سرو موتورهای الکتریکی

javad ta

عضو جدید
کاربر ممتاز
طراحی یک کنترل کننده فازی با Matlab را برای کنترل یک سروموتور

طراحی یک کنترل کننده فازی با Matlab را برای کنترل یک سروموتور

مهمترین مزیت های موتور القایی در مقابل موتور DC ساختار ساده، راندمان بالاتر، قیمت کمتر و رنج توان بالاتر می باشد. در مقابل مهمترین حسن موتورهای DC در مقابل موتورهای القایی کنترل راحت‌تر و دقیق‌تر این موتورهای می باشد.
روش های زیادی برای کنترل موتور القایی پیشنهاد شده است که بطور کلی می توان این روش ها را بصورت زیر دسته‌بندی کرد: روش های کنترل اسکالر معمولاً ساده‌تر و ارزان‌تر و در مقابل دارای محدودیت رنج کنترل سرعت می باشند. روش های کنترل برداری پیچیده‌تر و گران‌تر می باشند ولی می توانند سرعت موتور را از‌ سرعت صفر تا بالاتر از سرعت نامی موتور بطور دقیق کنترل کنند.
در این قسمت می خواهیم انواع روش های کنترل اسکالر را توضیح بدهیم.
همان طور که قبلاً اشاره شد سرعت روتور بصورت زیر قابل محاسبه می باشد: که fs فرکانس تغذیه موتور،P تعداد قطب های موتور و s لغزش موتور می باشند.
همان طور که از رابطه بالا مشخص است برای تغییر سرعت موتور می توان سه پارامتر fs و P و s را تغییر داد.
کنترل سرعت با تغییر لغزش:
برای تغییر s می توان یک مقاومت در روتور (برای موتورهای القایی سیم پیچی شده) مانند شکل زیر اضافه کرد که با تغییر آن منحنی گشتاور سرعت تغییر کرده و سرعت موتور نیز تغییر می کند: در قدیم معمولاً از رئوستا استفاده می شد ولی امروزه از مقاومت استاتیکی استفاده می شود. چون اضافه کردن مقاومت باعث ایجاد تلفات می گردد پس بازده موتور کاهش پیدا می کند. بنابراین از این روش کمتر استفاده می شود.
کنترل سرعت با تغییر قطب:
همان طور که از رابطه میدان استاتور مشخص است سرعت با تعداد قطب رابطه عکس دارد. بنابراین می توان با استفاده از چند سیم پیچی با تعداد قطب های مختلف در استاتور بجای یک سیم پیچی به سرعت های مختلف دست یافت. مثلاً اگر دو سیم پیچی ۶ و ۸ قطبی داشته باشیم در فرکانس ۵۰ می توان به دو سرعت ۱۰۰۰ و ۷۵۰ دور بر دقیقه دست یافت. توجه کنید که در این روش تغییرات سرعت پیوسته نمی باشد و فقط می توان چند سرعت گسسته داشت. همچنین این روش باعث کاهش بازده ماشین شده و هزینه آن را افزایش می دهد.
اتصال دالاندر حالت خاصی از این روش می باشد که در آن سیم پیچی هر فاز به دو قسمت تقسیم شده است. در این روش با تغییر اتصال سری به اتصال موازی تعداد قطب ها نصف و سرعت دو برابر می شود. بدین ترتیب فقط با استفاده از یک سیم پیچی دو سرعت مختلف ایجاد می توان کرد.
سه روش اتصال برای روش دالاندر وجود دارد که بصورت زیر می باشند: مشخصه گشتاور سرعت اتصالات مختلف دالاندر بصورت زیر می باشد: کنترل سرعت با تغییر ولتاژ:
با توجه به رابطه زیر گشتاور موتور با مجذور ولتاژ تغذیه رابطه دارد: تغییرات ولتاژ شکل منحنی گشتاور سرعت را بصورت زیر تغییر می دهد: بنابراین می توان با تغییر ولتاژ سرعت را کنترل کرد. فقط باید توجه داشت که بدلیل مسایل عایقی نمی توان ولتاژ را از مقدار نامی خود بیشتر کرد و همچنین کاهش زیاد ولتاژ باعث تغییر شار شده که اثرات نامطلوبی بر روی موتور دارد.
کنترل سرعت با تغییر فرکانس منبع:
یکی از راههای تغییر ns تغییر فرکانس منبع تغذیه است. و لذا به یک تغییر دهنده فرکانس (اینورتر) در سر راه موتور نیاز است. شکل زیر تغییرات منحنی گشتاور سرعت بر حسب تغییرات فرکانس را نشان می دهد: کنترل سرعت موتورهای القایی با تغییر فرکانس مشکلاتی را برای موتور بوجود می آورد که عمده ترین آن گرم شدن هسته استاتور به علت افزایش فرکانس از حد نامی می باشد زیرا تلفات آهنی هسته استاتور با مجذور فرکانس رابطه مستقیم دارد: بنابراین به جای استفاده از تغییر فرکانس ، از کنترل ولتاژ فرکانس (V/f) استفاده می شود.
کنترل ولتاژ فرکانس (V/f) :
مدار معادل موتور القایی را در نظر بگیرید: پس می توان نوشت: مقدار ولتاژ القایی E1 برابر است با: که N تعداد حلقه‌های سری در هر فاز و Φm شار هر قطب در شکاف هوایی می باشد. اگر از افت ولتاژ مقاومت استاتور صرف نظر کنیم داریم: طبق رابطه بالا برای جلوگیری از به اشباع رفتن موتور باید ولتاژ پایانه موتور متناسب با فرکانس تغییر نماید. به این نحوه کنترل V/f ثابت می گویند.
در اینجا باید به این نکته اشاره کرد که در فرکانس های پایین (حدود۲۰ درصد فرکانس نامی) افت ولتاژ در دو سر R1 و X1 در مقابل V قابل صرف نظر نمی باشد و لذا دیگر نمی توان شار را ثابت در نظر گرفت لذا برای کنترل باید تغییرات ولتاژ بر حسب فرکانس بصورت زیر باشد: باید توجه داشت که در فرکانس مبنا (fbase) ولتاژ پایانه موتور حداکثر مقداریست که توسط اینورتر حاصل می شود. در فرکانسهای زیر (fbase) شار شکاف هوایی (Φm) با تغییر V/f ثابت نگه داشته می شود و لذا در ناحیه زیر فرکانس (fbase) گشتاور ماکزیمم ثابت باقی خواهد ماند اما در ناحیه فرکانس های بیش از (fbase) دیگر V را نمی توان متناسب با فرکانس افزایش داد و در این حالت شار در شکاف هوایی (Φm) کاهش یافته و بنابراین گشتاور ماکزیمم نیز کاهش می یابد عملکرد در این ناحیه همانند سیستم کنترل تضعیف میدان در موتورهای DC است.
در شکل زیر منحنی مشخصه گشتاور سرعت بر اساس V/f ثابت نشان داده شده است: این روش به دو صورت حلقه باز و حلقه بسته پیاده سازی می شود.
بلوک دیاگرام کنترلی حلقه باز بصورت زیر می باشد: بلوک دیاگرام کنترلی حلقه بسته بصورت زیر می باشد:
 
بالا