پیشنهادی با شبیه سازی در محیط سیمولینک نرم افزار متلب راستی آزمایی شده است.

.1 مقدمه

امروزه در قطارهای شهری - مترو - به دلیل نیاز به قدرت کششی و گشتاور بالا از موتورهای القایی استفاده می شود که هر کدام نیاز به یک اینورتر جداگانه برای کنترل دارد اما با توجه به توان بالای این موتورها، حذف یک اینورتر می تواند باعث کاهش تقریبا 50 درصدی هزینه کنترل این موتورها شود. این کاهش چشمگیر هزینه می تواند دولت ها و بخش خصوصی را برای سرمایه گذاری در این بخش ترغیب کند و به علاوه پیشرفت این متروها خود می تواند باعث کاهش آلودگی شهرهای بزرگ و سهولت حمل و نقل مسافران شود.

طبیعی است که با یک اینورتر سه فاز نمی توان کنترل مستقلی بر روی موتورها داشت و تا جایی که گشتاور بار به طور متعادل بین موتورهای موازی تقسیم می شود با مشکل خاصی مواجه نمی شویم. محرکهی دو موتور القایی موازی تغذیهشده بهوسیلهی یک اینورتر با موتورهای متفاوت [1] و یکسان [2] ارائه شد که از کنترلکنندههای تناسبی - P - و انتگرالی تناسبی - PI - برای حلقهی کنترل سرعت موتورها استفادهشده است. در [2]، از کنترلکنندهی PI برای هر دو موتور استفاده شد که توان موتورها در این حالت یکسان بود. نتایج نرمافزاری تحت شرایط بیباری و تغییر پلهای در سرعت موتورها برای موتورهای هم پارامتر [3] ارائه شد.

روش کنترلی اصلی-دنباله رو یکی از اولین روش ها برای کنترل این سیستم ها بود که فقط حسگر سرعت به موتور اصلی متصل بود و موتور دنباله رو باید از موتور اصلی پیروی و آن را دنبال می کرد 4]؛.[5 مشکل عمده این روش نداشتن کنترل دقیقی روی موتورهای دنباله رو است که این مشکل در کنترل برداری میانگین به وسیلهی لحاظ کردن مقدار میانگین جریان استاتورها و شار رتورها تا حد زیادی برطرف شد .[6-7]

در مرجع [8] از یک روش کلیدزنی هوشمند و ساده برای کنترل ولتاژهای موردنیاز هرکدام از موتورهای موازی استفاده شد بهگونهای که کنترلکننده سرعت مجازی بین اینورتر و هر موتور قرار گرفت و از روش اسکالر سنتی برای کنترل سرعت هر موتور استفاده شد. در ادامه برای بهبود این الگوریتم از روشهای برنامهنویسی سیستمهای غیرخطی برای محاسبهی ولتاژ و فرکانس موردنیاز در هر زمان استفاده شد و گشتاور لحظهای بهوسیلهی شبیهساز جریان و شار تخمین زده میشد. در این روش اختلاف سرعت بین موتورها کمتر از %3 میباشد

کنترل برداری شار رتور با میانگینگیری از پارامترها و میانگینگیری بردارهای فضایی در [10] بحث شده است. در میانگینگیری پارامترها دو موتور مانند یک موتور رفتار میکنند ولی در میانگینگیری بردارهای فضایی، هر موتور بردارهای فضایی خود را دارد.

در موتورهای موازی معمولاً توان موتورها یکسان است و سیستم هنگامی پایدار میماند که سرعت رتور و جریان موتورها یکسان باشد تا جریان چرخشی بین موتورها به صفر برسد؛ اما زمانی که بین سرعت رتورها اختلاف به وجود آید، جریان کشیده شده توسط هر موتور متفاوت است که باعث افزایش جریان چرخشی میشود. از دلایل اختلاف افتادن بین سرعت موتورها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

-1عدم تطابق دقیق پارامترهای دو موتور

-2لغزش متفاوت در شرایط بار کامل در شرایط عدم تعادل بار، اگر میانگین جریان سیمپیچیهای استاتور و شار رتورهای دو موتور لحاظ شود، جریان یکی

از موتورها افزایشیافته و به همین ترتیب سرعت موتور دیگری نیز بهطور پیوسته افزایش مییابد که این باعث ناپایداری سیستم میشود. در روش پیشنهادی برای حفظ پایداری سیستم، علاوه بر مقدار میانگین شارهای دو موتور، اختلاف آنها نیز لحاظ شده است تا بتوان موتورها را در شرایط مختلف کنترل کرد.

.2 مدل سیستم کششی

هر قطار برقی دارای چند واگن است که هر واگن به وسیله دو بوژی حرکت می کند و هر بوژی دارای دو موتور و چهار چرخ می باشد. این بوژی دارای دو محور افقی و یک محور عمودی می باشد که هر موتور در یک محور افقی قرار می گیرد و به کوپل مکانیکی به چرخ های کناری خود متصل می شود. سیستم مطالعه شده در این مقاله که در شکل 1 نشان داده شده است، یک بوژی می باشد که دارای دو موتور القایی موازی است و به وسیله یک اینورتر سه فاز تغذیه می شود.

شکل .1 مدل سیستم کششی مطالعه شده

در سال های اخیر سیستم این بوژی ها به گونه ای بود که برای کنترل دو موتور تعبیه شده روی بوژی - یکی در جلو و دیگری در عقب - از دو اینورتر مستقل استفاده می شد اما امروزه به دلیل کاهش هزینه، حجم و فضا می توان از یک اینورتر به جای دو اینورتر استفاده کرد. با توجه به توان بالای موتورهای بکارگرفته شده در قطارهای برقی، اینورترهای مورد استفاده برای کنترل این موتورها نیز دارای توان و حجم و وزن بالا می باشند که حذف یکی از آنها باعث کاهش قابل توجه هزینه این سیستم های کششی می شود.

.3 الگوریتم کنترلی پیشنهادی

این روش کنترلی مانند روش کنترل برداری شار یا میدان برای کنترل یک موتور میباشد با این تفاوت که در این روش مقدار میانگین و اختلاف گشتاور دو موتور در الگوریتم کنترلی لحاظ میشود. استفاده از مدل بردارهای فضایی یک موتور القایی میتواند روش کنترلی مطلوبی در سیستمهای دوموتوره با یک اینورتر باشد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید