بخشی از مقاله
چکیده - مزیتهای زیاد رانش الکتریکی بهرهگیری از آن را برای تحرک شناور مناسب کرده است. در این مقاله با توجه به مزایای موتورهای چندفازه، راهاندازی یک موتور القایی ششفازه بررسی شده است. بهعلت مزایای فراوان و پاسخهای مناسب، کنترل سرعت موتور با الگوریتم DTC-SVPWM انجام شده است. ابتدا مدلسازی موتور ششفازه و سپس استخراج روابط کنترلی و در نهایت شبیهسازی سیستم در نرمافزار SIMULINK MATLAB انجام شده است.
نتایج حاصل از شبیهسازی و پیادهسازی بر روی یک نمونه آزمایشگاهی با توان 2 کیلوواتی همگی موید مناسب بودن این روش کنترلی برای کلیه شرایط عملکردی سیستم شناور بوده است. با اجرای یک سری مانورهای رایج عملی که در شناورها اجرا میشود، نتایج نمونه آزمایشگاهی جهت بهرهبرداری در یک شناور واقعی استخراج شد.
-1 مقدمه
مزیتهای زیاد رانش الکتریکی شامل قدرت حمل بار بیشتر، انعطافپذیری زیاد در طراحی کشتی، دستیابی به قابلیت اطمینان بالاتر، صرفهجویی در مصرف سوخت، کاهش هزینههای نگهداری، افزایش دسترسی به نیروهای کمکی و مزیت زیست محیطی بهرهگیری از آن را برای تحرک شناور مناسب کرده است. موتورهای چندفازه دارای مزایای تولید کمتر محتوای هارمونیکی، بازه خطا و قابلیت اطمینان بیشتر، افزایش فرکانس نوسانهای گشتاور و کاهش دامنه جریان هر فاز بدون کاهش ولتاژ آن میباشد.[1]
مهمترین دلیل انتخاب یک موتور القایی ششفازه در این پژوهش توجه به مداومت شناوری در صورت بروز خطا و همچنین آزمونی برای دستیابی به توانهای زیاد در رانش الکتریکی یک کشتی میباشد. کارهای پیشین در کشور فاقد نگاه عملی و بهرهگیری از نتایج برای پیشبرد طرحهای مورد نیاز سازمانهای دریایی کشور میباشد که استفاده از رانش الکتریکی را بهعنوان نیازی بیجایگزین مدنظر گرفتهاند. روش DTC در سال 1984 توسط تاکاهاشی و سپس در سال 1985 توسط دپنبروک در آلمان معرفی شد.[2]
بوگومولوف، یک مطالعهی جامع برای طراحی موتور سنکرون آهنربای دائم 20 مگاوات برای کاربرد رانش دریایی انجام داده است.[3] طاهری و همکاران، یک کنترلکننده جستجوی شار را برای بهبود کارایی روش DTC در یک موتور القایی ششفازه پیشنهاد دادهاند.[4] در کارهای اخیر تمرکز بر روش DTC بهدلیل برخورداری از مزایایی همچون پیادهسازی مناسب در پردازندههای دیجیتال و مقاوم بودن سیستم کنترل به تغییر مؤلفههای ماشین بهجز مقاومت استاتور است.
تدوین این مقاله به این صورت است که در ادامه روش کنترل دور موتور ششفازه القایی و الگوریتم DTC-SVPWM مناسب آن بازبینی شده است. سپس در بخش شبیهسازی برای بررسی درستی عملکرد سیستم، نرمافزار MATLAB بهکار گرفته شد. نمایی از راهانداز پیادهسازی شده برای کنترل یک موتور القایی ششفازه 2 کیلوواتی نشان داده شده است. در نهایت مقاله با نتیجهگیری کارهای صورت گرفته پایان مییابد.
-2 کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون پهنای پالس بردار فضایی - DTC-SVPWM -
موارد زیر به آن دلیل آورده میشود که تفاوتها و شباهتهای موتور سه فاز با یک نمونه ششفازه تبیین شود. معادله گشتاور موتور القایی ششفازه بهصورت رابطه - 1 - میباشد. با توجه به رابطه - 8 - میتوان گشتاور را با کنترل زاویه بین شار استاتور و روتور کنترل کرد. میتوان سرعت زاویهای شار روتور را ثابت در نظر گرفت و با تغییر زاویه شار استاتور s ، گشتاور موتور را تغییر داد و بهصورت مستقل کنترل کرد.
در فواصل زمانی کوچک نمونهبرداری، میتوان رابطه زیر را بین بردارهای فضایی شار و ولتاژ استاتور در نظر گرفت.که بردار تغییر شار استاتور، Vs بردار ولتاژ استاتور و T زمان نمونهبرداری است. میتوان با اعمال بردار ولتاژ مناسب، شار استاتور را تغییر داد و زاویه بین شار استاتور و شار روتور و درنتیجه گشتاور موتور را کنترل کرد.[6] در شکل 1 چگونگی تأثیر بردار ولتاژ Vs بر بردار شار s را نشان میدهد.
نظریهی کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون پهنای پالس بردار فضایی - DTC-SVPWM - ، موفقیتهای بزرگی در کنترل سرعت راهانداز موتورهای القایی بهدست آورده است.[10] روش SVPWM دارای مزایای متعددی است که استفاده بهتر از باس DC، فراجهش گشتاور کمتر، اعوجاج هارمونیکی کل کمتر در جریان موتور، تلفات کلیدزنی کمتر و پیادهسازی آسانتر در سیستمهای دیجیتال را ارائه میدهد.
بهطور کلی دو روش اصلی برای افزایش توان در ماشینهای الکتریکی وجود دارد. روش نخست استفاده از اینورترهای چندسطحی و روش دوم بهرهگیری از ماشینهای چندفازه میباشد.[11] ماشینهای ششفازه از نظر اتصال سیمپیچیهای استاتور به دو ساختار یک صفر مشترک و دو صفر مجزا تقسیم میشوند که در شکل 2 شمای کلی هر دو روش نمایش داده شده است.
در سیستم چندفازه که با یک اینورتر منبع ولتاژ شش ساقه تغذیه میشود، هارمونیکهای بزرگ جریان به وجود خواهد آمد. با راهبرد جداسازی بردارهای فضایی، کاهش این هارمونیکها دنبال میشود. برای این منظور، مؤلفههای ولتاژ و جریان ماشین به سه زیر فضا تصویر میشوند. ابتدا بردار فضایی اصلی با زیرفضای d-q مدل میشود و سپس دو زیرفضای عمود بر آن در نظر گرفته میشود. با این کار هارمونیکهایی که باعث چرخش نیروی الکتروموتوری در ماشین میشوند و هارمونیکهایی که چرخش در آنها صفر است از هم جدا میشوند و تحلیل و کنترل ماشین بسیار سادهتر خواهد شد.
