بخشی از مقاله
چکیده – موتورهاي توان بالاي شارمحوري داراي سرعت پایین و جریان بالایی می باشند، لذا کوچکترین ریپل جریان در این موتورها به چند صد آمپر می رسد. از طرفی به خاطر توان بالا و مشکلات کلید زنی توان بالا فرکانس کلید زنی کمتر از یک کیلو هرتز باید باشد و این سبب می گردد ریپل گشتاور زیاد شود. هدف از این تحقیق پیدا کردن روشی مناسب براي درایو این موتورها است به گونه اي که هم ریپل جریان و هم ریپل گشتاور کاهش یابند . از بین روش هاي موجود که براي توان هاي بالا و نوع بخصوص موتورهاي شار محوري موجود می باشد، روش هاي کنترل DTC و VC با دو مدولاسیون PWM و SVM مورد بررسی قرار گرفته اند. با استفاده از نرم افزار سیمولینک متلب و شبیه سازي توسط آن، بهترین روش براي درایو موتورهاي شار محوري انتخاب شده است.
-1 مقدمه
براي توانهاي بالا از ماشینهاي سنکرون استفاده میشود، که در گذشته توسط مبدلهاي تریستوري درایو میشدهاند. معمولاً موتورهاي سنکرون داراي سرعتبالایی هستند ولی، در بعضی از کاربردها بهسرعت پایین احتیاج داشتند؛ در نتیجه براي کاهش سرعت از چرخدنده استفاده میشده است، لذا در توان بالا و سرعت پایین علاوه بر قیمت بالا و وزن زیاد دستگاه، بازده آن نیز پایین میآمد. در این زمان بود که موتورهاي توان بالاي شار محوري بار دیگر توجه طراحان را به خود جلب نمود.
از طرفی با ظهور مغناطیسهاي دائم مبتنی بر خاك هاي کمیاب از قبیل Nd-Fe-B - نئودمیوم-آهن-بور - و عبور از چگالی شار 1,2 تسلا دریچه جدیدي براي طراحی موتورها با توان بالا بازگردید.[1] لذا توانستند، ماشینهایی با توان بالا و سرعتپایین طراحی کنند که علاوه بر بازده بالا داراي نسبت گشتاور به وزن بالایی باشند و بدین صورت موتورهاي مغناطیس دائم شار محوري به عرصه صنعت ظهور پیدا نمودند.[2]
در توانهاي بالا به خاطر محدودیت در کلید زنی ریپل گشتاور افزایش مییابد، لذا سعی میشود تا با روشهایی در طراحی ریپل گشتاور - به دلیل کلید زنی با فرکانس پایین - و ریپل جریان - به دلیل مشکلات تزریق جریان هارمونیکی به شبکه - را کاهش دهند. از آن جایی که در ایران میتوان این ادعا را نمود که تا الآن کسی به موضوع توان بالا نپرداخته است سعی شده است که بیشتر به این موضوع پرداخته شود . نه تنها در ایران بلکه در سطح بینالمللی نیز، این موضوع هنوز جاي کار فراوان دارد.
-2 مدلسازي موتور شار محوري
مدل ریاضی ماشین شار محورکاملاًي شبیه ماشین شار شعاعی است . میتوان مدل دینامیکی موتور شار محوري را که کاملا از نظر ریاضی شبیه موتور سنکرون است را در دستگاه گردان dq به صورت زیر مدل نمود:[1]
-3 روشهاي کنترل موتور هاي شار محوري
براي کنترل موتورهاي شار محوري از روشهاي مبتنی بر تغییر فرکانس و ولتاژ استفاده میشود. کاربردهاي توان بالا استفاده نمی گردد.[4-3] در کنترل برداري موتور AFPM نیز، سعی بر آن است که شار روتور همواره روي محور d قرار داشته باشد. محور d روتور، همراستا با سیمپیچ میدان روتور - و یا در راستاي قطب S به N در روتورهاي - PM است.
در واقع به دنبال آن هستیم تا با تغییر مناسب ولتاژ و فرکانس، کاري کنم یتا اولاً دامنه شار ثابت باقی بماند و اًثانی جهت آن نیز همواره روي محور d باقی بماند. در ناحیه گشتاور ثابت، با صفر قرار دادن جریان مرجع استاتور در راستاي محور d و استفاده از کنترلگر مناسب، i_ds صفر خواهد شد و در نتیجه خواهیم داشت: رابطه فوق نشان میدهد که بهروش کنترل برداري، گشتاور همانند موتور DC مغناطیس دائم - PMDC - تنها توسط مؤلفه جریان استاتور قابل تنظیم است.[5]
روش کنترل اسکالر با ثابت نگهداشتن نسبت V/F، سبب ثابت نگهداشتن دامنه شار در مقدار نامی آن میشود. روش اسکالر روشی ارزان براي کنترل موتورهاي AC از جمله - PMSMیا - AFPM است. در موتورهاي توان بالا به دلیل استفاده از هادي هاي قطور مقاومت سیمپیچیها کم است، از طرفی به دلیل پایین بودن فرکانس منبع تغذیه در توانهاي بالا و کم بودن راکتانس استاتور در این نوع موتورها، پایین بودن ولتاژ استاتور سبب کاهش پایداري حلقه باز و افزایش افت ولتاژ امپدانس استاتور میشود و از طرف دیگر سبب کاهش تلفات و افزایش ضریب توان موتور میگردد.
لذا از این روش براي مزیت اصلی روش کنترل مستقیم گشتاور در مقایسه با روش کنترل برداري، پاسخ گشتاور سریعتر است. از دیگر مزایا به ساده بودن کنترل م یدان عکسالعمل با توجه به کنترل مستقیم شار میتوان نام برد. اشکال عمده روش DTC، ریپل بالا است. زیرا تا زمانی که خروجیمثلاً، گشتاور یا شار پسماند بدون تغییر باقی بماند، حالت کلید زنی بدون تغییر باقی میماند. دیگر اشکال این روش، فرکانس کلید زنی متغیر است. میتوان براي افزایش سرعت بهجاي نگهداشتن دامنه شار پیوندي ثابت استاتور، سرعت چرخش شار پیوندي استاتور را افزایش دهیم و بنابراین زاویه بین شار استاتور و روتور افزایش مییابد.
