بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله ابتدا اصول کنترل مستقیم گشتاور مورد بررسی قرار گرفته و برخی تکنیکهای مورد استفاده برای بهبود آن نیز به طور خلاصه بیان گردیده است. همچنین عوامل موثر بر ریپل گشتاور بررسی شده است. بر همین مبنا و به منظور کاهش ریپل گشتاور، یک ساختار جدید برای مقایسه گر غیرهیسترزیس گشتاور ارائه و مقایسه ای بین اینورترهای انجام شده است.
در کنار این ساختار، یک استراتژی مناسب برای انتخاب بردارهای ولتاژ کلیدزنی پیشنهاد گردیده و در یک موتور القایی نمونه به صورت شبیه سازی، اعمال شده است. نتایج حاصله نشان میدهد که مدل پیشنهادی در مقایسه با مدل کلاسیک کنترل مستقیم گشتاور، کارایی مناسبتری از نظر کاهش ریپل گشتاور الکترومغناطیسی، شار و جریان استاتور داشته و به علاوه، خطای تغییرات فرکانس کلیدزنی نیز محدودتر میگردد.
-1 مقدمه
علاوه بر استفاده از سیستم های کنترل برداریFOC ، برای دستیابی به پاسخ سریعتر گشتاور در کنترل گشتاور لحظه ای از کنترل مستقیم گشتاور استفاده میگردد . این روش به طور وسیع در محرکه های موتور القایی با کارایی دینامیکی سریع مورد استفاده قرار میگیرد. مهمترین مزیت این روش سادگی آن است و توسط شرکت ABB به عنوان جایگزینی برای تکنیک FOC در نظر گرفته شده است.
در یک محرکه مستقیم گشتاور، شار و گشتاور الکترومغناطیسی به طور مستقیم و جداگانه با انتخاب حالتهای بهینه کلیدزنی اینورتر کنترل می شوند. انتخاب این حالتها برای محدود کردن خطای شار و گشتاور الکترومغناطیسی در باند هیسترزیس شار و گشتاور مختص خود میباشد. هدف از اعمال این محدودیت، دستیابی به پاسخ سریع گشتاور، کاهش فرکانس کلیدزنی اینورتر و نیز تلفات هارمونیکی است. بردارهای بهینه ولتاژ کلیدزنی مورد نیاز با استفاده از یک جدول کلید زنی بهینه، انتخاب میشوند. این بردارها با در نظر گرفتن ملاحظات فیزیکی که شامل موقعیت بردار فضایی شار ، بردارهای کلیدزنی در دسترس و گشتاور و شار مورد نیاز می باشد، بدست می آیند.
- 1 کنترل مستقیم گشتاور - DTC -
برای انتخاب بردار شار مورد نیاز در سیستم های کنترل برداریFOC ، سه حالت وجود دارد که هر یک دارای مشخصات خاص خود میباشند. این بحث به نوعی در مورد کنترل مستقیم گشتاور نیز صادق است و می توان بردار شار منتخب را از میان سه حالت ممکن - شار استاتور، روتور یا مغناطیس کننده در - FOC برگزید. در اینجا از شار استاتور بعنوان شار کنترل شده استفاده شده است . در سیستم DTC با استفاده از یک اینورتر ولتاژ - VSI - میتوان شار و گشتاور الکترومغناطیسی را با انتخاب مناسب بردارهای ولتاژ اینورتر کنترل کرد.
به طور کلی در یک ماشین القایی سه فاز متقارن، گشتاور الکترومغناطیسی متناسب با حاصل ضرب برداری بردار فضایی شار استاتور و بردار فضایی جریان استاتور میباشد.
ترتیب زوایای بردارهای فضایی شار روتور و استاتور نسبت به محور مستقیم قاب مرجع ساکن وψ′r شار روتور منتقل شده به سمت استاتور میباشد.
به علت بزرگ بودن ثابت زمانی روتور ماشین القایی نسبت به ثابت زمانی استاتور آن - وجود فواصل هوایی و بالاتر بودن مقاومت مغناطیسی مسیر شار روتور نسبت به شار استاتور - شار روتور در مقایسه با شار استاتور تغییرات بسیار کندتری دارد. از طرفی، در صورت ثابت بودن شار استاتور مقدار شار روتور نیز ثابت میماند . بنابراین اگر دامنه بردار فضایی شار استاتور و روتور ثابت در نظر گرفته شوند طبق رابطه - 2-1 - تغییر در جهت مناسب می تواند باعث تغییر سریع گشتاور گردد.
خود زاویه نیز بوسیله اعمال مناسب بردار فضایی ولتاژ استاتور که توسط اینورتر ولتاژ ایجاد میشود، به آسانی تغییر میکند. علاوه برا ین کنترل |̅ψs| بوسیله اعمال بردار ولتاژ اینورتر مناسب امکان پذیر به طور خلاصه می توان گفت در روش کنترل مستقیم گشتاور، کنترل سریع گشتاور الکترومغناطیسی لحظه ای با تغییر سریع در موقعیت بردار فضایی شار استاتور نسبت به بردار فضایی شار روتور و یا به عبارت دیگر با تغییر سریع سرعت بردار فضایی شار استاتور انجام میشود. دامنه و زاویه بردار فضایی شار استاتور به وسیله ولتاژهای استاتور تغییر میکند. در صورتی که برای سادگی از تلفات اهمی استاتور ماشین صرفنظر شود، میتوان نوشت:
-2 اینورتر سه سطحی NPC
دراین مقاله از اینورتر سه سطحی NPC استفاده گردیده است - شکل 1-2 - که بیست و هفت بردار مطابق - شکل -2 - 2 و جدول 1-2 تشکیل مید هد که در آن بردارهای بلند - بعلت داشتن ولتاژ زیاد - باعث افزایش یا کاهش زیاد گشتاور و بردارهای کوچک - بعلت داشتن ولتاژ کم - باعث افزایش یا کاهش خیلی کم و بردارهای متوسط بمقدار متوسط ، گشتاور را افزایش و یا کاهش مید هند .
موضوع مهم در اینورتر سه سطحی تاثیر بردارهای کوچک شامل بردارهای نوع p و نوع N بر روی نقطه صفر خازنها - شکل - 3- 2 وتاثیر آن بر بالانس ولتاژ بین خازنها میباشد بطوریکه بردارهای نوع P باعث بالا رفتن ولتاژ C1 و پایین آمدن ولتاژ C2 می شود و بردارهای نوع N ولتاژ C1 راکاهش و ولتاژ C2 را افزایش میدهند و این موضوع برای انتخاب بردارهای مناسب مهم میباشد، مطابق شکل 4-2 جهت تشکیل جدول - LOOK-UP TABLE - LUT چهار پارامتر اثر گذار را باید مدنظر قرار بگیرد گشتاور ، شار ، بالانس ولتاژ و ناحیه قرار گرفتن ولتاژ نمونه گیری در نظر گرفته میشود و این موضوع در جدول شماره 2-2 قابل مشاهده میباشد
جدول 1-2 گروهبندی بردارها
شکل 2-2 بردارهای تولید شده در NPC سه سطحی
جدول 2-2 حالات کلید زنی بردارهای اینورتر NPC سه سطحی
شکل 3-2 توازن ولتاژ نقطه خنثی n - a - بردارهای کوچک PPO و OON - b - بردار متوسط PNO
شکل4-2 استفاده از سه خطای گشتاور،شار و ولتاژ خازنها
