بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، روش کنترل مستقیم گشتاور1 موتور القایی بر اساس مدولاسیون بردار فضایی2 ارزیابی میشود. کنترل مستقیم گشتاور روشی براي کنترل ماشینهاي الکتریکی با استفاده از کنترل گشتاور و شار موتور است. در روش کنترل مستقیم گشتاور متداول گشتاور و جریان دچار اعوجاج خواهند شد. در این روش علت اعوجاج گشتاور و جریان ناخواسته، تعداد کم بردارهاي ولتاژ اعمال شده به موتور است. روش کنترل مستقیم گشتاور بر اساس مدولاسیون بردار فضایی3 تکنیکی براي کاهش اعوجاج میباشد.
تکنیکهاي مدولاسیون بردار فضایی شامل چندین مزیت از جمله اعوجاج گشتاور کمتر، اغتشاش هارمونیک کل4 کمتر در جریان موتور AC، تلفات کلیدزنی کمتر و اجراي آسان تر در سیستمهاي دیجیتال، میباشند. در این مقاله روش کنترل مستقیم گشتاور سنتی و پیشرفته بررسی و مقایسه شدهاند. نتایج در محیط سیمولینک نرمافزار متلب آزمایش شده و نشان میدهند که اعوجاج گشتاور، شار پیوندي و جریان استاتور با روش کنترل مستقیم گشتاور پیشرفته کاهش مییابند.
-1 مقدمه
موتورهاي القایی کاربرد گستردهاي در راهاندازهاي با عملکرد بالا دارند. این موتورها تاریخچهي وسیعی دارند و کنترل نیز در کاربردهاي آنها اهمیت دارد. موتورهاي القایی کاربردهاي زیادي در راهاندازهاي با سرعت متغیر در مصارف صنعتی، تجاري و خانگی دارند. سیستم کنترل راهاندازها حساسترین قسمت موتورهاي القایی می باشد زیرا این موتورها نیازمند عملکرد کنترلی مناسب نظیر واکنش دقیق و سریع گشتاور و شار، گشتاور زیاد در سرعت کم و گسترهي وسیع سرعت هستند
در روش کنترل مستقیم گشتاور، کنترل دستگاه با استفاده از کنترل گشتاور و شار موتور صورت میگیرد.
طرح اولیهي روش کنترل مستقیم گشتاور شامل دو مقایسهگر با ویژگیهاي متفاوت، جدول کلیدزنی، اینورتر منبع ولتاژ1، بلوك برآورد شار و گشتاور و موتور القایی میباشد.
همانند هر روش کنترلی، روش کنترل مستقیم گشتاور نیز مزایا و معایبی دارد. برخی از مزایاي آن شامل وابستگی کمتر به پارامترها، مقاومسازي بیشتر سیستم و اجراي آسانتر بوده و معایب آن نیز شامل کنترل دشوار شار و گشتاور در سرعت پایین، انحراف جریان و گشتاور در حین تغییر بخش در قاب d-q، فرکانس سوئیچینگ متغیر، نیاز به زمان نمونهبرداري زیاد براي اعمال کنترلکنندههاي پسماند دیجیتال و اعوجاج گشتاور زیاد است.
اعوجاج گشتاور سبب تولید نویز و ارتعاش شده که در راه اندازهاي موتور فاقد حسگر خطا ایجاد نموده و اعوجاج جریان مربوطه، باعث تداخل امواج2 میشود. علت زیاد بودن اعوجاج جریان و گشتاور در روش کنترل مستقیم گشتاور ، وجود مقایسهگرهاي پسماند مغناطیسی همراه با تعداد محدود بردارهاي ولتاژ در دسترس، میباشد.[2]
براي کاهش اعوجاج گشتاور، باید تغییرات بردار شار استاتور که براي جبران خطاهاي گشتاور و شار لازم است صورت بگیرد و همچنین، هر بردار ولتاژ باید به واسطه ي مکانیزم کنترل ایجاد شود. اگر تعداد بردارهاي ولتاژ بهکار رفته بیشتر از روش کنترل مستقیم گشتاور متداول باشد، کنترل موتور مورد نظر به دست میآید. بهدلیل پیچیدگی توان و مدار کنترل، این روش براي کاربردهاي توان کم یا متوسط، رضایتبخش نیست. یکی از روشهاي در دسترس افزایش تعداد بردارها، مدولاسیون آنلاین بین بردارهاي فعال و خنثی می باشد.
براي غلبه بر این مشکل، روش هاي SVM-DTC و DVSM-DTC مطرح شدند. مبناي روش SVM-DTC، در مرحلهي اول محاسبهي بردار فضایی ولتاژ مورد نیاز براي جبران خطاهاي شار و گشتاور از طریق یک روش قابل پیشبینی بوده و سپس تولید آن با استفاده از مدولاسیون بردار فضایی در هر مقطع از زمان نمونهبرداري، در مرحله دوم صورت میگیرد.
در کاربردهاي صنعتی روش هاي مدولاسیون بردار فضایی متفاوتی وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:
-1 مدولاسیون بردار فضایی مستقیم- معکوس، -2 مدولاسیون بردار فضایی مستقیم-مستقیم، -3 روش مستقیم- مستقیم با Vnull=[000]، -4 روش مستقیم – مستقیم با .Vnull=[111] انتخاب روش مدولاسیون بردار فضایی مورد استفاده به معیارهاي بهینهسازي مورد نظر یعنی اعوجاج گشتاور/جریان، اتلاف هارمونیک و یا اتلاف سوئیچینگ بستگی دارد.
-2 روشهاي کنترل
-1-2 روش کنترل مستقیم گشتاور قدیمی روش کنترل مستقیم گشتاور در ابتدا براي ماشینهاي القایی پیشنهاد شد. در صنعت روش کنترل مستقیم گشتاور ارائه شده توسط تاکاهاشی و نوگوچی براي کاربردهاي با توان کم و متوسط و روش کنترل مستقیم گشتاور ارائه شده توسط دپنبروك براي کاربردهاي با توان زیاد، مشهور هستند. استراتژي کنترل مستقیم گشتاور با کنترل میدانی1 یا کنترل برداري که نیازمند تغییرات پیچیده و محاسبات گسسته نیست، تفاوت دارد.[4] مدل اصلی روش کنترل مستقیم گشتاور قدیمی براي موتور القایی در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل :1 طرح اصلی روش کنترل مستقیم گشتاور در موتور القایی
دو جریان استاتور - ISA , ISB - و ولتاژ باس DC نمونهبرداري شدهاند. اجزاي d-q بردارهاي فضایی ولتاژ و جریان استاتور در قاب ثابت و نیز دامنهي شار استاتور و گشتاور الکتریکی توسط رابطههاي 1 الی 8 محاسبه شده است.
