4‌.1‌.2‌مدل منبع تغذیه – اینورتر86
4‌.1‌.3‌مدل سیستم کنترل86
4‌.2‌اعمال ورودی‌ها و بررسی نتایج91
5.1 نتیجه‌گیری و ارائه پیشنهادات …………………………………………………………………………….104
مراجع 105
فهرست اشکالصفحهشکل ‏1‌-‌‌1- بردار فضایی جریان استاتور.5
شکل ‏1‌-‌‌2- تبدیل پارک.7
شکل ‏1‌-‌‌3- دیاگرام فازوری جهت‌یابی میدان موتور القایی.11
شکل ‏1‌-‌‌4- بلوک دیاگرام عمومی برای سیستم کنترل جهت‌یابی میدان.13
شکل ‏1‌-‌‌5- طرح جهت‌یابی مستقیم میدان.14
شکل ‏1‌-‌‌6- طرح جهت یابی غیر مستقیم میدان.16
شکل ‏2‌-‌‌1- دیاگرام گذر سیگنال موتور القایی، متغیرهای حالت: جریان استاتور و شار رتور.28
شکل ‏2‌-‌‌2- تخمین گر فرکانس رتور بر اساس بردار نیروی ضد محرکه؛ N: صورت کسر.32
شکل ‏2‌-‌‌3- سیستم کنترل درایو با استفاده از تخمین گر به کار رفته در شکل (2-4).32
شکل ‏2‌-‌‌4- درایو بدون حس گر برای محدود کردن عملکرد دینامیکی (زیر نویس R: مقدار نامی).34
شکل ‏2‌-‌‌5- دیاگرام گذر سیگنال موتور القایی : جریان های استاتور اجباری.37
شکل ‏2‌-‌‌6- گذر سیگنال در جهت یابی میدان رتور.38
شکل ‏2‌-‌‌7- سیستم تطبیقی مدل مرجع برای تخمین سرعت.39
شکل ‏2‌-‌‌8- کنترل کننده سرعت و جریان برای تخمین‌گرMRAS؛ CRPWM: PWM تنظیم‌کننده جریان.41
شکل ‏2‌-‌‌9- کنترل فید فوروارد ولتاژهای استاتور، جهت‌یابی شار رتور.43
شکل ‏2‌-‌‌10- کانال های جبران (خطوط ضخیم در A و B) برای سیستم کنترل سرعت بدون حس گر شکل (2-9).44
شکل ‏2‌-‌‌11- کنترل سرعت بدون حس گر بر اساس تخمین مستقیم isq .46
شکل ‏2‌-‌‌12- تخمین گر شار رتور برای ساختمان شکل (2-11).47
شکل ‏2‌-‌‌13- دیاگرام گذر سیگنال موتور القای ، جریان های اجباری استاتور ؛ متغیرهای حالت : جریان استاتور ، شار استاتور. خطوط نقطه چین سیگنال های صفر در جهت یابی میدان استاتور را بیان می کند.49
شکل ‏2‌-‌‌14- کنترل ماشین در جهت یابی شار استاتور با استفاده از مجزا کننده دینامیکی خارجی.50
شکل ‏2‌-‌‌15- تخمین گر سرعت و فرکانس رتور برای کنترل سیستم شکل (2-14)؛ N : صورت کسر.51
شکل ‏2‌-‌‌16- رؤیتگر غیر خطی مرتبه کامل.52
شکل ‏2‌-‌‌17- جبران گر مد لغزشی . جبران گر به مدل ماشین شکل (2-16) به فرم یک رؤیتگر مد لغزشی متصل می‌شود.54
شکل ‏2‌-‌‌18- رؤیتگر غیر خطی کاهش مرتبه یافته ؛ بلوک MRAS در ساختمان شکل (2-7) وجود دارد.56
شکل ‏2‌-19- ساختار تخمین گر عصبی سرعت.58
شکل ‏3‌-‌‌1- نمودار بلوکی سیستم تطبیقی.63
شکل ‏3‌-‌‌2- نمودار بلوکی جدول بندی بهره.63
شکل ‏3‌-‌‌3- نمودار بلوکی رگولاتور خود تنظیم.64
شکل ‏3‌-‌‌4- نمودار بلوکی کنترل دوگان.65
شکل ‏3‌-‌‌5- نمودار سیستم تطبیقی مدل مرجع (MRAS)65
شکل ‏3‌-‌‌6- بلوک دیاگرام سیستم کنترل.67
شکل ‏3‌-‌‌7- محاسبه و .71
شکل ‏3‌-‌‌8- محاسبه شارهای تخمینی رتور.73
شکل ‏3‌-‌‌9- بلوک دیاگرام تخمین گر سرعت رتور.75
شکل ‏3‌-‌‌10- بلوک دیاگرام کنترل برداری بدون حسگر سرعت.76
شکل ‏3‌-‌‌11- ساختمان تخمین سرعت رتور با استفاده از MRAC.77
شکل ‏3‌-‌‌12- ساختمان طرح تخمین سرعت با استفاده از جریان های استاتور.82
شکل ‏4‌-‌‌1- شمای گرافیکی مدل موتور القایی.85
شکل ‏4‌-‌‌2- شمای گرافیکی مدل اینورتر کنترل باند تلرانس جریان.86
شکل ‏4‌-‌‌3- شمای کلی سیستم کنترل.87
شکل ‏4‌-‌‌4- شمای گرافیکی طرح کلی تولید پالس‌های اینورتر.88
شکل ‏4‌-‌‌5- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده شار رتور.88
شکل ‏4‌-‌‌6- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده بردارهای یکه.89
شکل ‏4‌-‌‌7- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده .89
شکل ‏4‌-‌‌8- شمای گرافیکی زیر سیستم محاسبه کننده .89
شکل ‏4‌-‌‌9- شمای گرافیکی زیر سیستم تخمین‌گر سرعت.90
شکل ‏4‌-‌‌10- سرعت واقعی و تخمینی.91
شکل ‏4‌-‌‌11- اختلاف سرعت واقعی و تخمینی.91
شکل ‏4‌-‌‌12- الف- نمودار جریان‌های سه‌فاز ترمینال‌های استاتور.92
شکل ‏4‌-‌‌12- ب- نمودار جریان‌های سه‌فاز ترمینال‌های استاتور.93
شکل ‏4‌-‌‌12- پ- نمودار جریان‌های سه‌فاز ترمینال‌های استاتور.93
شکل ‏4‌-‌‌12- ت- نمودار جریان‌های سه‌فاز ترمینال‌های استاتور.94
شکل ‏4‌-‌‌13- الف- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.95
شکل ‏4‌-‌‌13- ب- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.95
شکل ‏4‌-‌‌13- پ- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.96
شکل ‏4‌-‌‌13- ت- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز a.96
شکل ‏4‌-‌‌14- الف- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.97
شکل ‏4‌-‌‌14- ب- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.97
شکل ‏4‌-‌‌14- پ- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.98
شکل ‏4‌-‌‌14- ت- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز b.98
شکل ‏4‌-‌‌15- الف- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.99
شکل ‏4‌-‌‌15- ب- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.99
شکل ‏4‌-‌‌15- پ- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.100
شکل ‏4‌-‌‌15- ت- نمودار جریان‌‌های مرجع و تولیدی اینورتر فاز c.100
شکل ‏4‌-‌‌16- نمودار جریان‌‌های مرجع در محورهای d-q.101
شکل ‏4‌-‌‌17- نمودار ولتاژ خطی فازهای a-b.102
شکل ‏4‌-‌‌18- نمودار گشتاور الکترومغناطیسی.102
فهرست جداولصفحهجدول ‏4‌-‌‌1- مقادیر پارامترهای موتور القایی ………………………………………………………………………………………. 85

قاعده کلی کنترل برداری یا
کنترل جهت یابی میدان موتور القایی (FOC)
1-1-مقدمه
ماشین‌های القایی نسبتاً ارزان و مقاوم هستند زیرا آن‌ها را می‌توان بدون حلقه‌های لغزان یا کموتاتور ساخت. این ماشین‌ها بصورت گسترده ای در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. بدین خاطر باید توجه بیشتری به کنترل موتور القایی برای شروع به کار ، ترمز کردن ، عملکرد چهار ناحیه ای و غیره نمود. کنترل حلقه باز ماشین با فرکانس متغیر ممکن است هنگامی که موتور عملکردی در گشتاور پایدار با نیاز به تنظیم سرعت دارد، درایو با تغییر سرعت رضایت بخشی را ارائه دهد. اما زمانی که به یک درایو با پاسخ دینامیکی سریع و سرعت صحیح یا کنترل گشتاور نیاز است یک کنترل حلقه باز، رضایت بخش نیست. بنابراین نیاز است که موتور در مد حلقه بسته عمل کند. عملکرد دینامیکی سیستم درایو ماشین القایی روی عملکرد کلی سیستم اثر زیادی می‌گذارد. از آن جایی که کنترل موتور القایی یک مدل غیر خطی دارد، انجام آن، یک کار مشکل می‌باشد. چرا که متغیرهای رتور به ندرت قابل اندازه گیری هستند و پارامترهای آن تحت شرایط کار تغییر می‌کنند. برای کنترل سرعت موتور القایی از چندین تکنیک استفاده می‌شود.این طرح می‌تواند به دو گروه اصلی تقسیم بندی شود:
الف) کنترل اسکالر : یکی از اولین روش های کنترل ماشین های القایی، کنترل سرعت ولت بر هرتز که آن را به عنوان یک روش اسکالر می‌شناسیم، می‌باشد که ماشین با نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت ، به منظور ثابت نگه داشتن شار فاصله هوایی و تولید ماکزیمم حساسیت گشتاور ، تحریک می‌شود. این روش نسبتاً ساده است. اما نتایج رضایت بخشی برای کاربردهای با عملکرد سطح بالا ، به بار نمی‌آورد. این موضوع ناشی از این حقیقت است که در روش اسکالر یک کوپلینگ ذاتی بین گشتاور و شار فاصله هوایی وجود دارد و این امر موجب کندی پاسخ ماشین القایی می‌گردد.
ب) کنترل برداری یا کنترل جهت یابی میدان1: برای غلبه بر محدودیت های روش کنترل اسکالر ، روش های جهت یابی میدان توسعه داده شدند. دراین روش متغیرها به یک چهارچوب مرجع انتقال داده می‌شوند که از نظر دینامیکی همانند کمیت های dc می‌گردند. کنترل مجزا بین شار و گشتاور این اجازه را می‌دهد که ماشین القایی به یک پاسخ گذرای سریع برسد. بنابراین جهت یابی میدان درایو ماشین القایی می‌تواند برای کاربردهای با عملکرد بالا جایی که به طور سنتی ماشین های dc استفاده می‌شدند، استفاده شود. طرح های بهتر از کنترل سنتی به یک حس گر سرعت برای عملکرد حلقه بسته نیاز دارد. حس گر سرعت چندین عیب از نقطه نظر درایو نظیر قیمت ، قابلیت اعتماد و ایمنی در مقابل نویز دارد. اخیراً دیدگاههای مختلف سرعت بدون حس گر در مقالات مختلف پیشنهاد شده است. اما به دلیل وجود متغیرهای متعدد و غیر خطی دینامیک موتور القایی ، تخمین سرعت روتور و شار بدون اندازه گیری متغیرهای مکانیکی هنوز نیز کاری مشکل می‌باشد.
در یک درایو موتور القایی سه قسمت عمده اصلی وجود دارد : یک موتور القایی ، یک دستگاه الکترونیک قدرت و یک کنترل کننده .
1-2-کنترل جهت یابی میدان موتورهای القایی
یک موتور القایی را می‌توان به عنوان یک منبع کنترل شده گشتاور تصور کرد. گشتاور توسعه یافته در موتور القایی نتیجه بر هم کنش بین جریان در آرمیچر و میدان مغناطیسی تولید شده در موتور است. کنترل مستقل جریان تحریک و آرمیچر در موتور DC تحریک مستقل امکان پذیر است. در یک موتور القایی، جریان سیم پیچی استاتور میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند و جریان در سیم پیچ رتورمی‌تواند به عنوان وسیله مستقیم کنترل گشتاور به کار رود. در یک حالت مشابه با موتورهای DC ، کنترل سرعت موتور القایی می‌تواند بوسیله کنترل جداگانه شار و گشتاور انجام شود. عمل ثابت نگه داشتن زاویه فضایی متعامد بین شار میدان و mmf آرمیچر در ماشین های القایی برای رسیدن به کنترل جداگانه شار و گشتاور توسط جهت یابی جریان استاتور و به واسطه رابطه آن با شار رتور تقلید می‌شود. چنین کنترل کننده هایی ، کنترلرهای جهت یابی میدان نامیده می‌شوند. مفهوم اساسی که از کنترل جداگانه شار و گشتاور از جهت یابی میدان نتیجه می‌شود می‌تواند از مدل محورهای d-q یک ماشین القایی با محورهای مرجع گردان با سرعت سنکرون به دست آورده شود. این کنترل روی یک طرح که سه فاز زمانی و سرعت وابسته سیستم را به سیستم زمان ثابت دو محور متعامد (محورهای d و q) تبدیل می‌کند ، استوار است.
1-2-1-تبدیل متعامد
ولتاژهای سه فاز، جریان ها و شارهای موتورهای القایی را می‌توان در جملات بردارهای فضایی مختلط تجزیه و تحلیل نمود. با توجه به جریان ها ، بردارهای فضایی را می‌توان به صورت های زیر تعریف کرد. فرض اینکه ic , ib , ia جریان هایی لحظه ای در فازهای استاتور هستند و داریم:
ia + ib + ic = 0 و بردار جریان مختلط استاتور به صورت زیر تعریف می‌شود:
(1-1)
که در آن و اپراتور فضایی است و .
دیاگرام زیر بردار فضایی مختلط جریان استاتور را نشان می‌دهد.
شکل 1‌-1- بردار فضایی جریان استاتور.
که (a,b,c) محورهای سیستم سه فاز هستند. این بردار فضایی جریان یک سیستم سه فاز لحظه ای را نمایش می‌دهد. این بردار فضایی هم چنین می‌تواند در یک چهار چوب مرجع دیگر تنها با دو محور متعامد رسم شود. قسمت حقیقی بردار فضایی مساوی مقدار لحظه ای مؤلفه جریان استاتور روی محور مستقیم است. قسمت موهومی ، برابر با مؤلفه جریان استاتور روی محور عمودی می‌باشد. بنابراین بردار فضایی جریان استاتور در چهارچوب مرجع ساکن وابسته به استاتور می‌تواند به صورت زیر بیان شود:
(1-2)
بردارهای فضایی کمیت‌های دیگر موتور (ولتاژها ، جریان های رتور ، شارهای مغناطیسی) نیز می‌توانند به همان روش بردار فضایی جریان استاتور تعریف شوند.
1-2-2-تبدیل کلارک
در ماشین های سه فاز متقارن محور مستقیم و متعامد جریان های استاتور که در شکل 1-1 نشان داده شده است مؤلفه های جریان دو فاز ساختگی هستند. با فرض یکسان بودن محور با محور a ما روابط زیر را در ارتباط با جریان های سه فاز واقعی استاتور داریم:
(1-3)
ثابت برای تبدیل غیر توانی ثابت است. در این مورد ، مقادیر و با هم برابر هستند.
اگر نتیجه این شود که ia + ib + ic = 0 ، مؤلفه‌های فاز متعامد می‌تواند با استفاده از تنها دو فاز از سیستم سه فاز بیان شود.
(1-4)
1-2-3-تبدیل پارک و معکوس تبدیل پارک
مؤلفه های و که با تبدیل کلارک محاسبه شدند ، به سیستم چهارچوب مرجع استاتور نسبت داده می‌شوند. در کنترل برداری ، تمامی مقادیر باید در یک چهارچوب مرجع بیان گردند. چهارچوب مرجع استاتور برای فرایند کنترل مناسب نمی‌باشد. برداری فضایی is با یک سرعت برابر با فرکانس زاویه‌ای جریان‌های فاز می‌چرخد. مؤلفه‌های و با زمان و سرعت تغییر می‌کنند.
این مؤلفه‌ها می‌تواند از چهارچوب مرجع استاتور به چهارچوب گردان d-q با همان سرعت که فرکانس زاویه ای جریان های فاز می‌باشد انتقال داده شود. مؤلفه های و به زمان و سرعت بستگی ندارند. اگر محور d در راستای شار روتور قرار گیرد، این تبدیل در شکل 1-2 نمایش داده شده است.
شکل 1‌-2- تبدیل پارک.
مؤلفه های ids و iqs بردار فضایی در چهارچوب مرجع d-q توسط معادلات زیر معین می‌شوند:
(1-5)
تبدیل معکوس پارک از سیستم مختصات d-q به با معادلات زیر پیدا می‌شود:
(1-6)
1-3-مدل دینامیکی موتور القایی
مدل تعریف شده برای موتور القایی در مختصات ساکن وابسته به استاتور، با معادلات زیر توصیف می‌شود:
(1-7)(1-8)(1-9)(1-10)
که در آن‌ها
(1-11)(1-12)(1-13)(1-14)
در کنار چهار چوب مرجع ساکن ، مدل موتور القایی می‌تواند در یک چهارچوب مرجع d-q عمومی فرمول‌بندی شود ، طوری که با سرعت عمومی بچرخد. معادلات ولتاژ مدل روتور در چهارچوب مرجع عمومی می‌تواند با استفاده از تبدیلات کمیت های موتور از یک چهارچوب مرجع به چهارچوب مرجع عمومی بیان گردد. مدل دوفاز d-q یک ماشین القایی گردان با سرعت سنکرون به انتقال مفهوم کنترل جداگانه کمک خواهد کرد. این مدل به صورت زیر توصیف می شود:
(1-15)(1-16)(1-17)(1-18)(1-19)(1-20)(1-21)(1-22)(1-23)(1-24)
این مدل موتور القایی اغلب در الگوریتم های کنترل جهت یابی میدان یا کنترل برداری استفاده می‌شود. برای رسیدن به این موضوع ، چهارچوب مرجع باید با بردار فضایی شار پیوندی رتور ، بردار فضایی شار پیوندی استاتور و یا بردار فضایی مغناطیس کنندگی در یک راستا قرار گیرد. اغلب چهارچوب مرجع عمومی چهارچوب مرجعی است که وابسته به شار پیوندی رتور می‌باشد. این کار می‌تواند با انتخاب سرعت لحظه ای روتور برابر با و قفل شدن فاز سیستم مرجع با شار رتوری که کاملاً بر محور d قرار دارد ، انجام شود. نتیجه این‌که:
(1-25)
این معادله خلاصه جهت یابی میدان در مختصات d-q را بیان می‌کند. با فرض اینکه ماشین از یک منبع جریان تنظیم شونده تغذیه می‌شود، طوری که معادله استاتور می‌تواند حذف شود، معادلات d-q در چهارچوب جهت‌یابی شار رتور به‌صورت زیر تعریف می‌گردد:
(1-26)(1-27)(1-28)(1-29)
معادله (1-29) خواص گشتاور مطلوب را در جملات مؤلفه‌های جریان استاتور و شار رتور نشان می‌دهد. اگر بتوان شار رتور را ثابت نگه داشت درست همان طور که در ماشین DC است ، آن‌گاه می‌توان کنترل گشتاور لحظه‌ای را با کنترل مؤلفه جریان استاتور انجام داد. از این معادلات ، می‌توان روابط زیررا به‌دست آورد:

(1-30)(1-31)(1-32)
که سرعت لغزش با معادله و ثابت زمانی رتور با مشخص می‌شود. در حالت پایدار و idr = 0 . دیاگرام فازوری جهت یابی میدان ماشین القایی در شکل(3-2) نشان داده شده است.

شکل 1‌-3- دیاگرام فازوری جهت‌یابی میدان موتور القایی.
معادله (1-31) نشان می‌دهد که شار ماشین می‌تواند با کنترل مؤلفه جریان ids تعیین شود. بنابراین در حالت پایدار شار ثابت می‌تواند با ids ثابت بدست آید. به عنوان یک نتیجه ، کنترل گشتاور به راحتی می‌تواند توسط کنترل ids همان طور که در معادله (1-29) دیده می‌شود بدست آید. معادله (1-32) مهمترین بیان برای اجرای عملی کنترل مستقیم میدان در ماشین القایی است که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت.
1-4-طرح اساسی کنترل جهت‌یابی میدان
کنترل جهت‌یابی میدان ماشین‌ها به دو ثابت به عنوان ورودی های مرجع نیاز دارد: مؤلفه گشتاور هم راستا با محور q و مؤلفه شار هم راستا با محور d. چون کنترل جهت یابی واقعاً به طرح هایی بستگی دارد که ساختمان کنترلی آن می‌تواند کمیت‌های الکتریکی لحظه‌ای را دست‌کاری کند، این موضوع کنترل دقیقی را در خیلی از کارهای عملی مطرح می‌کند. بنابراین کنترل جهت‌یابی میدان برتری‌هایی در روش‌های زیر دارد:
الف ) دسترسی آسان به مرجع ثابت (مؤلفه گشتاور و مؤلفه شار جریان استاتور)
ب‌) کاربرد آسان کنترل مستقیم گشتاور ، زیرا در چهارچوب مرجع d-q که گشتاور بیان می‌شود داریم : با ثابت نگه داشتن دامنه شار رتور یک ارتباط خطی بین گشتاور و مؤلفه گشتاوربردار جریان استاتور خواهیم داشت. آن گاه می‌توانیم گشتاور را توسط کنترل این مؤلفه کنترل کنیم. بلوک دیاگرام عمومی سیستم کنترل جهت یابی میدان برای یک موتور القایی در شکل 1-4 نشان داده شده است. تغییرات زیادی در کنترل جهت یابی میدان ماشین القایی وجود دارد. بسته به چهارچوب مرجع تبدیل به کار رفته ، دو نوع کنترل جهت یابی میدان بیشتر به کار می‌رود ؛ جهت یابی شار رتور (RFO) و جهت یابی شار استاتور (SFO). در کنترل برداری جهت یابی شار رتور ، چهارچوب مرجع به طور سنکرون با شار رتور می‌چرخد ، در حالیکه در جهت یابی شار استاتور چهارچوب مرجع با شار استاتور می‌چرخد. در هر دوی این چهارچوب های مرجع ، دینامیک یک ماشین القایی شبیه یک ماشین DC ظاهر می‌شود که اجازه می‌دهد همانند یک ماشین DC کنترل شود. هم چنین کنترل جهت یابی میدان رتور را می‌توان به صورت کنترل جهت یابی مستقیم و یا غیر مستقیم میدان طبقه بندی کرد که بسته به چگونگی شکل فوران مورد نیاز برای اجرای انتقال چهارچوب مرجع فراهم می‌شود.
شکل 1‌-‌‌4- بلوک دیاگرام عمومی برای سیستم کنترل جهت‌یابی میدان.
باتوجه به این بلوک دیاگرام ابتدا جریان های سه فازه به مرجع ساکن استاتور انتقال داده شده،سپس به کمک بردارهای یکه به مرجع مختصات گردان منتقل می شوند.بعد از این ،این جریان ها با مقایسه مقادیرجریان های مرجع و عبور از کنترل کننده های PI،ولتاژهای مرجع اعمالی به اینورتر را تولید می کنند.اینورتر نیز با دریافت این ولتاژهای مرجع می تواند ولتاژمورد نیاز برای تغذیه موتور را فراهم نماید.
1-5-کنترل مستقیم جهت یابی میدان2
آگاهی از موقعیت لحظه به لحظه بردار شار ، هم راستا با چهارچوب مرجع گردان برای جهت یابی صحیح میدان از شرایط ضروری است. معمولاً شناسایی موقعیت شار بر اساس اندازه گیری مستقیم و یا تخمین از روی سایر کمیت های قابل اندازه گیری می‌تواند باشد. چنین دیدگاهی، جهت یابی مستقیم میدان نامیده می‌شود. تنها شار فاصله هوایی می‌تواند مستقیماً اندازه گیری شود. یک طرح ساده برای تخمین بردار شار رتور مبتنی بر اندازه گیری شار فاصله هوایی و جریان استاتور است. عیب روش اندازه گیری مستقیم این است که حس‌گر شار، گران قیمت بوده و احتیاج به محل نصب و نگهداری ویژه دارد. بنابراین موجب کاهش قابلیت اعتماد در موتور القایی است. در عمل شار رتور از جریان و ولتاژ استاتور محاسبه می‌شود. این تکنیک نیازمند آگاهی از مقاومت استاتور همراه با اندوکتانس نشتی و مغناطیس کنندگی می‌باشد. به طور معمول برای انجام این کار از رؤیتگر مدل ولتاژ استفاده می‌گردد. طرح جهت یابی مستقیم میدان در شکل 1-5 نشان داده شده است.
شکل 1‌-‌‌5- طرح جهت‌یابی مستقیم میدان.
شار استاتور در راستای محورهای و در چهارچوب مربع ساکن می‌تواند از معادلات زیر تخمین زده شود:
(1-33)(1-34)
شار رتوررا نیز می توان با معادلات زیر تخمین زد:
(1-35)(1-36)
که اندوکتانس نشتی است. این روش به پارامترهایی همچون مقاومت استاتور و اندوکتانس نشتی بستگی دارد. مطالعه حساسیت پارامترها نشان می‌دهد که اندوکتانس نشتی می‌تواند اثرات مهمی روی عملکرد سیستم همچون پایداری ، پاسخ دینامیکی و بهره برداری از ماشین و اینورتر داشته باشد. در این مورد مشکل اساسی نیاز به پارامترهای موتور سه فاز است. مقاومت استاتور یک مسئله مهم است، چرا که به درجه حرارت بستگی دارد. دو پارامتر القایی یعنی اندوکتانس مغناطیس شوندگی واندوکتانس معادل رتور به طور معمول تحت تأثیر اشباع قرار می‌گیرند. همچنین انتگرال گیری از سیگنال ها،درفرکانس پایین و قابل ملاحظه شدن افت ولتاژ اهمی رتور در سرعت کم مشکلاتی را ایجاد می کند. این محدودیت ها مانع استفاده از این طرح در سرعت کم می‌شود. به هر حال ، این یک کار عملی است که در بالاتر از یک رنج سرعت قابل قبول و در بسیاری از کاربردها به کار گرفته می شود.
1-6-کنترل غیر مستقیم جهت یابی میدان3
جهت یابی غیر مستقیم میدان مبتنی بر ارتباط با لغزش طوری که در معادله (1-32) نشان داده شده است ، می‌باشد. الگوریتم کنترل برای محاسبه زاویه شار رتور با استفاده از کنترل IFO در شکل 1-6 نشان داده شده است.
شکل 1-‌‌6- طرح جهت یابی غیر مستقیم میدان.
این الگوریتم بر این فرض استوار است که شار در راستای محور q صفر است که یک شرط را به فرمان لغزش که است، تحمیل می‌کند. شرط لازم و کافی برای ضمانت اینکه تمام شار در راستای محور d قرار داشته باشداین است که شار در راستای محور q صفر باشد. آن گاه می‌توان زاویه را با افزودن زاویه لغزش و زاویه رتور محاسبه کرد. زاویه لغزش شرط لازم و کافی برای کنترل مجزای شار و گشتاور را در بردارد. IFOC یک کنترل پیش خور به ثابت زمانی است که در فرکانس لغزش پیش خور جهت یابی میدان را انجام می‌دهد. این کنترل پیش خور به ثابت زمانی مدار باز رتور Tr خیلی حساس است. بنابراین باید به منظور رسیدن به کنترل مجزای گشتاور و شار به وسیله کنترل iqs و ids ، Tr به طور مناسبی شناسایی گردد. وقتی Tr به صورت صحیح تنظیم نشود موتور نیز میزان نشده خواهد بود و عملکرد کنترلر ناشی از کنترل مجزای گشتاور و شار کند خواهد بود.
1-7-کنترل سرعت متغیر ماشین القایی
یک سیستم درایو ماشین القایی سرعت متغیر شامل یک ماشین القایی ، یک اینورتر قدرت و یک کنترلر مبتنی بر میکروپروسسور است. معمولاً دو حلقه فیدبک به طور نمونه برای انجام کنترل جهت یابی میدان و کنترل سرعت وجود دارد. کنترل جهت یابی میدان با حلقه داخلی جریان اجراء می‌شود، کنترل مجزای شار و گشتاور می‌تواند با تنظیم جریان محورهای d و q بدست آورده شود. در ناحیه کنترل الکتریکی درایوها ، لختی درایو و مشخصات بار در بسیاری از موارد تغییر می‌کند. علیرغم اینکه کنترل جریان برای عملکرد گشتاور مهم است، کنترل کننده جریان خود به صورت مستقیم به اجراء سیستم ضربه می‌زند. مطلوب این است که سیستم درایوی داشته باشیم که بتواند پاسخ دینامیکی سریعی ارائه دهد، شکل یک کنترل غیرحساس به پارامتر و بازگشت سریع از افت سرعت به خاطر زیر فشار قرار گرفتن بارها ، داشته باشد. یک کنترل کننده رضایت بخش سرعت برای رسیدن به پاسخ مطلوب خیلی مهم است. به طور سنتی یک کنترل کننده تناسبی انتگرالی (PI) در حلقه تنظیم سرعت خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر کنترل کننده PI به خوبی میزان شود یک اجراء نسبتاً خوبی را با وضعیت نیرومند و مقاوم ارائه می‌دهد. کنترل کننده PI معمولاً در یک ناحیه خطی با چشم پوشی از اثر اشباع و غیرخطی بودن طراحی می‌شود. در بعضی از نواحی کار، رفتار چنین کنترل کننده ای می‌تواند رضایت بخش باشد. وقتی که کنترل کننده برای درایو موتور سرعت متغیر به کار می‌رود ، عملکرد بد درایو باعث فراجهش بزرگ ، زمان تنظیم آهسته و حتی ناپایداری می گردد. بنابراین پارامترهای کنترل کننده باید مطابق شرایط عملکرد متغیر موتور القایی اصلاح شوند. این موضوع دشواری4 on-line کردن پارامترهای کنترل کننده را اضافه نموده و باعث بوجود آمدن چند اشکال در کاربرد PI به عنوان کنترل کننده سرعت می‌شود که عبارتند از:
الف) کنترل کننده PI یک تنظیم ثابت بهره PI دارد که نمی‌تواند نیازمندیهای فرمان های مختلف سرعت را میزان کند.
ب) عدم توانایی کنترل کننده سرعت PI در میزان شدن دستی ، وقتی که پارامترهای ماشین تغییر می‌کنند.
ج )تنظیم بهره PI خیلی زمان بر است.
محدودیت های کنترل کننده PI باعث جستجوی تکنیک های دیگر کنترل همانند منطق فازی ، کنترل مد لغزشی ، کنترل تطبیقی و غیره شده است. کنترل منطق فازی5 (FLC) یک روش منظم برای وارد کردن تجربه بدن درکنترل کننده ها ارائه می‌دهد. این روش با مدارهای غیر خطی بالا بهتر اجراء می‌شود. فائق آمدن بر پارامترهای متغیر اهمیت کشف کردن تکنیک های کنترل غیر از کنترل کننده PI متداول را تأیید می‌کند. کنترل مد لغزشی به دلیل عدم حساسیت به پارامترهای متغیر (در صورتی که حد و مرزهای پارامتر متغیر شناخته شود) و ساده بودن از نظر محاسبه برای اجراء چهره ای جذاب از خود نشان داده است. یک امر ضروری در کنترل مد لغزشی این است که کنترل فیدبک به صورت ناپیوسته چندین بار در فضای حالت سوئیچ شود. در حالت ایده آل ، کنترل ، با کلید زنی با فرکانس بی نهایت بالا برای حذف انحرافات از لغزش گوناگون رخ می‌دهد. در عمل فرکانس کلید زنی، به دلیل محدود بودن زمان و غیردینامیکی بودن مدل نمی‌تواند بی نهایت بالا باشد. این یک مشکل نامطلوب برای بسیاری از کاربردهاست که برای رفع آن طرح هایی هم چون کنترل کننده مد لغزشی با لایه مرزی و کنترل کننده فازی مد لغزشی پیشنهاد گردیده است.
1-8-تکنولوژی کنترل بدون حس‌گر سرعت ماشین‌های القایی
زمانی دیدگاه کنترل بدون حس گر سرعت موتور القایی در کاربردهای صنعتی مورد توجه قرار گرفت که مزایای آن هم چون کاهش قیمت درایو و رها شدن از شکنندگی حس‌گرهای مکانیکی و مشکلات نصب آن در بعضی از کاربردها برای مصرف کنندگان آشکار شد. تکنیک های مختلفی برای به دست آوردن سرعت رتور و تخمین شار رتور یک ماشین القایی برای کنترل بدون حس گر در دو دهه گذشته مورد مطالعه قرار گرفته است که می‌تواند به صورت زیر در حالت کلی طبقه بندی شود :
1ـ موضوع قطب بر جسته
2ـ مدل ولتاژ و جریان تخمین گرهای شار و سرعت
3ـ طرح تطبیقی مدل مرجع
4ـ رؤیتگر تطبیقی
5ـ فیلترهای کالمن توسعه یافته6
6- رؤیتگرهای مد لغزشی7
7ـ شبکه عصبی مصنوعی و هوش مصنوعی مبتنی بر کنترل بدون حس گر.
دیدگاه قطب های برجسته که عملکرد در سرعت پایین قابل قبولی دارد مبتنی بر تزریق سیگنال های تست با فرکانس بالا است که در اشباع ناشی از برجستگی رتور یا ساختمان هندسی تجسس می‌کند. این روش به دقت بالا در اندازه گیری و افزایش پیچیدگی سخت افزار و نرم افزار مربوط به طرح کنترل برداری استاندارد نیاز دارد. در اثر تزریق سیگنال فرکانس بالا ، امکان بوجود آمدن ریپل های گشتاور ، لرزش و نویز قابل شنیدن می‌باشد. علاوه بر این به دلیل داشتن یک گنجایش پایین در داشتن برجستگی رتور در موتورها، پاسخ مطلوبی در این روش بدست نمی‌آید. در حقیقت بالا بردن برجستگی به طراحی ماشین نیازمند است و یا اینکه برجستگی مبتنی بر تکنیک ماشین مخصوص است و نمی‌توان آن را در ماشین استاندارد اجراء کرد. مدل ولتاژ همچنین به اندوکتانس نشتی نیز وابسته است. مدل جریان رؤیتگر شار برای عملکردهای بهتر در سرعت های پایین در نظر گرفته می‌شود. همچنین دقت این روش نسبتاً بی تأثیر از اندوکتانس نشتی برای هر وضعیت عملکردی است. اما این روش در سرعت بالا خوب کار نمی‌کند که دلیل آن تغییرات مقاومت رتوربه خاطر حرارت است. برای بهتر شدن عملکرد ، پیشنهاد شده است که رؤیتگر مدل جریان در سرعت پایین و رؤیتگر مدل ولتاژ در سرعت بالا استفاده شود.
در سیستم تطبیقی مدل مرجع یک تخمین گر شار به عنوان مدل مرجع عمل می‌کند و دیگری به عنوان تخمین گر تطبیقی عمل می‌نماید. تخمین بر اساس مقایسه بین خروجی های دو تخمین گر صورت می‌گیرد و آن گاه خطای خروجی به عنوان یک مکانیزم مناسب تطبیق برای درایو استفاده می‌شود که سرعت تخمینی را تولید می‌کند. این روش ها نیاز به انتگرال گیری دارد. برای غلبه بر مشکل انتگرال گیری پِنگ8 در ]5[ پیشنهاد استفاده از نیروی ضد محرکه الکتریکی و توان راکتیو لحظه ای را به عنوان راههای دیگر تخمین سرعت در کنترل کننده های تطبیقی مطرح کرده است.
دیدگاههای مبتنی بر رؤیتگر تطبیقی می‌توانند عملکرد ارجح تری با استفاده از قوانین مشتق شده تطبیقی با محاسبات نسبتاً ساده داشته باشند. هر چند نیرومندی پارامتری شان با اطمینان ضمانت نمی‌شود. رؤیتگرهای کاهش مرتبه یافته نیز طراحی شده اند که در آنها تنها شار رتور و نه جریان استاتور تخمین زده می‌شود. آن گاه با استفاده از خطای بین بردار واقعی ولتاژ استاتور و یکی از مقادیر تخمینی عمل تصحیح انجام می‌شود. به هر حال این روش به افزودن یک حس گر ولتاژ نیازمند است که چنین چیزی مطلوب نیست. کالمن فیلترهای توسعه یافته نیز مطرح شده اند چرا که پتانسیل حل بهتر تخمین شار را دارند. متأسفانه این دیدگاه شامل بعضی معایب ذاتی نظیر هزینه مربوط به محاسبه و نداشتن طراحی ویژه و موضوع میزان سازی است. استفاده از مد لغزشی به خاطر داشتن مزیت نیرومندی و غیر حساس بودن پارامترها رواج یافته است. رؤیتگرهای شار با استفاده از تکنیک مد لغزشی برای کنترل بدون حس گر ماشین القایی طراحی شده‌اند. این الگوریتم‌ها از یک رؤیتگر شار مدل جریان استفاده می‌کنند و یک تصحیح ترم خطای تخمین جریان را به کار می‌برند.
این رؤیتگرها به سرعت رتور و ثابت زمانی رتور برای جریان و تخمین های شار نیاز دارد. بنابراین یک خطا در تخمین سرعت یا ثابت زمانی رتور روی تخمین های شار و سرعت تأثیر می‌گذارد.رویتگرهای شبکه عصبی مصنوعی و هوش مصنوعی می‌توانند به عملکرد بالا دست یابند ولی نسبتاً پیچیده بوده و نیازمند به زمان زیاد محاسبه هستند.
علائم استفاده شده در معادلات این فصل به شرح زیر می‌باشند:
: مقاومت رتور و استاتور
Llr ، Lls : اندوکتانس نشتی رتور و استاتور
Lm : اندوکتانس مغناطیس شوندگی
Ls = Lls + Lm : اندوکتانس معادل استاتور
Lr = Llr + Lm : اندوکتانس معادل رتور
: ثابت نشتی
: ثابت زمانی رتور
سرعت موتور :
سرعت سنکرون :
Te : گشتاور الکترومغناطیس
TL : گشتاور بار
P : تعداد جفت قطب ها
J : ثابت اینرسی موتور
: عملگرمشتق
Vds , Vqs : مؤلفه های d و q ولتاژهای استاتور (مرجع گردان)
: مؤلفه های d و q جریان های استاتور
idr , iqr : مؤلفه های d و q جریان های رتور
: مؤلفه های d و q شار پیوندی استاتور
: مؤلفه های d و q شار پیوندی رتور
: مؤلفه های ولتاژهای استاتور (مرجع ساکن)
: مؤلفه های جریان های استاتور
: مؤلفه های جریان‌های رتور
: مؤلفه های شار پیوندی استاتور
: مؤلفه های شار پیوندی روتور
: جریان های تخمینی استاتور
: شار پیوندی تخمینی رتور
: شار پیوندی تخمینی استاتور
روش‌هایی برای کنترل سرعت
درایوهای AC بدون حس‌گر سرعت
2-1-مقدمه
درایوهای Ac با کنترل تمام دیجیتال به یک تکنولوژی برتر در رنج وسیعی از کاربردها از قیمت پایین تا سیستم های گران قیمت با عملکرد سطح بالا رسیده اند. ادامه پژوهش بر روی حذف حس گر سرعت روی محور ماشین بدون اخلال در عملکرد دینامیکی سیستم کنترل درایو متمرکز شده است. تخمین سرعت یک توجه ویژه به درایوهای موتور القایی است که سرعت مکانیکی رتور با سرعت میدان مغناطیسی گردان متفاوت است. از مزایای درایو موتور القایی بدون حس گر سرعت می‌توان به قیمت کمتر ، اندازه کوچکتر درایو ماشین ، حذف سیم های حس گر و افزایش قابلیت اعتماد اشاره کرد. در سال های نزدیک قبلی راه حل های متفاوت متنوعی برای این درایوهای بدون حس گر پیشنهاد شده است. در این فصل مزایا و محدودیت های روش های انجام این کار مورد بحث قرار می‌گیرد. برای این کار از دیاگرام گذر سیگنال کمیت های فضای برداری مختلط جهت توصیف فیزیکی و ریاضی هوشمندانه سیستم ها در کنترل درایوهای Ac بدون حس گر استفاده شده است.
2-2- دینامیک ماشین
2-2-1-معادلات اساسی
نمایش گرافیکی سیستم های دینامیکی توسط دیاگرام گذر سیگنال یک ابزار خوب و واضح است. بسط این روش به متغیرهای حالت مختلط ، توصیف اغتشاشات سینوسی مقادیر مغناطیسی و الکتریکی اطراف فاصله هوایی مدّور ماشین دوار اخیراً در ]6[ ارائه شده است. این تکنیک یک انتقال سودمند داده ها از رفتار دینامیکی سیستم های مهم و پیچیده را با یک نماد سازی ساده برای فهم پیشنهاد می‌کند. معادلات ماشین در جملات مقادیر فضای برداری مختلط به صورت زیر هستند:
(2-1-الف)(2-1-ب)
جایی که سرعت زاویه ای چهار چوب مرجع، سرعت زاویه ای رتور، ولتاژاستاتور ، مقاومت اهمی رتور و مقاومت اهمی استاتور است.
معادلات شار پیوندی9 به صورت زیر است:
(2- 2- الف)(2- 2-ب)که در آن اندوکتانس مغناطیس کنندگی، اندوکتانس معادل رتور و اندوکتانس معادل استاتور است.
گشتاور الکترومغناطیسی متناسب با مؤلفه z حاصل ضرب خارجی دو متغیر حالت فضای برداری است یعنی . این بیان حلقه دینامیکی سیستم مکانیکی را شکل می‌دهد:

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

(2-3)
که ثابت زمانی نرمالیزه شده مکانیکی و TL گشتاور بار است. باید توجه داشت که زمان نرمالیزه شده است : که فرکانس نامی استاتور است. بالاخره در حالت عمومی هر دو سیم پیچ ماشین چهار چوب مرجع گردان مشترکی را که به انتخاب بستگی دارد می‌بینند.
2-2-2- دیاگرام گذر سیگنال مختلط
معادلات ماشین به فضای برداری مربوطه‌ای وابسته است که متغیرهای حالت انتخاب می‌شوند. بردار جریان و بردار شار رتور را به عنوان متغیرهای حالت انتخاب می‌کنیم که معادلات ماشین را به صورت زیر تبدیل می‌کنند:

دسته بندی : پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید