کنترل مستقیم گشتاور در موتورهای القایی دو تغذیه و شیوه های بهبود عملکرد این روش

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی برق
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:129
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

چکیده

فصل اول: مقدمه

۱-۱- اهمیت کنترل موتور القایی ۲

موتورهای القایی از نظر هزینه و سادگی ساخت نسبت به انواع دیگر موتورها برتری دارند و  به طور وسیع در صنعت مورد استفاده قرار گرفته­اند. از این رو کنترل این نوع موتورها از اهمیت خاصی برخوردار است. اما با وجود سادگی ساختار ماشین القایی کنترل دور و موقعیت آنها برای داشتن سرعت و گشتاور دلخواه، پیچیده تر از سایر موتورها در صنعت می­باشد]۳[.

۱-۲- محرکه های با کارایی بالا در کنترل موتورهای القایی ۲

در سال ۱۹۸۶ که ایده روش کنترل مستقیم گشتاور(DTC) اولین بار توسط Takashi مطرح شد و نیز در طی آن تا سال ۱۹۹۶ که اولین درایو DTC توسط شرکت ABB به بازار عرضه شد، روش کنترل برداری تنها روش کارآمد و کاربردی با پاسخ دینامیکی گشتاور مناسب و مورد استفاده در صنعت بود ]۱[.  یکی از مشکلات اصلی کنترل برداری علاوه بر زیاد بودن حجم محاسبات به دلیل تبدیلات متوالی و پیچیده برای از بین بردن کوپلاژ بین محورها و ساده شدن روابط شار و گشتاور،  نیاز به استفاده از سنسور دقیق به منظور پیدا کردن موقعیت شار روتور است، که در کاربردهای ارزان قیمت صرف هزینه برای سنسور قابل قبول نیست و درصورت استفاده از روش کنترل برداری بدون سنسور، که هم اکنون تحقیق و بررسی بر روی این روشها ادامه دارد،  منجر به افزایش پیچیدگی و حجم محاسباتی بسیار زیاد و استفاده از  DSPهای پرقدرت و گران قیمت می­شود. به طور کلی، محرکه­های موتورهای القایی مبتنی بر کنترل گشتاور برای استفاده در کاربرد­های با کارایی بالا، دو نوع هستند:

–  محرکه های مبتنی بر کنترل جهت دار بردار (FOC)

–  محرکه های مبتنی بر کنترل مستقیم گشتاور (DTC)

۱-۳- کنترل برداری موتور القایی ۲

با ظهور محرکه­های مبتنی بر کنترل برداری که در حدود ۳۰ سال پیش توسط محققان آلمانی معرفی و ارایه گردید، کنترل موتورهای جریان متناوب، با ایجاد کانال­های مستقل کنترل شار و گشتاور، مشابه کنترل موتورهای جریان مستقیم شد. در یک سیستم کنترل برداری نیاز به داشتن پارامترهای دقیق ماشین امری ضروری است و هرگونه عدم هماهنگی بین پارامترهای موتور و پارامترهای مورد استفاده در محاسبات سیستم کنترل برداری موجب اختلال در کار سیستم می­شود. با فرض ثابت بودن موقعیت زاویه ای شار روتور نسبت به قاب مرجع گردان، فازور جریان استاتور به دو مؤلفه همسو با شار روتور وعمود بر آن تجزیه می­شود. مؤلفه همسو با شار، جریان تولید کننده میدان و مؤلفه عمود بر آن، جریان تولید کننده گشتاور است. تجزیه جریان استاتور نیازمند اطلاع از موقعیت شار روتور است. این زاویه شار می­تواند مستقیماً در روش کنترل برداری مستقیم اندازه گیری شود یا در روش کنترل برداری غیر مستقیم محاسبه شود. عدم نیاز به سنسورهای زاویه شار و امکان کار در سرعتهای پایین، کنترل برداری غیر مستقیم را در مقایسه با کنترل برداری مستقیم کاربردی تر کرده است.­ عمده ترین مشکلی که در این نوع کنترل وجود دارد تغییر پارامترهای ماشین در شرایط کاری است .با توجه به اینکه در طراحی سیستم کنترل برداری از پارامترهای ثابت موتور استفاده می­شود،  ولی در عمل به خاطر شرایط کاری و تغییر دما و عامل اشباع مغناطیسی هسته، این پارامترها دچار تغییر می­شوند و این باعث عدم هماهنگی بین پارامترهای موتور و پارامترهای مورد استفاده در محاسبات سیستم کنترل برداری شده و موجب اختلال در کار سیستم می­شود]۱و۲[.

۱-۴- کنترل مستقیم گشتاور ۲

مطالعات و تحقیقات بعدی برای دستیابی به روش­های نوین دیگر برای کنترل موتور القایی منجر به ارائه و معرفی روش کنترل مستقیم گشتاور(DTC) توسط محققان ژاپنی و آلمانی، و در اواسط دهه ۸۰ میلادی روشهای نوینی در کنترل موتور القایی پایه گذاری شد. در این زمان M.Depenbrok  روش کنترل خودکار مستقیم [۱]( DSC ) و Takahasi و Noguchi روش کنترل مستقیم گشتاور       ) DTC ( را معرفی کردند. در حال حاضر از روش کنترل مستقیم گشتاور، برای کاربردرهای قدرت پایین و متوسط ، بیشتر استفاده می­شود. در مقابل از روش کنترل خودکار مستقیم به دلیل پایین بودن فرکانس کلید زنی و کمتر بودن مشکل کموتاسیون کلید ها در جریان دهی بالا، در کاربردهای قدرت بالا، نظیر سیستم­های کششی ریلی استفاده می­شود]۱و۲[.

  یکی از مزیتهای اصلی DTC نسبت به کنترل برداری عدم نیاز به تبدیلات پیچیده مختصات و عدم نیاز به سنسور دقیق موقعیت است­. که در قبال این سادگی مشکلاتی اساسی نظیر ضربان گشتاور زیاد و فرکانس کلید زنی متغییر و جریان راه اندازی بالا در روش DTC پایه وجود دارد.  این تفاوت از آنجا حاصل می­شود که در DTC پایه، کنترل شار و گشتاور به طور مستقیم توسط انتخاب چندین بردار ولتاژ استاتور محدود صورت می­گیرد. در حالی که در کنترل برداری از جریان­های استاتور در محورهای d,q برای کنترل شار و گشتاور، با انتخاب بردارهای ولتاژ دلخواه تولید شده، کنترل موتور صورت می­گیرد.

بنابراین از مزایای روش DTC می­توان به :

پاسخ دینامیکی و سرعت بالا در پاسخ به تغییرات گشتاور بار

سادگی الگوریتم کار و قابلیت بهبود و توسعه آن

 عدم وابستگی به پارامترهای موتور (فقط مقاومت استاتور نیاز است)

عدم نیاز به سنسور موقعیت

و نیز محاسبات کمتر  نسبت به روش کنترل برداری اشاره کرد­.

از معایب این روش هم در حالت پایه و ساده می­توان به:

ضربان بالای گشتاور و شار در طول عملکرد

فرکانس کلید زنی متغییر

مشکلات گشتاور راه اندازی بالا

نیاز به محاسبه سریع شار و گشتاور، (توان محاسباتی بالا)  اشاره کرد­.

۱-۵- اهمیت استفاده از ماشین القایی دو تغذیه ۲

با توجه به اهمیت انرژی و افزایش هزینه­های انرژی در زندگی امروز استفاده از انرژی­های تجدید پذیر از جمله انرژی بادی رو به افزایش است­. بنابراین ظرفیت نیروگاه­ها و توربین­های بادی رو به افزایش است­. ژنراتورهای القایی دو تغذیه برای کارهای با ظرفیت بزرگ و رنج کم تغییرات سرعت به دلیل استفاده از اینورتر با توان کمتر و هزینه کمتر و قابلیت اطمینان آن نسبت به سایر ماشین­ها برتری آشکاری دارند­.

برای کنترل این ماشین­ها روش­های متفاوتی وجود دارد که از جمله آنها روش کنترل مستقیم گشتاور است­. با توجه به نوع ساختمان ماشین روش DTC به گونه­­های متفاوتی قابل اجرا می­باشد­. با قرار دادن DTC کلاسیک در این ماشین معایب DTC کلاسیک در سیستم وجود دارد اما می­توان با ایجاد تغییراتی در ساختار کنترل عیوب این روش را از بین برد­.

در این گزارش سعی داریم به ساختار­های مختلف ماشین القایی دو تغذیه ( بدون جاروبک و با جاروبک ) و اعمال روش DTC بر آن بپردازیم در ضمن روش های بهبود عملکرد این ساختار را نیز بیان خواهیم کرد­.

فصل دوم: اصول کلی کنترل مستقیم گشتاور

۲-۱- مقدمه ۲
۲-۲- بردارهای اینورتر منبع ولتاژ سه فازه ) VSI ( 2
۲-۳- کنترل مستقیم شار : ۲
۲-۴- کنترل مستقیم گشتاور : ۲
۲-۵-تشکیل جدول کلید زنی ۲

فصل سوم: کنترل مستقیم گشتاور با دو جدول کلیدزنی

۳-۱- مدل VSI 2
۳-۲- مدل DFIM 2
۳-۳- مدل نهایی ۲
۳-۴- کنترل مستقیم گشتاور ۲
۳-۴-۱- اصول DTC 2
۳-۴-۲- DTC به کار رفته برای موتور القایی دو تغذیه ۲
۳-۵- نتایج آزمایش ۲

فصل چهارم: کاهش ریپل گشتاور در موتور القایی با جاروبک

۴-۱- موتور القایی دو تغذیه ۲
۲- مطالعه تاثیر بردارهای ولتاژبر موتور القایی دو تغذیه-۴ ۲
۴-۳- استراتژی DTC پیشبین برای حداقل کردن ریپل گشتاور در فرکانس سوئیچینگ ثابت۲
۴-۴- استراتژی کنترل DTC برای کاهش ریپل گشتاور و شار و فرکانس کلیدزنی کم ۲
۴-۵-کاهش تلفات توان در حالت کلید زنی ۲
۴-۶- نتایج شبیه سازی ۲

فصل پنجم: کنترل مستقیم گشتاور ژنراتور القایی دوتغذیه با ضریب توان قابل تنظیم روتور

۵-۱- مدل توربین بادی ۲
۵-۲- اصول کنترل مستقیم گشتاور ۲
۵-۳- کنترل ضریب توان قابل تنظیم روتور ۲
۵-۴- ارتباط میان ضریب توان استاتور و ضریب توان روتور ۲
۵-۵- تعیین سیستم کنترل مستقیم گشتاور درDFIG 2
۵-۶- تخمین سکتور شار روتور ۲
۵-۷- انتخاب بردار ولتاژ روتور ۲
۵-۸-کنترل مستقیم گشتاور با ضریب توان قابل تنظیم استاتور ۲
۵-۹- نتایج شبیه سازی ۲

فصل ششم: سنکرونیزم با شبکه برای ماشین¬های القایی دو تغذیه توسط کنترل مستقیم گشتاور

۶-۱- مقدمه ۲
۶-۲- تشریح سیستم DFIG 2
۶-۲-۱ DTC برای مبدل سمت روتور ۲
۶-۲ -۲- کنترل برداری مبدل سمت منبع ۲
۶-۳- فرایند سنکرونیزم با شبکه ۲
۶-۴- کنترل مستقیم گشتاور برای ایجاد سنکرونیزم ۲
۶-۵- باز بست خودکار ۲
۶-۶- کنترل مستقیم گشتاور مجازی برای ماشینهای القایی دو تغذیه متصل به شبکه ۲
۶-۶-۱- اصول کنترل مستقیم گشتاور مجازی ۲
۶-۷- نتایج شبیه سازی ۲

فصل هفتم: کنترل مستقیم گشتاور برای موتورهای القایی دو تغذیه بدون جاروبک

۷-۱- مقدمه ۲
۷-۲- ماشین مدل ۲
۷-۳- سرعت عملکرد سنکرون ۲
۷-۴- کنترل مستقیم گشتاور ۲
۷-۴-۱- معادلات توصیف کننده مشتق شار و گشتاور ۲
۷-۴-۲- جدول بردارهای ولتاژ ۲
۷-۵- استراتژی حداقل کردن ریپل گشتاور ۲
۷-۶- نتایج شبیه سازی ۲

نتیجه گیری ۲

موتورهای القایی دو تغذیه دارای دو ساختار متفاوت می­باشد: موتور القایی دو تغذیه با جاروبک و موتور القایی دو تغذیه بدون جاروبک.

در دو ساختار فوق می­توان یکی از تغذیه­ها را به طور مستقیم به شبکه متصل کرد (تغذیه با توان بیشتر) با اعمال روش کنترل مستقیم گشتاور در تغذیه دیگر این ماشین را کنترل کرد. در این حالت با ایجاد تغییر در ساختمان ماشین ما می­توانیم حجم مبدل الکترونیک قدرت را کاهش دهیم.

در روش کنترل مستقیم گشتاور با دو جدول کلیدزنی بر روی هر دو تغذیه ماشین مبدل الکترونیک قدرت مبدل و سیستم کنترل قرار می­دهیم. در این حالت علارغم افزایش هزینه به دلیل استفاده از دو مبدل اما با توجه به اینکه بر شارهای روتور و استاتور کنترل داریم دینامیک سیستم به شدت افزایش می­یابد.

یکی از مهمترین مشکلات روش کنترل مستقیم گشتاور کلاسیک اعمال شده به موتور القایی دو تغذیه ریپل بالای گشتاور و شار و فرکانس متغییر کلیدزنی آن می­باشد. می­توان با استفاده از روش کنترل پیشبین و استفاده از یک پریود کلیدزنی ثابت که در ان از چند بردار فعال استفاده می­شود این مشکل را مرتفع کرد.

یکی از مهمترین مشکلات تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه­های بادی جذب این انرژی در سیستم قدرت می­باشد. با ستفاده از سیستم کنترل مستقیم گشتاور که مقادیر مرجع ورودی آن تغییرمی­یابند می­توان امکان ایجاد سنکرونیزم نرم وسریع ژنراتور القایی دو تغذیه با شبکه در هر سرعت عملکردی را فراهم نمود.

با توجه به این نکته که ماشین القایی دو تغذیه به صورت ژنراتور به کار گرفته می­شود. برای ما حائز اهمیت است که به جای کنترل شار ماشین به کنترل جریان راکتیو و ضریب توان بپردازیم. با استفاده از ایجاد تغییراتی در سیستم کنترل می­توان این امکان را برای ژنراتور القایی دو تغذیه فراهم نمود.

ماشین القایی دو تغذیه بدون جاروبک دارای دو سیم­پیچ بر روی استاتور و یک روتور قفس سنجابی     می­باشد. با توجه به ساختمان متفاوت این ماشین با ماشین القایی دو تغذیه معمولی برای کاهش ریپل گشتاور و تثبیت فرکانس کلیدزنی برای این ماشین از سیستم کنترل پیچیده­تری استفاده می­گردد.

مراجع ۲

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت