بخشی از مقاله
چکیده:
موتورهای القایی چندفاز بطور گسترده ای در سیستم های درایو صنعتی استفاده می شود که نسبت به همتای سه فاز خود دارای مزایای بسیار زیادی است. بنابراین کنترل این نوع موتورها از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش های کارآمد در کنترل موتورهای القایی روش کنترل مستقیم گشتاور - DTC - 1 است.
با استفاده از این روش می توان محدودیت ها و پیچیدگی های روش کنترل برداری، که یکی دیگر از روش های کنترل موتور القایی است، را کاهش داد. اگرچه این روش موجب افزایش ریپل های گشتاور و شار ماشین می شود ولی در مقابل سهولت در اجرا را به همراه دارد. به بیان دیگر در این روش هدف آن است که شار و گشتاور موتور القایی مستقل از یکدیگر و همانند موتور DC کنترل گردند.
در این مقاله روش کنترل مستقیم گشتاور به عنوان یک روش کنترلی مناسب برای کنترل موتور القایی شش فاز معرفی شده است. لذا در گام اول با استفاده از مطالعات کتابخانه ای به بررسی مطالب کلی در خصوص موتور القایی، همچون تئوری، ساختار، کاربرد و مزایای آن پرداخته شد. در گام دوم با مطالعه تعدادی مقالات داخلی و خارجی به بررسی موتور القایی شش فاز و معادلات مربوط به آن پرداخته شد. در گام سوم روش کنترل مستقیم گشتاور و ساختار و ویژگی های آن و همچنین کنترل شار و گشتاور در این روش به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت نتایج شبیه سازی با استفاده از نرم افزار Matlab/Simulink ویژگی های توصیف شده در مقاله را تایید می نماید.
-1 مقدمه:
ماشین های القایی بیش از صد سال قبل به دلیل مزایایی نظیر عدم پیچیدگی ساختاری، قدرت بالا، قابلیت اطمینان خوب، قیمت، حجم و وزن کم و راندمان بیشتر مورد استفاده قرار گرفته اند.
موتور القایی سه فاز دارای مزایای مهمی از جمله ساختار ساده، قابلیت اطمینان، استحکام، تعمیر و نگهداری کمتر، هزینه کمتر می باشد که منجر به استفاده گسترده در بسیاری از کاربردهای صنعتی می شود. در سال های اخیر، موتورهای القایی چندفاز تعداد زیادی محقق را به خود جذب کرده است.
درایو موتور چند فاز دارای چندین مزیت نسبت به درایو موتور سه فاز معمولی است. مانند کاهش دامنه پالس گشتاور جریان، افزایش فرکانس پالس گشتاور ، کاهش جریان استاتور در هر فاز بدون افزایش ولتاژ استاتور در هر فاز، افزایش قابلیت اطمینان و تحمل خطا
با توجه به فراوانی بردار ولتاژ در سیستم درایو چندفاز ، گشتاور حالت پایدار و عملکرد ریپل جریان، بهبود قابل توجهی در مقایسه با درایو سه فاز نشان داده است .[3] ماشین القایی چند فاز بطور معمول برای کاربردهای توان بالا، مانند نیروی محرکه کشتی، هواپیمای الکتریکی، خودروی برقی الکتریکی/هیبریدی و غیره مورد استفاده قرار گرفته است
برای کنترل موتورهای القایی، روش کنترل برداری و روش کنترل مستقیم گشتاور - DTC - بطور گسترده ای استفاده شده است.
هدف از کنترل برداری آن است که شار و گشتاور موتور القایی مستقل از یکدیگر و همانند موتور DC کنترل گردند . که در نتیجه شار و گشتاور موتور القایی همانند یک موتور DC توسط دو جریان مستقل از هم ids و iqs کنترل می شوند . آنچه که روش های برداری را بسیار کارآمد می کند تبدیل موتور القایی با استفاده از این روش ها به موتور DC از دید مدار کنترل می باشد.
در روش DTC سعی بر آن است که محدودیت ها و پیچیدگی های روش کنترل برداری حذف شود که این کار به قیمت افزایش ریپل های گشتاور و شار ماشین می باشد . این مشکلات نیز از طریق روش هایی تا حدودی قابل رفع می باشد.[4] روش DTC به دلیل پاسخ دینامیکی فوق العاده و وابستگی کمتر به پارامترهای ماشین توجه بیشتری را به خود جلب کرده است.
در روش کنترل مستقیم گشتاور - - DTC ، با استفاده از سیگنال های فیدبک گرفته شده از جریان و ولتاژ استاتور موتور القایی و توسط مدلسازی دقیق از عملکرد موتور، گشتاور و شار پیوندی موتور تخمین زده شده و براساس خطای شار و گشتاور موتور و همچنین موقعیت شار استاتور، فرمان های کلیدزنی مناسب به اینورتر اعمال می گردند . لذا گشتاور و شار استاتور موتور القایی کنترل می شوند.
-2 یافته ها
در این بخش ابتدا مطالب کلی در خصوص موضوع مورد مطالعه ذکر شده است. برای این منظور ابتدا تئوری موتور القایی بیان شده است. سپس موتور القایی شش فاز و مزایا و کاربرد آن و همچنین معادلات موتور القایی شش فاز شرح داده شد و موتور القایی شش فاز با سه فاز مقایسه گردید. سپس به بررسی کنترل مستقیم گشتاور موتور القایی و ساختار و ویژگی های آن و همچنین کنترل شار و گشتاور در این روش پرداخته شد. در قسمت آخر شبیه سازی کنترل مستقیم گشتاور موتور القایی شش فاز انجام شده و در نهایت نتیجه گیری نهایی از پژوهش بیان شده است
1؛2 تئوری موتور القایی:
موتورهای القایی یکی از ماشین های پرمصرف در صنایع بوده و حاوی یک قسمت ساکن به نام استاتور و یک قسمت دوار به نام روتور می باشند. روتور موتور القایی از نظر ساختمان به دو نوع روتور سیم پیچی شده و روتور قفس سنجابی تقسیم می شوند . موتورهای القایی در سه حالت موتوری، ژنراتوری و ترمزی مورد بهره برداری قرار می گیرند. در ماشین القایی جریان میدان توسط القای مغناطیسی - عمل ترانسفورماتوری - در سیم پیچ های میدان آنها ایجاد می شود. در این ماشین ها ولتاژ در سیم پیچ های روتور در اثر القا ایجاد می شود نه بوسیله اتصالات فیزیکی از بیرون روتور .استاتور به شبکه AC متصل می شود و در رتور جریان ACبه علت القا برقرار می شود .به همین علت به آن ها ماشین های القایی گفته می شود . کاربرد این ماشین ها بصورت ژنراتور محدود است و به ندرت بکار می رود به همین دلیل این ماشین ها به موتورهای القایی معروفند.
پایین بودن " قیمت" KW/ روان و بی صدا کار کردن ، عمر طولانی و نیاز کم به تعمیر و نگهداری از مزایای موتور القایی در مقایسه با موتورهای DC یا سنکرون است.
2؛2 موتور القایی شش فاز:
در کاربردهای توان بالا مانند صنایع دریایی و نیز راهآهن قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار است. به همین خاطر است که ماشینهای القایی چندفاز در این سیستم ها مورد استفاده قرار می گیرند.
یک راهکار منطقی برای کنترل گشتاور موتور القایی شش فاز یا همان6PIM2 این است که روش های کنترلی که برای موتورهای القایی سه فاز به کار گرفته می شود توسعه داده شوند و برای کنترل موتور القایی شش فاز به کار بسته شوند .این روش خود باعث می شود که قابلیت اطمینان به حد مطلوبی برسد و تلرانس خطا نیز کاهش یابد.
در موتور القایی شش فاز 26 = 64 بردار ولتاژ تولید می شود که نسبت به موتور القایی سه فاز تعداد بردار ولتاژ بیشتری تولید می کند. افزایش تعداد بردار ولتاژ اجاز تولید جدول کلیدزنی با جزییات بیشتر را می دهد. همچنین دامنه مختلف بردار ولتاژ امکان به حداقل رساندن ریپل شار و گشتاور استاتور را افزایش می دهد.
