آشنایی با درایو های الکتریکی

بخشی از فهرست مطالب پروژه آشنایی با درایو های الکتریکی

مقدمه

فصل اول- معرفی اجزای درایوهای الکتریکی

۱-۱مقدمه

۱-۲ اجزای درایوهای الکتریکی

۱-۲-۱ موتورهای الکتریکی

۱٫۲٫۲تنظیم کننده توان

کنورتورها

الف-کنوتورهای مبدل  acبه dc

ب- کنترل کننده های ولتاژac

ج- کنورتورهای dc-dc یاچاپر

د-اینورتر

ه- سیکلوکنورتور

امپدانس های قابل تنظیم

مدارهای سویچنک

۳-۲-۱ منابع تغذیه

فصل دوم- کنترل درایوهای الکتریکی

۲-۱مقدمه

۲-۲ کنترل درایو درحالت حلقه باز

۲-۳کنترل درایو در حالت حلقه بسته

۲-۳-۱کنترل گشتاور

۲-۳-۲کنترل سرعت

۲-۳-۳ کنترل وضعیت زاویه ای

۲-۴ کنترل کننده های PID

۲-۵ مقادیر مجاز یا نامی درایوهای الکتریکی

۲-۶ راه اندازی درایو

۳-۷ ترمز درایو

۲-۸ کنترل سرعت درایو

فصل سوم- بررسی معادلات دینامیکی موتور القایی  و کنترل سرعت موتورهای القایی

۳-۱ بررسی معادلات دینامیکی موتور القایی

۳-۱-۱ معادلات در سیستم سه فاز

۳-۱-۲ معادلات در مختصات مرجع qd دلخواه

۳-۲ اصول و روشهای کنترل سرعت

۳-۲-۱ اصول کنترل سرعت موتورهای القایی

۳-۳ کنترل شار فاصله هوایی

۳-۳-۱ شرایط لازم جهت ایجاد شار فاصلۀ هوایی ثابت

۳-۳-۲ کنترل تقریبی شار در شرایط تغذیه توسط نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت

۳-۴کنترل لغزش

۳-۵ بررسی عملکرد تحت شرایط تغذیه توسط ولتاژ متغیر با فرکانس ثابت

۳-۶ عملکرد در شرایط تغذیه توسط ولتاژ ثابت و فرکانس متغیر

۳-۷ روش های کنترلی موتورهای القایی ، کنترل کننده های اسکالر

۳-۸کنترل کننده گشتاور با تنظیم لغزش و حلقه مستقل کنترل شار

۳-۹تخمین شار و گشتاور

۳-۹-۱تخمین شار رتور و گشتاور با استفاده از جریان استاتور و سرعت

۳-۹-۲ تخمین شار فاصلۀ هوایی و گشتاور با استفاده از ولتاژ و جریان استاتور

فصل چهارم-  مقاله اول

۱- مقدمه

۲- سیستم پیشنهاد شده

نتیجه

فصل پنجم- مقاله دوم

خلاصه

مقدمه

مدل موتور القایی

کنترل موتور القایی

کنترل‌کننده جریان

کنترل شار

کنترل‌کننده سرعت

الگوریتم کنترل بدون سنسور سرعت

فیلتر kalman

نتایج آزمایش

نتیجه

منابع مقاله

منابع و مآخذ پروژه

 1-1مقدمه
امروزه دربسیاری ازصنایع و حتی دروسایل خانگی، نیاز به کنترل حرکت  می¬باشد. کنترل حرکت برحسب نیاز به صورت کنترل وضعیت زاویه¬ای، مسافت پیموده شده، کنترل سرعت و یا کنترل گشتاور انجام می¬گیرد. به عنوان مثال می¬توان، به کاربرد این کنترل کننده¬ها درسیستمهای حمل ونقل، صنایع نورد، کاغذسازی، نظامی و نساجی و همچنین ماشین افراز، ربات و ماشین لباسشوئی اشاره نمود. مجموعه سیستمی را که بوسیله آن حرکت یک بار مکانیکی دراشکال مختلف آن کنترل گردیده و امکان دستیابی به گشتاور و سرعت¬های مختلف فراهم می¬گردد، یک درایو می¬نامند. [۱]
درهر درایو یک قسمت به نام موتور و یا محرک اصلی وجود دارد، که در واقع منبع ایجاد حرکت می¬باشد این قسمت به صورت ¬های مختلف هیدرولیکی، پنوماتیکی، موتورمکانیکی و یا موتورالکتریکی می¬باشد، درایوی که درآن ایجاد حرکت به وسیله موتور الکتریکی انجام می¬گیرد، اصطلاحاً درایو الکتریکی  نامیده می¬شود.[۱]

 2-1 اجزای درایوهای الکتریکی
در شکل ۱- ۱ ) اجزای یک درایو الکتریکی نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه می¬گردد، اجزای اصلی عبارتند از منبع تغذیه، سیستم تنظیم کننده توان ، بلوک کنترل کننده و بار مکانیکی  بار مجموعه¬ای متشکل از اجزاء مکانیکی است که جهت انجام کار خاصی طراحی شده¬اند. به عنوان مثال می¬توان به هواکش، جرثقیل، ربات، ماشین لبا سشوئی و ما شین افزار اشاره نمود.[۱]

شکل ۱- ۱ ) بلوک دیاگرام درایو الکتریکی در حالت کلی[۱]

۱-۲-۱ موتورهای الکتریکی
دردرایوهای الکتریکی ازموتورهای الکتریکی مختلف استفاده می¬شود. این موتورها عبارتند از: موتورهای جریان دائم، درانواع موازی، سری، کمپوند و مغناطیس دائم، موتورهای القایی با رتورسیم پیچی شده و رتور قفسه¬ای و موتورهای جریان دائم فاقد جاروبک، موتورهای پله¬ای و بالاخره موتورهای سوئیچ رلکتانس.[۱]
درگذشته هرکجا نیاز به کنترل سرعت دقیق، در محدوده وسیع بود، ازموتورهای جریان دائم استفاده می¬شد و موتورهای ac به دلیل هزینه زیاد و راندمان نامناسب به کارگرفته نمی¬شدند. امروزه با پیشرفت درصنایع الکترونیک قدرت و ساخت ارزان قیمت انواع مبدل ها و به دلیل مزایای متعدد موتورهای ac نسبت به موتورهای dc، استفاده ازاین نوع موتورها دردرایوهای الکتریکی مرسوم شده است. برخی از مزایای موتورهای ac نسبت به dc عبارتنداز: عدم وجود سیستم کموتاتور، که باعث کاهش نیاز به سرویس و هزینه ¬های مربوط به نگهداری می¬شود، حجم و وزن کمتر و به تبع قیمت ارزانتر. به عنوان مثال قیمت یک موتور القایی قفسه¬ای نسبت به یک موتورdc با قدرت مشابه درحدود یک سوم می¬باشد. درعین حال موتورالقایی محکم و دارای قابلیت عملکرد درسرعت و گشتاورهای بالا می¬باشد. موتورهای القایی با رتور سیم پیچی شده، اگرچه نسبت به نوع قفسه¬ای گران قیمت¬تر هستند و نیاز به سرویس و نگهداری بیشتری  دراند، ولی باز هم نسبت به نوع dc برتری خوا هند داشت.[۱]

موتورهای سنکرون معمولی دارای راندمان و ضریب قدرت مناسب بوده ولی قیمت و حجم آنها نسبت به نوع القایی بیشتراست .
موتورسنکرون مغناطیسی دائم، همه مزایای را داراست، ولی عملاً درقدرتهای پایین ساخته می¬شود. موتورهای dc فاقد جاروبک، مشابه موتورهای سنکرون مغنا طیس دا ئم هستند. ازاین موتورها در قدرتهای کم و سرعت زیاد استفاده می¬شود.[۱]

پیشنهادات
با توجه به کارایی روش ارائه شده ، پیشنهاد می شود که از این روش در حالت های زیر استفاده شود :
–    با استفاده از کنترلر فازی و اضافه کردن ترمی در تابع هزینه ، جریانهای لحظه ای استاتور با مقادیر زیاد که در اثر تغییر مرجع شار وگشتاور به وجود می آیدرا جبرانسازی نماییم.
–    استفاده از کنترلر فازی جهت کا هش فرکانس سوئیچینگ در مبدلهای قدرت .

مراجع

    دکتر محمد ابراهیمی"کنترل درایوهای الکتریکی " ،  انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی اصفهان۱۳۸۱   [1]

[۲] Ion Boldea ,  S.A.Nasar “ELECTRIC DRIVES, ” 2005

[۳] M. P. Kazmierkowski, R. Krishnan, and F. Blaabjerg, Control in Power Electronics. New York: Academic, 2002.

[۴] N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, Power Electronics, 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley, 1995.

[۵] A. Linder, “Modellbasierte Prädiktivregelung in Der Antriebstechnik,” Ph.D. dissertation, Wuppertal Univ., Wuppertal, Germany, 2005.

[۶] O. Kukrer, “Discrete-time current control of voltage-fed three-phase PWM inverters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 11, no. 2, pp. 260–269,Mar. 1996.

[۷] H. Le-Huy, K. Slimani, and P. Viarouge, “Analysis and implementation of a real-time predictive current controller for permanent-magnet synchronous servo drives,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 41, no. 1, pp. 110– 117, Feb. 1994.

[۸] H.-T. Moon, H.-S. Kim, and M.-J. Youn, “A discrete-time predictive current control for PMSM,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 1, pp. 464–472, Jan. 2003.

[۹] L. Springob and J. Holtz, “High-bandwidth current control for torqueripple compensation in PM synchronous machines,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 45, no. 5, pp. 713–721, Oct. 1998.

[۱۰] J. Chen, A. Prodi´c, R. W. Erickson, and D. Maksimovi´c, “Predictive digital current programmed control,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 1, pp. 411–419, Jan. 2003.

[۱۱] R. E. Betz, B. J. Cook, and S. J. Henriksen, “A digital current controller for three phase voltage source inverters,” in Conf. Rec. IEEE IAS Annu. Meeting, New Orleans, LA, Oct. 2003, pp. 722–729.

[۱۲] L. Malesani, P. Mattavelli, and S. Buso, “Robust dead-beat current control for PWM rectifier and active filters,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 35, no. 3, pp. 613–620, May/Jun. 1999.

[۱۳] J. Mossoba and P. W. Lehn, “A controller architecture for high bandwidth active power filters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 1, pt. 2,pp. 317–325, Jan. 2003.

[۱۴] P. Correa, M. Pacas, and J. Rodriguez, “Predictive torque control for inverter-fed induction machines,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54,no. 2, pp. 1073–1079, Apr. 2007.

[۱۵] S. Saggini,W. Stefanutti, E. Tedeschi, and P. Mattavelli, “Digital deadbeat control tuning for dc–dc converters using error correlation,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no. 4, pp. 1566–1570, Jul. 2007.

[۱۶] J. Holtz and S. Stadtfeld, “A predictive controller for the stator current vector of AC machines fed from a switched voltage source,” in Proc. IPEC, Tokyo, Japan, 1983, pp. 1665–1675.

[۱۷] M. Depenbrock, “Direct Self-Control (DSC) of inverter-fed induction machine,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 3, no. 4, pp. 420–429, Oct. 1988.

[۱۸] E. Flach, R. Hoffmann, and P. Mutschler, “Direct mean torque control of an induction motor,” in Proc. Conf. Rec. EPE, Trondheim, Norway, 1997, vol. 3, pp. 672–677.

[۱۹] S. V. Emeljanov, Automatic Control Systems With Variable Structure (Automatische Regelsysteme mit Veranderlicher Struktur). Munich, Germany: R. Oldenbourg-Verlag, 1969.

[۲۰] I. Takahashi and T. Noguchi, “A new quick response and high efficiency control strategy of an induction motor,” in Conf. Rec. IEEE IAS Annu. Meeting, 1985, pp. 1665–1675.

[۲۱] P. Mutschler , “A new speed – control method for induction motors , ” in Proc. Conf. Rec. PCIM, Nuremberg, Germany, May 1998, pp. 131–136.

[۲۲] Patricio Cortés, Member, IEEE, Marian P. Kazmierkowski, Fellow, IEEE, Ralph M. Kennel, Senior Member, IEEE,Daniel E. Quevedo, Member, IEEE, and José Rodríguez, Senior Member, IEEE“Predictive Control in Power Electronics and Drives” IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 55, NO. 12, DECEMBER 2008 .

[۲۳] J. Rodríguez, J. Pontt, C. Silva, M. Salgado, S. Rees, U. Ammann, P. Lezana, R. Huerta, and P. Cortés, “Predictive control of a three-phase inverter,” Electron. Lett., vol. 40, no. 9, pp. 561–562, Apr. 29, 2004.

[۲۴] J. Rodriguez, J. Pontt, C. Silva, P. Cortes, U. Amman, and S. Rees, “Predictive current control of a voltage source inverter,” in Proc. IEEE 35th Annu. PESC, Jun. 2004, vol. 3, pp. 2192–2196.

[۲۵] A. Linder and R. Kennel, “Direct model predictive control—A new direct predictive control strategy for electrical drives,” in Proc. Eur. Conf. Power Electron. Appl., Sep. 2005.