بخشی از مقاله
چکیده:
کنترل موتورهاي القایی سه فاز با توجه به نقش مهم آنها در صنعت، از اهمیت خاصی برخوردار است. در موتورهاي روتور سیمپیچی شده، کنترل سرعت از طریق تغییر مقاومتهاي خارجی روتور امکانپذیر میباشد. این روش بیشتر در موتورهاي با توان پایین کاربرد دارد و در موتورهاي توان بالا به دلیل تلفات اهمی زیاد، کمتر استفاده میشود، به همین خاطر در موتورهاي توان بالا میتوان از روش دیگري به نام درایو کرامر استاتیک1 استفاده کرد تا به جاي تلفات اهمی، بازیافت انرژي داشت. در کاربردهایی که نیاز به گشتاور تولیدي بالایی است و یک موتور پاسخگو نمیباشد، می توان چند موتور را به صورت مکانیکی کوپل کرد تا گشتاور بار بین آنها تقسیم گردد.
به دلیل تغییر پارامترهاي الکتریکی و مکانیکی موتور، تقسیم گشتاور به طور مساوي بین موتورها با مشکل مواجه میشود. در این مقاله روش جدیدي مبتنی بر درایو کرامر استاتیک ارایه شده، که با وجود تغییر در پارامترهاي موتور، مقاوم و منعطف است. در نهایت روش پیشنهادي براي یک سیستم با دو موتور القایی200 اسب بخار که به صورت مکانیکی کوپل شدهاند، در MATLAB/SIMULINK شبیهسازي شده است. نتایج حاصل نشان دهنده تقسیم مساوي بار بین دو موتور با پارامترهاي متفاوت است.
-1 مقدمه
موتورهاي القایی با روتور سیمپیچی شده به خاطر در دسترس بودن سیمپیچی روتور براي تغییر مقاومت روتور، قابلیت انعطاف بیشتري از نظر کنترل نسبت به موتورهاي قفس سنجابی دارند. روش قدیمی و مرسوم براي تغییر توان لغزش و کنترل سرعت، تغییر مکانیکی مقاومتهاي خارجی در روتور است. با تغییر مقاومتهاي خارجی میتوان به مشخصههاي گشتاور-سرعت مختلف رسید، اما این روش کارآمد نیست و اگر مقاومتهاي روتور برابر نباشند، باعث عدم تعادل در ولتاژها و جریانها می- شود.
براي رفع مشکل عدم تعادل مقاومتها در هر فاز، میتوان مقاومت سه فاز را با یک یکسوکننده دیودي سه فاز و یک چاپر جایگزین کرد. اما همچنان مشکل اتلاف توان زیاد در موتورهاي با توان نامی بالا وجود دارد، براي رفع این مشکل میتوان از درایو کرامر استاتیک استفاده کرد. در این مقاله ابتدا عملکرد درایو کرامر استاتیک توضیح داده شده است. سپس مدل مداري هامونیک اول این سیستم بررسی میشود.
در ادامه کنترل حلقه باز و حلقه بسته براي این سیستم و در پایان درایو کرامر استاتیک حلقه بسته براي دو موتور القایی کوپل شده، بررسی و شبیهسازي شده است. میکند.[1] مبدل اینورتري جریان شاخه - Id - dc را به جریان با فرکانس شبکه تبدیل کرده و به ترانسفورماتور بازیافت میفرستد. مبدل با زاویه آتش - تاخیر - 90o ≤α ≤180o در حالت اینورتري کار میکند و انرژي را به شبکه برمیگرداند. تغییر زاویه تاخیر، اجازه کنترل انتقال توان و سرعت را میدهد.
-2 درایو کرامر استاتیک
درایو کرامر استاتیک از یک موتور القایی سه فاز روتور سیمپیچی شده، یکسوساز سه فاز، مبدل سه فاز تریستوري، راکتور صاف کننده جریان - فیلتر سلفی - ، و ترانسفورماتور بازیافت تشکیل شده است. فرم مرسوم این درایو در شکل1 آمده است. بخش حقیقی جریان - IT cosα - IT با بخش حقیقی جریان استاتور مخالفت کرده؛ باعث میشود که توان اکتیو دریافتی از شبکه کاهش یابد در حالی که بخش راکتیو جریان - IT sinα - IT با جریان مغناطیس کننده استاتور موافقت میکند و این سبب افزایش توان راکتیو دریافتی از شبکه میشود. به عبارتی دیگر ضریب توان کاهش مییابد.
براي بهبود ضریب توان میتوان به صورت محلی توان راکتیو تولید کرد. از درایو کرامر استاتیک در کاربردهایی با پمپها و پنکههاي توان بالا استفاده میشود که نیاز به کنترل سرعت در محدوده کم میباشند. به عنوان مثال براي کنترل پنکههاي کارخانه سیمان که حدوداً 100kw توان مصرف میکنند از این روش استفاده می- شود. امروزه بیش از 60 درصد برق صنعتی را موتورهاي القایی مصرف میکنند و با این روش انرژي الکتریکی زیادي صرفه- جویی میشود.[2]
به علت این که تنها هارمونیک اول در نظر گرفته شده است، منحنیهاي شکل4 از لحاظ کمی چندان دقیق نمیباشند و فقط براي تحلیل عملکرد سیستم استفاده میشوند. به عنوان مثال به ازاي یک زاویه آتش خاص، دستیابی به لغزشی کمتر از یک حد خاص - رابطه - - - 5 امکانپذیر نیست. چرا که براي لغزش هاي کمتر از این مقدار، ولتاژ خروجی اینورتر بیشتر از ولتاژ خروجی یکسوکننده میگردد و امکان تغییر جهت جریان شاخه dc نمیباشد.
