بخشی از مقاله
چکیده
موتور جریان مستقیم بدون جاروبک1 یکی از انواع موتورهایی است که به سرعت در حال کسب محبوبیت می باشند. موتور BLDC در صنایعی مانند لوازم خانگی، خودرو، هوافضا، پزشکی، تجهیزات اتوماسیون صنعتی استفاده میشود. موتور BLDC دارای مزایای بسیاری نسبت به انواع موتورهای DC و موتورهای القایی مانند بازده بالاتر، قابلیت اطمینان بیشتر، نسبت گشتاور به اندازه موتور بالاتر و محدوده سرعت بیشتر می باشد.
در این مقاله ابتدا چند نمونه از روشهای کنترل سرعت موتور BLDC به صورت مختصر توضیح داده میشود و سپس روش کنترل انتگرالیBتناسبی به دلیل سادگی ساختار و بهبود خطای حالت ماندگار و تضعیف نویزهای فرکانس بالا برای کنترل سرعت موتور جریان مستقیم بدون جاروبک استفاده میشود. در روش پیشنهادی، از کنترل کننده ی انتگرالی تناسبی به منظور تنظیم ولتاژ ورودی به اینورتر سه فاز استفاده میشود و هم چنین کلیدزنی مناسب سوئیچهای اینورتر بر اساس موقعیت رتور و رمزگشایی از سنسورهای اثر هال انجام میشود.
سپس روش پیشنهادی در محیط Simulink نرم افزار MATLAB پیادهسازی میشود و مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج بدست امده نشان میدهد که روش پیشنهادی، دارای کارایی مناسبی برای کنترل سرعت موتور BLDC به ازای مقادیر مختلف گشتاور بار میباشد.
-1مقدمه
موتورهای جاروبکدار از سال میلادی1886 و موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک - BLDC - از سال 1962میلادی، مورد استفاده تجاری قرار گرفتند. این موتورها نوعی از موتورهای سنکرون هستند زیرا میدان مغناطیسی در روتور و استاتور با یک فرکانس ایجاد میشود
طبق استاندارد انجمن ملی سازندگان یک موتور جریان مستقیم بدون جاروبک، ماشین دوار خود سنکرونی است که دارای روتور مغناطیس دائم بوده و از موقعیتهای مشخصی از شافت دوار روتور، جهت کموتاسیون الکترونیکی استفاده میشود. این موتور میتواند همراه با درایوهای الکترونیکی مربوطه بصورت مجتمع باشد یا اینکه موتور از درایو مربوطه جدا باشد
موتورهای BLDC به سبب ویژگیهایی از جمله نویز پایین، بهره ی بالا، کاهش ملزومات تحریک، نگه داری کم و طول عمر بیشتر، سهولت در کنترل و ساختار مجتمع و متراکم و شتاب گیری سریع و قابلیت اطمینان بالا به طور گسترده در صنایع اتومبیل سازی و هوافضا و پزشکی و تجهیزات اتوماسیون و ابزار دقیق و لوازم خانگی مورد استفاده قرار میگیرند
موتورهای BLDC با توجه به نحوه ی اتصال سیم پیچیهای استاتور و ولتاژ اعمالی به فازهای استاتور به دو نوع موتورهای BLDC با تغذیه ی سینوسی - BLAC - و موتورهای BLDC با تغذیه ی ولتاژ ورودی ذوزنقه ای تقسیم میشوند. در نوع تغذیه ی سینوسی ولتاژ ورودی به سیم پیچها سینوسی می باشد و توزیع سیم پیچهای فاز استاتور نیز به صورت سینوسی میباشد. اما در نوع تغذیه ی ذوزنقه ای، ولتاژ اعمالی به سیم پیچها به صورت ذوزنقه ای میباشد و توزیع سیم پیچهای فاز هم به صورت ذوزنقه ای میباشد
-2ساختمان موتور
استاتور:
استاتور موتور BLDC شامل ورقههای فولادی دسته بندی شده ای میباشد که به همراه سیم پیچها در اسلات هایی جاسازی شده اند که دو سر آنها در راستای محیط داخلی موتور قرار دارند. شکل - - 1 استاتور موتور BLDC را نشان میدهد.
شکل :1 استاتور یک موتور BLDC
استاتور موتور BLDC شبیه به استاتور موتور القایی میباشد اما الگوی سیم بندی متفاوتی دارد. اغلب موتورهای BLDC دارای سه سیم پیچ استاتور میباشند که به صورت ستاره به یکدیگر متصل شدهاند. هر سیم پیچ متشکل از تعداد زیادی حلقه بود که متوالیا و با آرایشی خاص به یکدیگر متصل شدهاند. هر سیم پیچ در داخل استاتور به نحوی توزیع شده تا تشکیل یک قطب بدهند. دو نوع آرایش سیم بندی برای استاتور وجود دارد که در نتیجه ی آن موتورهای BLDC ذوزنقه ای و موتورهای BLDC سینوسی مطرح میشوند. این تفاوت از نحوهی اتصال کویلهای استاتور ظاهر میگردد که در نتیجه دو نوع مختلف ولتاژ ضد محرکه الکترومغناطیسی - - Back-Emf پدید میآید .[5]
رتور:
روتور یک موتور BLDC از مواد مغناطیسی ساخته میشود و تعداد زوج قطبها از یک تا عدد8 تغییر مینماید. روتور موتورهای مغناطیس دائم معمولا در پیکربندیهای ذیل ساخته میشود:
-1نوع مغناطیس داخلی - Interior-Magnet Rotor -
-2نوع مغناطیس سطحی یا خارجی - - Surface-Magnet Rotor
Inset-Magnet Rotor-3
-3 -1مدلسازی موتور
شکل2 پیکربندی کلی درایو موتور BLDC سه فازه به همراه مدار معادل موتور را نشان میدهد. توپولوژی اینورتر از نوع اینورتر منبع ولتاژ 6 سوئیچه با ولتاژ لینک dc ثابت - - Vd میباشد.
شکل.2 پیکربندی کلی سیستم درایو موتور BLDC و مدار معادل موتور
با در نظر گرفتن فرضهای فوق معادلات ولتاژ یک موتور BLDC بصورت ذیل خواهد بود که در معادله فوق ec , eb , ea ولتاژهای ضدمحرکه ذوزنقه ایی شکل میباشند. گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده نیز از رابطه ی - 2 - بدست میآید:
که در آن، TL گشتاور بار بوده و B وJ نیز به ترتیب ضریب اصطکاک بار و ممان اینرسی ارجاعی به شافت روتور می باشند.
