کنترل سرعت بدون-سنسور جهت دهی میدان استاتور غیر مستقیم برای درایو موتور القایی تکفاز

چکیده

اصطلاحات شاخص 

مقدمه

 مدل SPIM

کنترل شار-استاتور-جهت یافته غیرمستقیم

الگوریتم کنترل سرعت بدون-سنسور

شکل 1.   خطای جریان محور q مرتبط با فرکانس زاویه ای لغزش.

شکل 2.   بلوک دیاگرام تخمین فرکانس زاویه ای لغزش.

پیاده سازی تجربی (آزمایشی)

شکل 3.   دیاگرام بلوکی ISFOC بدون سنسور سرعت برای درایو SPIM.

شکل 4.   طرح استفاده شده برای ترتیب آزمایش.

شکل 5.   تصویر سیستم آزمایش.

شکل 6.   نتایج شبیه سازی و آزمایش برای یک سرعت مرجع پله .  (a) شبیه سازی شده.  (b) آزمایشی.  (c) شبیه سازی شده.  (d) آزمایشی.  (e) شبیه سازی شده.  (f) آزمایشی.  (g) شبیه سازی شده.  (h) آزمایشی.

شکل 6.   (ادامه). نتایج آزمایش و شبیه سازی شده برای یک سرعت مرجع پله .  (i) شبیه سازی شده.  (j) آزمایشی

شکل 7.   نتایج شبیه سازی شده و آزمایشی، برای معکوس کردن مرجع سرعت از  به .  (a) شبیه سازی شده.  (b) آزمایشی.  (c) شبیه سازی شده.  (d) تجربی.

شکل 8.   نتایج شبیه سازی شده و آزمایشی برای به ازای معکوس شدن سرعت مرجع از  به .  (a) شبیه سازی شده.  (b) آزمایشی.

نتیجه گیری

جدول 1.   پارامترهای موتور القایی تکفاز

جدول 2.   بهره های کنترل کننده های مختلف

نیاز صنعتی برای کنترل یک ماشین القایی، بدون استفاده از سنسور مکانیکی، در حال افزایش است، و این در نشریات جدید بخوبی بچشم می خورد. تمرکز، بر روی بهبود کنترل، بدون یک سنسور مکانیکی است. یک روش جدید برای پیاده سازی یک کنترل شار-استاتور-جهت-یافته ی غیر مستقیم (ISFOC) بدون سنسور، برای درایو یک موتور القایی تکفاز (SPIM)، در این مقاله ارایه شده است. روش ارایه شده ی تخمین سرعت روتور، تنها بر مبنای اندازه گیری های جریان های سیم پیچ های اصلی و کمکی استاتور، و نیز اندازه گیری جریان محور q مرجع، که توسط الگوریتم کنترلی تولید می شود، می باشد. خطای جریان محور q اندازه گیری شده از مقدار مرجع آن، کنترل کننده ی تناسبی-انتگرالی را تغذیه می کند، و خروجی آن فرکانس زاویه ای لغزش تخمین زده شده، می باشد. نتایج تجربی بدست آمده برای کنترل سرعت ISFOC (کنترل شار-استاتور-جهت-یافته ی غیر مستقیم) بدون سنسور یک درایو SPIM، با استفاده از یک سیستم dSPACE با برد کنترلر DS1104 مبنی بر پردازشگر سیگنال دیجیتال TMS320F240، ارایه و نیز تجزیه تحلیل شده است. شبیه سازی های دیجیتال و نتایج آزمایشی، به منظور نمایش بهبود در عملکرد الگوریتم بدون-سنسور ارایه شده، ارایه شده اند.

از موتورهای القایی تکقاز (SPIM) بطور مرسوم در کاربردهای خانگی با سرعت-ثابت، و معمولا جاهایی که تنها منبع انرژی تکفاز در دسترس است _بدون هیچ استراتژی کنترلی_ استفاده می شود. این موتورها در کولرها، ماشین های شوینده، خشک کن ها، ماشین های صنعتی، پنکه ها، دمنده ها، جارو برقی ها، و بسیاری جاهای دیگر کاربرد دارند. کنترل سرعت-متغیر موتورهای الکتریکی، به دلایل ذخیره سازی انرژی، بصورت گسترده در کاربردهای صنعتی کاربرد دارد. کاهش هزینه و بازده ی بالای وسایل الکترونیک قدرتی و میکروالکترونیکی، انگیزشی قوی برای پیاده سازی درایوهای SPIM هم در کاربردهای خانگی و هم در کاربرد تجاری، هستند. در طی سال های اخیر، آزمایشگاه های تحقیقاتی زیادی بر روی درایوهای با سرعت-متغیر _بویژه برای SPIM (موتر القایی تکفاز)_ تمرکز کرده و به دستاوردهای مهمی نیز دست یافتند. در دسترس بودن مبدل های استاتیک ارزان قیمت، استفاده ی اقتصادی انرژی و توسعه گشتاور الکترومغناطیسی در SPIM را، ممکن می سازد. سه توپولوژی برای مبدل های الکترونیکی اینورترهای سه-فاز، برای SPIM وجود دارد: مبدل های دو-پایه، سه-پایه، و چهار-پایه. در سال های اخیر، توپولوژی اینورتر منبع ولتاژ با شش-ترانزیستور پل دو-فاز سه-پایه، برای سیستم های درایو SPIM، نسبت به دو توپولوژی دیگر مورد توجه بیشتر پژوهشگران بوده است. توپولوژی مناسب برای تامین SPIM با سیستم دو-ولتاژ –متعامد، ارزان تر از توپولوژی اینورتر چهار-پایه است، و عملکرد بهتری در اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی را نسبت به اینورتر دو-پایه، ارایه می دهد. این روزها، موتورهای القایی با کنترل جهت یافته میدان(FOC) ، بصورت گسترده برای بدست آوردن عملکرد دینامیکی بالا در سیستم های درایو، استفاده می شود. FOC از نظر اقتصادی عملکرد بهتری دارد. عدم تقارن SPIM، اثری مهم بر طراحی روش های کنترلی دارد. اگرچه، مدل شار استاتور، نیازمند تغییرات مناسب گوناگونی می باشد. ایراد این روش این است که سرعت روتور SPIM را باید اندازه گرفت، و این نیازمند یک سنسور سرعت می باشد. یک سیستم بدون سنسور که سرعت را به جای اندازه گیری تخمین می زند، بطور چشمگیری هزینه و پیچیدگی سیستم درایو را کاهش می دهد. در نوشته موجود، تکنیک های زیادی برای کنترل سرعت برداری بدون سنسور درایوهای SPIM، ارایه شده اند. برخی از روش های پیشنهادی برای تخمین سرعت با استفاده از مدل ماشین که از کمیت های استاتور تغذیه می شوند، وابسته به پارامتر هستند؛ ازینرو، خطاهای پارامتر می تواند عملکرد کنترل سرعت را تضعیف کنند. در مقاله [14]، نویسندگان یک FOC روتور غیر مستقیم بدون سنسور را ارزیابی می کنند، که در آن فرکانس برداری شار روتور بطور مستقیم توسط جریان ها و ولتاژهای قابل اندازه گیری، تخمین زده می شود؛ اما وابسته به پارمترهای SPIM می باشد. روش کنترل سرعت بدون سنسور MRAS، مبنی بر مقایسه ی میان خروجی های دو تخمین زننده می باشد، درحالیکه بازهم در آن جریان ها و ولتاژهای باید اندازه گیری شوند. کنترل برداری بدون-سنسور سرعت الگوریتم MRAS در درایو موتور القایی سه-فاز، به تغییرات مقاومت حساس می باشد. در این مقاله، ما بحثی بر روی کنترل شار-استاتور-جهت-یافته غیر مستقیم بدون سنسور سرعت (ISFOC) برای درایو SPIM را مبنی بر [مرجع 18]، ارایه می دهیم. مقاله ارایه شده [18]، کنترل سرعت بدون سنسور برای درایو موتور القایی سه-فاز را پژوهش می کند. معادلات مدل SPIM (ماشین القایی تکفاز)، پیچیده تر از معادلات مربوط به ماشین های القایی سه-فاز هستند، زیرا در آن سیم پیچ های اصلی و کمکی استاتور دارای مقاومت ها و اندوکتانس های متفاوتی می باشند. اگرچه، کاربرد کنترل جهت دادن به میدان، برای یک ماشین تکفاز، نایزمند توجهی ویژه می باشد؛ زیرا مدل ریاضی برای این نوع ماشین، همانند مدل ریاضی ماشین دو-فاز نامتقارن، می باشد. بعلاوه، از کنترل و توپولوژی های مبدل ویژه ای برای تغذیه SPIM مبنی بر سه-پایه، استفاده شده است تا اینورتر منبع ولتاژ دو-فازی را تولید کنیم که در آن مدولاسیون پهنای پالس سینوسی (PWM) اِعمال می شود. سرعت تخمین زده شده، تنها با استفاده از اندازه گیری های جریان های سیم پیچ های اصلی و کمکی استاتور، و نیز جریان محور-q مرجع تولید شده توسط الگوریتم کنترلی، بدست می آید. یک روش تخمین سرعت ارایه شده است، تا مسایل هزینه و پیچیدگی را حل کند. نتایج شبیه سازی ها و آزمایشات، مشخصات اصلی سیستم درایو ارایه شده را نمایش می دهند. در این کار، از الگوریتم کنترل سرعت بدون سنسور، استفاده شده و تحت سرعت های نامی، کم، و صفر پیاده سازی شده است.