دانلود پروژه درایو های الکتریکی
امروزه یکی از مهمترین مباحث صنعت برق،کنترل سرعت موتورهای الکتربکی می باشد. تا به حال تحقیقات عملی، تئوری و مقالات فراوانی در این رابطه به انجام رسیده است. در امر کنترل سرعت از موتورهای DC استفاده فراوان می شود زیرا کنترل سرعت در موتورهای DC آسان و قابل دسترس است. اما موتورهای DC دارای معایبی از جمله تعمیر و نگهداری مشکل (به دلیل وجود جاروبک وکموتاتور) و هزینه زیاد می باشند که در بیشتر موارد استفاده از آنها به صرفه نیست. با پیدایش و پیشرفت ادوات الکترونیک قدرت مانند تریستورها و ترانزیستورهای قدرت، باعث شد تا موتورهای القایی در امرکنترل سرعت بسیار مورد استفاده قرار گیرند. موتورهای القایی به خصوص موتورهای قفس سنجابی مزایایی نسبت به موتورهای DC دارند. که از مواردی نظیر نیاز به تعمیر و نگهداری کمتر، قابلیت اطمینان بالاتر، هزینه، وزن، حجم و اینرسی کمتر، راندمان بیشتر، قابلیت عملکرد در محیط های با گرد و غبار و در محیط های قابل انفجار را می توان نام برد. با توجه به مزایای ذکر شده در تمامی کاربردها، موتورهای القایی بطور وسیع بر سایر موتورهای الکتریکی ترجیح داده شده می شوند. پیش بینی می شود در آینده موتورهای القایی بطور گسترده در محرکه های سرعت متغیر مورد استفاده قرار خواهند گرفت. ما دراین پروژه تحقیقاتی در ابتدا به معرفی انواع درایوها و اجزای درایوهای الکتریکی و در ادامه در مورد کنترل درایو های الکتریکی، اصول و روشهای کنترل سرعت موتورهای القایی بحث خواهیم کرد و نیز در فصلهای پایانی به ترجمه سه مقاله که موضوع آنها کنترل سرعت موتور به روش Sensourless (بدون سنسور)، شبکه های عصبی و فازی و شبیه سازی درایو است، پرداخته ایم. این روش یکی از روشهای مدرن می باشد که در مورد آن مقالات و تحقیقات بسیاری منتشر شده و هنوز زمینه کار بسیاری دارد. هدف این روش حذف سنسور سرعت، به دلیل مشکلاتی اعم از ظرافت و حساسیت زیاد مدارات سنسور، هزینه و کم کردن قابلیت اطمینان مدارات کنترلی ،می باشد.
فهرست مطالب
چکیده
فصل اول: درایو های الکتریکی
1-1- مقدمه
1-2- اجزای درایوهای الکتریکی
1-2-1- موتورهای الکتریکی
1-2-2- تنظیم کننده توان
کنورتور ها
امپدانس های قابل تنظیم
1-2-3- منابع تغذیه
1-2-4- بلوکهای کنترل کننده
1-3- مزایای درایوهای الکتریکی
1-4- انتخاب درایو الکتریکی
1-5- مقایسه بین درایوهای DC و AC
1-6- مدل سازی موتور القایی در سیستم
1-6-1- تبدیل مولفه های استاتور
1-6 –3- معادله شار – جریان استاتور
1-6–4- معادله شار- جریان روتور
1-6-5- ماتریس اندوکتانس خودی استاتور ( qd0 )
1-6-6- ماتریس اندوکتانس متقابل استاتور- روتور ( qd0 )
1-6-7- ماتریس اندوکتانس خودی روتور ( qd0 )
1-6-8- ماتریس اندوکتانس متقابل روتور- استاتور ( qd0 )
1-6-9- معادلات نهایی ولتاژ – جریان استاتورو روتور
1-6-10- معادله دینامیکی ماشین
فصل دوم: کنترل درایو های الکتریکی
2-1- مقدمه
2-2- کنترل درایو درحالت حلقه باز
2- 3- کنترل درایو در حالت حلقه بسته
2-3-1- کنترل گشتاور
2-3-2- کنترل سرعت
2-3-3- کنترل وضعیت زاویه ای
2-4- کنترل کننده های PID
2-5- مقادیر مجاز یا نامی درایوهای الکتریکی
2-6- راه اندازی درایو
3-7- ترمز درایو
2-8- کنترل سرعت درایو
فصل سوم: بررسی معادلات دینامیکی موتور القایی و اصول کنترل سرعت موتورهای القایی
3-1- بررسی معادلات دینامیکی موتور القایی
3-1-1- معادلات در سیستم سه فاز
3-1-2- معادلات در مختصات مرجع qd دلخواه
3-2- اصول و روشهای کنترل سرعت
3-2-1- اصول کنترل سرعت موتورهای القایی
3-3- کنترل شار فاصله هوایی
3-3-1- شرایط لازم جهت ایجاد شار فاصلۀ هوایی ثابت
3-3-2- کنترل تقریبی شار در شرایط تغذیه توسط نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت
3-5- بررسی عملکرد تحت شرایط تغذیه توسط ولتاژ متغیر با فرکانس ثابت
3-6- عملکرد در شرایط تغذیه توسط ولتاژ ثابت و فرکانس متغیر
3-7- روش های کنترلی موتورهای القایی، کنترل کننده های اسکالر
3-8- کنترل کننده گشتاور با تنظیم لغزش و حلقه مستقل کنترل شار
3-9- تخمین شار و گشتاور
3-9-1- تخمین شار رتور و گشتاور با استفاده از جریان استاتور و سرعت
3-9-2- تخمین شار فاصلۀ هوایی و گشتاور با استفاده از ولتاژ و جریان استاتور
فصل چهارم: مرور کارهای پیشین انجام شده
4-1- مقدمه
4-2- روشهای مختلف پیشگویی
4-4-1- کنترل پشگو بدون نوسان
4-4-2- کنترل هیسترزیس بر پایه پیشگویی
4-4-3- مسیریابی برپایه پیشگویی
2-2-4- کنترل پیشگو بر اساس مدل (MPC)
فصل پنجم:کنترل پیشگو بر اساس مدل(MPC)
5-1- مقدمه
5–2- به دست آوردن معادل بردار فضایی حالات سوئیچینگ اینورتر دو سطحی سه فاز
5-3-کنترل پیشگو بر اساس مدل
5-4- بعضی از مثال های کاربردی
5-4-1- کنترل جریان
5-4-2- کنترل توان
5-4-4- کنترل گشتاور و شار استاتور
فصل ششم: سیستم کنترل سرعت موتور القایی Speed-Sensorless با استفاده از یک جبران کننده سرعت رتور به وسیله خطای شار رتور
6-1- مقدمه
6-2- سیستم پیشنهاد شده
فصل هفتم: کنترل موتور القایی بدون سنسور- سرعت با جبران کردن گشتاور
7-1-مقدمه
7-2-مدل موتور القایی
7-3-کنترل موتور القایی
7-4-کنترل‌کننده جریان
7-5-کنترل شار
7-6-کنترل‌کننده سرعت
فصل هشتم: شبکه های عصبی و کنترل فازی
8-1- مقدمه
8-2- اصول شبکه های عصبی
8-3- کاربردها و خواص شبکه های عصبی
8-4- مزایا و معایب شبکه عصبی
8–5- طبیعت شبکه های عصبی
8-6- پرسپترون چند لایه (شبکه MLP)
8–6–1- مقدمه
8–6–2- یادگیری تحت نظارت
8-6–3- روش یادگیری
8-7- تاریخچه منطق فازی
8-8- اجزای مجموعه فازی
8-9- عملیات اصلی مجموعه های فازی
8-10- اجتماع مجموعه های فازی
8- 11 -اشتراک مجموعه های فازی
8-12- سیستم های منطق فازی
8-13- فازی ساز
8-14- استنتاج فازی
8-15- دی فازی کننده
فصل نهم: مطالعه و شبیه سازی
9-1- مقدمه
9-2- مدل موتور القایی
9–3- پایداری لیاپانوف (روش دوم)
9-4- کنترل پیشگو با استفاده از تابع لیاپانوف
9-5- معادلات تخمین گر
9-6 - شبیه سازی کنترل پیشگو
9-7- پیاده سازی شبکة عصبی مصنوعی برای تخمین حالت سوئیچینگ مناسب
9-7-1- داده های لازم جهت آموزش و اعتبار سنجی
9-7-2- پیش پردازش داده ها
9-7-3- ساختار شبکة عصبی
9-7-4- آموزش و اعتبارسنجی شبکة عصبی
9-7-5- نتایج شبیه سازی
9-8-1- بلوک دیاگرام کنترلر فازی
9-8-2- نتایج شبیه سازی با استفاده از کنترلر فازی
9-9- نتیجه گیری
فصل دهم: نتیجه گیری
10-1- نتیجه گیری
10-2- پیشنهادات
منابع و ماخذ
AbstrACt
منابع و مآخذ:
دکتر محمد ابراهیمی"کنترل درایوهای الکتریکی "، انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی اصفهان1381 [1]
2[ علی وحیدیان کامیاد، حامد رضا طاقیان، "مقدمه ای بر منطق فازی برای کاربردهای عملی"، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، 1386.
3[ "انتشارات نگارنده دانش 1388PLC محمد رضا ماهر، غلامرضا آقا جری،"
]4 علی خاکی صدیق " اصول کنترل مدرن "انتشارات دانشگاه تهران 1388 چاپ پنجم.
][ تئوری ماشین‌های الکتریکی، پروفسور بیم بهارا، مترجم: دکتر سلطانی، دکتر لسانی
]6 ماشین‌های الکتریکی، پ س سن
[1] Ion Boldea , S.A.Nasar “ELECTRIC DRIVES, ” 2005
[2] M. P. Kazmierkowski, R. Krishnan, and F. Blaabjerg, Control in Power Electronics. New York: ACademic, 2002.
[3] N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, Power Electronics, 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley, 1995.
[4] A. Linder, “Modellbasierte Prädiktivregelung in Der Antriebstechnik,” Ph.D. dissertation, Wuppertal Univ., Wuppertal, Germany, 2005.
[5] 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.
[6] 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.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 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.
[10] 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.
[11] 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.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
[15] 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.
[16] M. Depenbrock, “Direct Self-Control (DSC) of inverter-fed induction mAChine,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 3, no. 4, pp. 420–429, Oct. 1988.
[17] 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.
[18] S. V. Emeljanov, Automatic Control Systems With Variable Structure (Automatische Regelsysteme mit Veranderlicher Struktur). Munich, Germany: R. Oldenbourg-Verlag, 1969.
[19] 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.
[20] P. Mutschler , “A new speed - control method for induction motors , ” in Proc. Conf. Rec. PCIM, Nuremberg, Germany, May 1998, pp. 131–136.
[21] 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 .
[22] 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.
[23] 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.
[24] 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.
[25] J. Rodríguez, J. Pontt, C. Silva, P. Correa, P. Lezana, P. Cortés, and U. Ammann, “Predictive current control of a voltage source inverter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 1, pp. 495–503, Fe b. 2007.
[26] P. Cortés, J. Rodríguez, D. E. Quevedo, and C. Silva, “Predictive current control strategy with imposed load current spectrum,” IEEE Trans. PowerElectron., vol. 23, no. 2, pp. 612–618, Mar. 2008.
[27] G. Perantzakis, F. Xepapas, S. Papathanassiou, and S. N. Manias, “A predictive current control technique for three-level NPC voltage sourceinverters,” in Proc. IEEE 36th PESC, Sep. 2005, pp. 1241–1246.
[28] R. Kennel, A. Linder, and M. Linke, “Generalized Predictive Control (GPC) Ready for use in drive applications?” in Proc. IEEE PESC, Vancouver, BC, Canada, 2001, pp. 1839–1844.
[29] G. S. Perantzakis, F. H. Xepapas, and S. N. Manias, “Efficient predictive current control technique for multilevel voltage source inverters,” in Proc.Eur. Conf. Power Electron. Appl., Sep. 2005
[30] J. Rodriguez, J. Pontt, P. Correa, P. Lezana, and P. Cortes, “Predictive power control of an AC/DC/AC converter,” in Conf. Rec. 40th IEEE IAS Annu. Meeting, vol. 2, Oct. 2005, pp. 934–939.
[31] J. Rodriguez, J. Pontt, P. Correa, U. Ammann, and P. Cortes, “Novel control strategy of an AC/DC/AC converter using power relations,” in Proc. Int. Conf. Power Electron. Intell. Control Energy Conservation,Pelincec, Warsaw, Poland, Oct. 16–19, 2005.
[32] P. Antoniewicz and M. P. Kazmierkowski, “Predictive direct power control of three-phase boost rectifier,” Bull. Pol. ACad. Sci., vol. 54, no. 3, pp. 287–292, 2006.
[33] J. Rodríguez, J. Pontt, C. Silva, P. Cortés, S. Rees, and U.Ammann, “Predictive direct torque control of an induction mAChine,” in Proc. 11thInt. EPE-PEMC, Riga, Latvia, Sep. 2–4, 2004.
[34] P. Antoniewicz and M. P. Kazmierkowski, “Predictive direct power control of three-phase boost rectifier,” Bull. Pol. ACad. Sci., vol. 54, no. 3,pp. 287–292, 2006.
[35] J. Rodriguez, J. Pontt, P. Correa, U. Ammann, and P. Cortes, “Novel control strategy of an AC/DC/AC converter using power relations,” in Proc. Int . Conf. Power Electron. Intell. Control Energy Conservation, Pelincec, Warsaw, Poland, Oct. 16–19, 2005.
[36] J. Rodriguez, J. Pontt, P. Correa, P. Lezana, and P. Cortes, “Predictive power control of an AC/DC/AC converter,” in Conf. Rec. 40th IEEE IASAnnu. Meeting, vol. 2, Oct. 2005, pp. 934–939.
[37] R. Vargas, P. Cortes, U. Ammann, J. Rodriguez, and J. Pontt, “Predictive control of a three-phase neutral-point-clamped inverter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 5, pp. 2697–2705, Oct. 2007.
[38] Hernán Miranda, Student Member, IEEE, Patricio Cortés, Member, IEEE, Juan I. Yuz, Member, IEEE, and José Rodríguez, Senior Member, IEEE “Predictive Torque Control of Induction MAChines Based on State-SpACe Models” IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 56, NO. 6, JUNE 2009.
[39] Miran Rodič, Karel Jezernik“LYAPUNOV BASED PREDICTIVE DTC ALGORITHM FOR INDUCTION MOTORS” IEEE CONFERENCE ON POWER ELECTRONIC AND DRIVES , VOL. 56, NO. 6, JUNE 2009.
[40] A.G.Alssaoui,M.Abid,H.Abid,A.Tahour,A.K.Zeblah, “ A fuzzy logic controller for synchronous mAChine, ” Journal of electrical , engineering Vol .58, no.5, pp.285-290,2007.
[41] Y. Nishida , O. Miyashita , T. Haneyoshi , H . Tomita , and A . Maeda , “ A predictive instantaneous-current PWM controlled rectifier with AC-side harmonic current reduction,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 44, no. 3, pp. 337–343, Jun. 1997.
[42] S.-G. Jeong and M.-H. Woo, “ DSP-based ACtive power filter with predictive
current control , ” IEEE Trans. Ind. Electron ., vol . 44, no. 3, pp. 329– 336 , Jun. 1997.
[43] E. F. CamACho and C. Bordons, Model Predictive Control. NewYork:
Springer-Verlag, 1999.
[44] J. M. MACiejowski, Predictive Control With Constraints. Englewood
Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 2002.
[45] G. C. Goodwin, M. M. Serón, and J. A. De Doná, Constrained Control
& Estimation—An Optimization Perspective. London, U.K.: Springer-
Verlag, 2005.
[46] A. Linder and R. Kennel, “Model predictive control for electrical drives,”
in Proc. IEEE PESC, Recife, Brazil, 2005, pp. 1793–1799.
[48] Simon Heykin , “ Neural Network ” Second Edition , 1999
[49]G-Youl jeong- Speed Sensorless induction motor control system,IEEE
[50]C-Cauduro Gastaldini and H- Abilio Grundling-- Speed Sensorless induction motor control with troque compensation,IEEE
امروزه در بسیاری از صنایع و حتی در وسایل خانگی نیاز به کنتر ل حرکت می باشد کنترل حرکت برحسب نیاز به صورت کنترل وضعیت زاویه ای مسافت پیموده شده کنترل سرعت ویاکنترل گشتاور انجام می گیرد به عنوان مثال می توان به کار برد این کنترل کننده ها درسیستمهای حمل ونقل، صنایع نورد کاغذ سازی، نظامی ونساجی وهمچنین ماشین افزار ربات وماشین لباسشوئی اشاره نمود. مجموعه سیستمی راکه بوسیله آن حرکت یک بار مکانیکی در اشکال مختلف آن کنترل گردیده وامکان دستیابی به گشتاور وسرعت های مختلف را فراهم می کند یک درایو می نامند .
در هر درایویک قسمت به نام موتور ویا محرک اصلی وجود دارد که در واقع منبع ایجاد حرکت می باشد این قسمت به صورت های مختلف هیدرولیکی پتوماتیکی موتور مکانیکی ویاموتور الکتریکی می باشد درایوی که در ان ایجاد حرکت به وسیله موتور الکتریکی انجام می گیرد اصطلاحاً درایو الکتریکی نامیده می شود
۱-۲ اجزای درایوهای الکتریکی
درشکل (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 وبار مکانیکی بار مجموعه ای متشکل از اجزای مکانیکی است که جهت انجام کار خاصی طراحی شده اند به عنوان مثال می توان به هواکش جرثقیل ربات ماشین لباسشوئی و ماشین افزار اشاره نمود دراین فصل انواع بارهای مکانیکی بحث خواهد شد در این مبحث سایر اجزاء درایو شرح داده می شوند .
۱-۲-۱ موتورهای الکتریکی
در درایو های الکتریکی از موتورهای الکتریکی مختلف استفاده می شود این موتورها عبارتند از موتورهای جریان دائم در انواع موازی سری کمپوند ومغناطیس دائم موتورهای القایی با رتور سیم پیچی شده ورتور قفسه ای وموتورهای جریان دائم فاقد جارویک موتورهای پله ای وبالاخره موتورهای سوییچ رلکتانس در گذشته هرکجا نیاز به کنترل سرعت دقیق در محدوده وسیع بود ازموتورهای جریان دائم استفاده می شدوموتورهای ac به دلیل هزینه زیاد وراندمان نامناسب به کار گرفته نمی شدند امروزه باپیشرفت درصنایع الکترونیک قدرت وساخت ارزان قیمت انواع کنورتورها وبه دلیل مزایای متعدد موتورهای ac نسبت به موتورهای dc استفاده از این نوع موتورها در درایوهای الکتریکی مرسوم شده است برخی ازمزایای موتورهای acنسبت به dc عبارتند از عدم وجود سیستم کموتاتور که باعث نیاز به سرویس وهزینه های مربوط به نگهداری می شود حجم ووزن کمتر وبه تبع ارزانتر به عنوان مثال قیمت یک موتور القایی قفسه ای نسبت به یک موتور dc باقدرت مشابه در حدود یک سوم می باشد در عین حال موتورالقایی محکم ودارای قابلیت عملکرد درسرعت وگشتاورهای بالا می باشددرعین حال موتورهای القابی بارتور سیم پیچی شده اگر چه نسبت به نوع قفسه ای گرانقیمت تر هستند ونیاز به سرویس ونگهداری بیشتری دارند ولی باز هم نسبت به نوع dc برتری خواهند داشت.
موتورهای سنکرون معمولی دارای راندمان وضریب قدرت مناسب بوده ولی قیمت وحجم انها نسبت به نوع القایی بیشتر است .
موتورسنکرون مغناطیس دائم همه مزایای قبلی را داراست ولی عملاً در قدرتهای پایین ساخته می شود، موتورهای dc فاقد جاروبک مشابه موتورهای سنکرون مغناطیس دائم هستند ازاین موتورها درقدرتهای کم و سرعت زیاداستفاده می شود .
۱٫۲٫۲تنظیم کننده توان
قسمت دیگر یک درایو الکتریکی بلوک تنظیم کننده توان می باشد این قسمت می تواند وظایفی به شرح زیر را انجام دهد
تنظیم توان جاری شده ازمنبع به سمت موتوربه نحوی که بتوان به نقطه کار مورد نظر برروی مشخصه سرعت- گشتاور بار مکانیکی رسید.
میزان جریان کشیده ازمنبع ویاجریان موتوردرمدت زمان عبور سیستم ازحالت گذرابه حالت پایدار مانند لحظه راه اندازی ترمز ویامعکوس کردن جهت چرخش در حد مجاز نگه داشته می‌شود تا از آسیب رسیدن به سیستم ویاافت ولتاژ ناشی از اضافه جریان جلوگیری شود .
انرژی الکتریکی منبع به نوع مناسب جهت تغذیه موتور تبدیل گردد به عنوان مثال اگر منبع از نوع dc وموتور ازنوع ac است باید از یک مبدل dc-ac استفاده گردد دراین حالت تنظیم کننده توان کنورتور نامیده می شود.
تنظیم وانتخاب جهت جاری شدن توان وانرژی برحسب نواحی کاری از قبیل ناحیه موتوری یاترمزی تنظیم کننده های توان رامی توان به طرق مختلف دسته بندی کرد از جمله دسته بندی به انواع: کنورتورهای امپدانس متغیر ومدارهای سویچ کننده .
کنورتورها
وقتی از تنظیم کننده توان جهت تبدیل انرژی الکتریکی از نوعی به نوع دیگر استفاد ه می شود.
(وظیفه شمارهIII)به آن اصطلاحا کنوتور می گویند البته در این حالت کنورتور می تواند برحسب نیاز وظایف ذکر شده دیگر راهم انجام دهد
منابع تغذیه اصلی درایو معمولا به دوشکل زیر هستند:
منبع ولتاژ ac بادامنه وفرکانس ثابت
منبع ولتاژ dc بادامنه ثابت
موتورهای مورد استفاده هم دو دسته هستند :
موتورهای dc که نیاز به ولتاژdc بادامنه و فرکانس متغیر دارند.
لذا برحسب نوع موتور از کنورتورهای مختلف استفاده خواهد شد جهت ساخت کنورتورها از المانهای نیمه هادی از قبیل ترانزیستورهای قدرت IGBT،GTO، MosFET استفاده می شود.
الف-کنوتورهای مبدل acبه dc
در این نوع کنورتور از منبع تغذیه acبا دامنه و فرکانس ثابت جهت تولید ولتاژ dcاستفاده می شود شکل (۱-۲) چنانچه جهت ساخت کنورتور از یکسوکننده های دیودی استفاده شده باشد دامنه ولتاژ dc خروجی ثابت خواهد بود ودر صورت به کارگیری المانهای نیمه هادی باقابلیت کنترل زاویه آتش مانند ترانزیستور یاGTO دامنه ولتاژ خروجی قابل تنظیم خواهد بود این کنورتور رامی توان به نحوی طراحی کرد که قابلیت تولید ولتاژ وجریان متغیر یاجهت دلخواه راداشته باشد ویابه عبارت دیگر بتواند در صفحه مشخصه ولتاژ جریان در یک ربع، دوربع ویا چهار ربع ناحیه کاری عمل نماید میزان تولید هارمونیک جریان وضریب قدرت در انواع مختلف کنوتور متفاوت می باشد وبا بهبود ساختار سیستم های کنترل کننده کنورتوراین مقادیر بهینه می گردند .
در بعضی از روشهای سنتی جهت تغییر سطح ولتاژ وهمچنین تبدیل ولتاژ ac به dc از مجموعه ای متشکل از ترانسفورماتور و ماشین های دوار استفاده می شود .
ب- کنترل کننده های ولتاژac
درشرایطی استفاده می شود که منبع تغذیه ac ثابت موجود بوده وولتاژ ac باهمان فرکانس منبع ولی بادامنه قابل تنظیم مورد نیاز باشد برای این منظور در روش های سنتی اتوترانسفورماتور به کار گرفته می شود ولی امروزه کنترل کننده های ولتاژ تریستوری ترجیح داده می شوند شکل (۱-۳) در صورت جهت تغییر دامنه ولتاژ خروجی از تنظیم زاویه آتش تریستورها استفاده می شود البته در حالت اول ولتاژ وجریان کاملا سینوسی هستند ولی در شرایط به کارگیری تریستوردارای هارمونی بوده وضریب قدرت هم کاهش خواهد یافت .
ج- کنورتورهای dc-dc یاچاپر
از چاپردر مواردی استفاده می گردد که منبع ولتاژ dc ثابت موجود بوده و ولتاژ dc با دامنه متغیر مورد نیاز می باشد برای این منظور نسبت زمانی عملکرد چاپر محاسبه وسوییچ زنی به نحو مناسب انجام خواهد گرفت(شکل۱-۴)
د-اینورتر
از اینورتردرمواردی استفاده می گردد که منبع ولتاژdc ثابت در اختیار بود وولتاژ یاجریان ac بادامنه ثابت وفرکانس قابل تنظیم مورد نیاز می باشد شکل(۱-۵الف) جهت تولید ولتاژ یا جریان بادامنه وفرکانس قابل تنظیم ابتدا دامنه ولتاژ dc ورودی با استفاده از یکسو کننده های قابل تنظیم به مقدار مناسب تولید می گردد شکل (۱-۵،ب) روش دیگر جهت دستیابی به هدف فوق استفاده از اینورترهای pwm است شکل (۱-۵،ج) .
ه- سیکلوکنورتور
کنورتورهایی که ورودی آنها منبع ولتاژ ac بادامنه وفرکانس ثابت وخروجی ولتاژ acبا دامنه وفرکانس قابل تنظیم باشد سکلوکنورتور نامیده می شوند برای این منظور از تنظیم زاویای آتش المانهای نیمه هادی درسیکلوکنورتور استفاده می شود .
امپدانس های قابل تنظیم
تغییر وتنظیم ولتاژ ورودی به درایوهای dcیاac بااستفاده از مقاومت ویاامپدانسهای متغیر امکان پذیر می باشد از این مقاومت ها جهت ایجاد حالت ترمز هم استفاده می شود در روشهای سنتی تغییر میزان مقاومت ها جهت ایجاد حالت ترمز هم استفاده می شود در روشهای سنتی تغییر میزان مقاومت موثر با به کارگیری کنتا کتورهای مکانیکی وبه طریق دستی یااتوماتیک انجام می گیرد امروزه ازسویچهای نیمه هادی که به طور موازی بایک مقاومت ثابت قرار می گیرند استفاده می شود در این روش باتغییر نسبت زمانی عملکرد میزان مقاومت موثر در مدار تغییر داده می شود جهت محدود کردن جریان راه اندازی موتورهای ac استفاده از انداکتور (سلف) نیز متداول می باشد همچنین در کاربردهای باقدرت بالا استفاده از رئو ستاهای مایع امکان پذیر می باشد .
مدارهای سویچنک
از عملیات سوییچ کردن (قطع و وصل )در موارد مختلف استفاده می شود
الف-تغییر ناحیه کاری موتور (چهار ناحیه کاری )
ب- تغییر نحوه اتصالات سیم پیچهای موتور که باعث تعییرپارامترها در شرایط راه اندازی ترمز ویا تغییر سرعت موتور می گردد
ج-عملکرد درایو مطابق برنامه ریزی انجام شده
د-قطع موتور درشرایط بروز خطا در سیستم
ه- انجام فرامین صادره توسط کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (plc)
از این کنترل کننده ها جهت انجام عملیاتی که باید باتوالی منظم وارتباطاتی خاص انجام گیرد استفاده می گردد جهت انجام عملیات سوییچ کردن درمدارهای قدرت موتورهای الکتریکی از رله های الکترومغناطیسی که اصطلاحا کنتاکتور نامیده می شوند استفاده از سوییچهای تریستوری بسیار متداول شده است.
۳-۲-۱ منابع تغذیه
منبع تغذیه درایوها عموما از نوع acسه فاز است چنانچه توان مصرفی درایو کم باشد از منبع تغذیه تک فاز استفاده می گردد البته درایوهای مربوط به سیستم های حمل ونقل از این قاعده استثناء هستند زیرا اگر چه توان آنها بالاست ولی به دلیل مسائل اقتصادی در این درایواز منبع تک فاز استفاده می شود
چنانچه درایو مستقیما توسط منبع ac بافرکانس HZ 50تغذیه شود حداکثر سرعت ممکنه موتورهای القایی ویا سنکرون معادل ۳۰۰۰دور در دقیقه خواهد بود چنانچه سرعت های بیشتری مورد نیاز باشند استفاده از سیستم های کنورتورمناسب می باشند اندازه ولتاژتغذیه موتورهابستگی به توان آنها دارد موتورهای باقدرت کم و یا متوسط دسته بندی می شوند.
۲-۱مقدمه
دریک درایوالکتریکی برحسب نیاز می توان موقعیت زاویه های شافت سرعت چرخش ویا گشتاور راکنترل نمود از طرف دیگر باتوجه به محدودیت کنورتور وموتور از نظر حداکثر قابلیت تولید گشتاور یاتوان در عمل ممکن است متغیرهای فرعی از قبیل جریان ویاشار هم کنترل شوند کنترل یک درایو در حالت کلی به دوصورت حلقه باز و حلقه بسته امکان پذیر است .
۲-۲ کنترل درایو درحالت حلقه باز
خصوصیت سیستم های کنترل مدار باز سادگی آنهاست زیرا دراین سیستم ها از پس خور سیگنالهای استفاده نمی شود به عنوان مثال فرض کنید هدف کنترل سرعت یک درایو الکتریکی به صورت حلقه باز باشد ابتدا بااستفاده از روابط ریاضی تابع ارتباط دهنده سرعت باولتاژ تغذیه به دست می اید حال جهت دستیابی به سرعت مورد نظر کافی است سرعت مرجع درآن تابع اعمال ومیزان ولتاژ تعیین شود در ادامه ولتاژ مناسب توسط واحد تنظیم توان تولید و به موتور الکتریکی اعمال می شود (شکل۲-۱) درایو پنکه های سقفی نمونه ای از کنترل سرعت درحالت حلقه باز می باشند دراین سیستم ها میزان کم وتابع اثر عوامل مختلف خارجی می باشد به عنوان مثال چنانچه سرعت سیستم به مقدار خاصی تنظیم شده باشد ولی در حین کار میزان گشتاور بار اعمال شده به سیستم افزایش می یابد دراین صورت سرعت چرخش درایو کاهش خواهد یافت مانند آسانسور که چنانچه تعداد مسافرین افزایش یابند سرعت حرکت آن کم خواهد شد. شکل(۲-۲)
۲-۳کنترل درایو در حالت حلقه بسته
در صورت نیاز به سیستمی که درحالت پایدار دارای دقت کافی باشد ومتغیر کنترل شده (مثلاً سرعت) در شرایط تغییر در بار مکانیکی یاولتاژ تغذیه با مقدار مرجع اختلاف پیدا نکند باید از سیستم در حالت حلقه بسته استفاده نمود دراین شرایط باانتخاب منناسب سینگنالهای پس خور پاسخ دینامیکی سیستم هم بهبود خواهد یافت.
۲-۳-۱کنترل گشتاور
بلوک دیاگرام یک درایو درشرایط کنترل حلقه بسته گشتاور مطابق شکل (۲-۳)می باشد کاربرد کنترل گشتاور در خودروهای برقی وهمچنین قطارهای برقی می باشد دراین وسایل راننده پدالی رافشارداده وبدینوسیله T سیگنال گشتاور رابه سیستم اعمال می کند این سیگنال باگشتاور واقعی مقایسه وخطای موجود به یک کنترل کننده داده می شود خروجی این کنترل کننده سیگنال فرمان کنورتور راتولید می نماید کنورتور ولتاژ ویاجریان مناسب جهت تغذیه موتور راتولید وبه آن اعمال می کند گشتاور تولید شده توسط موتور باعث حرکت درایو می گردد از طرف دیگردراین مرحله میزان گشتاور الکتریکی تولید شده سنجیده وتوسط حلقه بسته کنترل جهت مقایسه باگشتاور مرجع به ابتدای بلوک کنترل کننده پس خور می گردد .
۲-۳-۲کنترل سرعت
بلوک دیاگرام یک درایو درحالت کنترل سرعت حلقه بسته مطابق شکل (۲-۴) می باشد درهرلحظه سرعت مرجع با سرعت فعلی که توسط دورسنج اندازه گیری شده مقایسه و
خطای موجود به بلوک کنترل کننده اعمال می گردد در این بلوک میزان ولتاژ مرجع جهت تغذیه موتور تولید می گردد در مرحله بعدی توسط یک کنورتور وبا استفاده از منبع تغذیه اصلی ولتاژ مناسب تولید وموتور توسط آن تعذیه می شود در این درایو موتور باسرعتی معادل سرعت مرجع کار خواهد کرد حال چنانچه میزان گشتاور باردر حین کار افزایش یابد سرعت موتور اندکی کاهش یافته و ورودی به بلوک کنترل کننده یعنی تفاضل سرعت مرجع وسرعت فعلی افزایش خواهد یافت در نتیجه خروجی این بلوک یعنی میزان ولتاژ مرجع افزایش یافته وبه تبع ولتاژ تولیدی توسط واحد تنظیم توان (کنورتور) افزایش خواهد یافت واین امر باعث افزایش سرعت به مقدار قبلی خود (مقدار مرجع ) خواهد شد درشکل (۲-۵) منحنی تغییرات سرعت درحالت عادی وپس از اعمال گشتاور بار نشان داده شده است .
۲-۳-۳ کنترل وضعیت زاویه ای
در این قسمت مثالی دیگر از سیستم های کنترل مدار بسته در نظر گرفته می شود این سیستم یک درایوالکتریکی است که جهت کنترل وضعیت زاویه ای چرخ چاپ یک ماشین تحریر الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد صفحه چرخ چاپ معمولا دارای حدود ۱۰۰ حرف وعلامت می باشد و بر حسب نیاز این صفحه باید به میزانی چرخانده شود که علامت مورد نظر جهت چاپ در برابر چکش قرار گیر د انتخاب علامت معمولا از طریق صفحه کلید انجام می‌شود هربارکه تکمه ای درروی صفحه کلید فشرده می شود فرمانی برای گردش چرخ چاپ از موقعیت فعلی به موقعیت جدید ارسال می شود یک ریز پردازنده جهت ومقدار چرخش رامحاسبه کرده وسیگنال فرمان منطقی به واحد ولتاژ یاجریان مناسب راتولید نموده وموتور الکتریکی راتغذیه می کند وضعیت زاویه چرخ چاپ به وسیله یک سنجش گرتعیین شده وخروجی آن به عنوان پس خور به واحد کنترل کننده اعمال می شود.
تادر هر لحظه با وضعیت زاویه ای مرجع مقایسه گردد به این ترتیب موتور برای چرخش چرخ چاپ از وضعیت فعلی به وضعیت جدید مرجع کنترل می شود شکل (۲-۶).
۲-۴ چنانچه در یک درایو التریکی دست یابی به پاسخ دینامیکی مطلوب مد نظر باشدباید از حلقه ای کننرل داخلی استفاده شود مثلا در شکل (۲-۷) که مربوط به یک درایو با هدف کنترل وضعیت زاویه ای محور موتور بوده است علاوه بر حلقه کنترل وضعیت زاویه ای از حلقه کنترل سرعت وگشتاور هم استفاده شده است همانگونه که در این بلوک دیاگرام مشاهده می شود خروجی کنترل کننده هر حلقه بیرونی به عنوان سیگنال مرجع حلقۀ بعدی استفاده شده است. حلقه های بیرونی نسبت به حلقه های درونی دارای سرعت پاسخ کندتری هستند.
جهت جلوگیری از ناپایدار شدن سیستم و یا افزایش متغییرها به بیش از حد مجاز ، در این صورت مقدار متغییرها در محدودۀ مجازی که باعث خرابی عملکرد سیستم نشود نگه داشته خواهد شد.
در بعضی سیستم ها علاوه بر کنترل متغیرهای اصلی ، متغیرهای فرعی هم کنترل می گردند. مثلا ممکن است از یک حلقه بسته جهت کنترل جریان درحد مجاز استفاده شود ، و یا جهت حصول پاسخ دینامیکی مطلوب و اجتناب از ورود ماشین به منطقه اشباع میزان شار هم کنترل گردد.
در شکل (۲-۸) بلوک دیاگرام یک کنترل کننده سرعت ملاحظه می گردد. در این شکل سرعت مرجع با سرعت فعلی مقایسه و خطای حاصل از کنترل کنندۀ سرعت عبور داده می شود. در این سیستم خروجی کنترل کنندۀ سرعت برابر جریان مرجع می باشد. این جریان ، توسط کنورتور تولید و موتور توسط آن تغذیه می شود. جهت جلوگیری از تولید جریان مرجع به بیش از حد مجاز جریان در کنورتور و یا موتور ، ابتدا این سیگنال از یک محدود کنندۀ جریان عبور داده شده است. از طرف دیگر جهت دستیابی به پاسخ دینامیکی مطلوب میزان جریان توسط یک حلقۀ داخلی کنترل شده است.
۲-۴ کنترل کننده های PID
جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .
دانلود پروژه درایو های الکتریکی
