وبلاگ

شکل ۲-۱۱- شار پیوندی بر حسب جریان هر فاز به ازای موقعیت های مختلف رتور

شکل ۲-۱۲- گشتاور الکتریکی بر حسب موقعیت روتور به ازای جریان های مختلف

شکل ۲-۱۳- ضریب نیروی ضد محرکه بر حسب جریان و موقعیت رتور

شکل ۲-۱۴- اندوکتانس بر حسب جریان و موقعیت رتور
مدلسازی موتور به دو صورت می تواند انجام شود:
الف- مدلسازی بر اساس معادله ۲-۱۶ که از بازنویسی معادله ۲-۳ بدست آمده است:
(۲- ۱۶)
در این حالت با بهره گرفتن از مقادیر بدست آمده از روش اجزای محدود برای ضریب نیروی ضد محرکه و اندوکتانس که در جدول ذخیره میشوند، میتوان جریان هر فاز را محاسبه نمود.

ب- مدلسازی بر اساس شار پیوندی:
در این حالت با بهره گرفتن از ولتاژ و جریان لحظه قبل و با بهره گرفتن از رابطه ۲-۱ شار پیوندی هر فاز محاسبه می شود. سپس با داشتن موقعیت رتور و شار هر فاز و با بهره گرفتن از جدول بدست آمده جریان فاز بر حسب شار و موقعیت رتور، جریان بدست خواهد آمد.
در هر دو روش پس از محاسبه جریان فازها، با بهره گرفتن از جدول گشتاور و جریان بدست آمده و موقعیت روتور، گشتاور ایجاد شده توسط هر فاز و نهایتاً گشتاور کل بدست می آید. سپس با بهره گرفتن از معادلات مربوط به سیستمهای مکانیکی دوار، سرعت محاسبه می شود. هر دو روش نتیجه یکسانی دارند و برای مدلسازی موتور بکار می روند. اگرچه بین مقادیر گشتاور الکتریکی استاتیکی و گشتاور اندازه گیری شده یکسانی وجود دارد، پاسخ دینامیکی موتور با پاسخ موتور واقعی که در] ۳۸ [ اندازه گیری شده، مقایسه گردیده است. شکل ۲- ۱۵ گشتاور استاتیکی محاسبه شده و اندازه گیری شده در مرجع ]۳۸[ را نشان می دهد. در شکل ۲- ۱۶ جریان یک فاز موتور در سرعت ۱۰۰۰ دور در دقیقه اندازه گیری شده است و ضریب اندازه گیری ۱۱ می باشد (ولتاژ بدست آمده باید در ۱۱ ضرب شود) ]۳۸[. در شکل ۲- ۱۷ جریان یک فاز موتور که در شرایط مشابه توسط مدل موتور بدست آمده است، نشان داده شده است. اشکال مذکور نشان می دهند که رفتار مدل ایجاد شده توسط روش اجزای محدود به رفتار موتور واقعی بسیار نزدیک است.

شکل ۲- ۱۵- گشتاور استاتیکی محاسبه شده و اندازه گیری شده در مرجع ]۳۸[

شکل ۲-۱۶ –جریان فاز اندازه گیری شده در سرعت ۱۰۰۰ دور در دقیقه ]۳۸[

شکل ۲- ۱۷ - جریان یک فاز موتور در ۱۰۰۰ دور در دقیقه که توسط مدل موتور بدست آمده است

• • 1. 1. نتیجه گیری

     

     

در این فصل، موتور سوئیچ رلوکتانس معرفی گردید و توضیحاتی در مورد نحوه عملکرد و مدارات سوئیچینگ آن ارائه شد. همچنین روابط ریاضی حاکم بر آن و معادلات دینامیکی موتور شرح داده شد. روش های مختلف مدلسازی موتور به اختصار و روش آنالیز اجزای محدود که در این پایان نامه از آن استفاده گردید به تفصیل شرح داده شد. مشخصات استاتیکی موتور که از آنالیز اجزای محدود بدست آمد با مشخصات استاتیکی اندازه گیری شده در ]۳۸[ مقایسه گردید و صحت آنالیزها تایید شد. برای اطمینان از صحت مدلسازی، پاسخ دینامیکی مدل شبیه سازی شده موتور شامل سرعت و جریان، در یک نقطه کار مشخص با سرعت و جریان اندازه گیری شده در موتور واقعی مقایسه گردید.
فصل سوم:
روش جریان پیوسته در کنترل موتور سوئیچ رلوکتانس
در این فصل اصول روش جریان پیوسته در موتور سوئیچ رلوکتانس و تاثیر آن بر شار، جریان، نیروی ضد محرکه و همچنین منحنی های توان و گشتاور موتور ارائه شده است. روش جریان پیوسته که اخیرا مورد توجه قرار گرفته و در کاربردهای خودروهای برقی استفاده شده است، راه حل مناسبی برای دستیابی همزمان به گشتاور مشخصه بالا و ناحیه توان ثابت وسیع در موتور سوئیچ رلوکتانس است. در روش متداول کنترل موتور سوئیچ رلوکتانس، جریان هر فاز در ابتدای هر سیکل الکتریکی از صفر شروع می شود و در انتهای سیکل به صفر می رسد. لیکن در روش جریان پیوسته همانطور که از نام روش پیداست، جریان هر فاز موتور صفر نمی شود و حداقل جریان همواره بزرگتر از صفر است. در این روش مقدار حداکثر و موثر جریان در سرعتهای بالا قابل افزایش است.
۳- ۱- روش متداول کنترل موتور سوئیچ رلوکتانس (روش جریان ناپیوسته)
در روش متداول و مرسوم کنترل موتور سوئیچ رلوکتانس که روش جریان ناپیوسته نامیده می شود، زاویه هدایت همواره کمتر و یا برابر با ۵۰ درصد از یک سیکل الکتریکی و یا به عنوان مثال کمتر از ۳۰ درجه در یک موتور چهار فاز نگه داشته می شود . در این روش و در حالت عملکرد جریان تک پالس یک ولتاژ مثبت مستقیم از طریق منبع ولتاژ به سیم پیچ هر فاز اعمال می گردد . جریان فاز از مقدار صفر شروع به افزایش نموده و تا مقدار مشخصی بالا می رود. مقدار نهایی جریان هر فاز وابسته به نیروی ضد محرکه و یا جریان مرجع در تنظیم کننده جریان است که مقدار سطح برش جریان را تعیین می کند. در سرعت های پایین نیروی ضد محرکه برای محدود نمودن جریان کافی نیست. بنابراین جریان هر فاز توسط برش جریان محدود می گردد. لیکن با افزایش سرعت نیروی ضد محرکه افزایش یافته و مانع از افزایش جریان می شود. به همین علت با افزایش سرعت مرجع، زاویه روشن شدن به ناچار باید کاهش یابد تا جریان فاز در حالتی که اندوکتانس کمتر است، زمان کافی برای افزایش داشته باشد.
شکل ۳-۱ جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه را که به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند نشان می دهد . در این شکل، سرعت ۱۵۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن - متر می باشد. همانطور که در این شکل مشاهده می­ شود نیروی ضد محرکه در مقایسه با ولتاژ اعمال شده مقدار کوچکی دارد و در نتیجه جریان توسط تنظیم کننده جریان در حدود ۲۰ آمپر محدود شده است. به خاطر اثر اشباع مغناطیسی، با افزایش جریان اندوکتانس به سرعت کاهش می یابد. زاویه روشن شدن و زاویه خاموش شدن سوئیچ ها در شکل مذکور به ترتیب ۱۵ درجه و ۱۸ درجه می باشد.
لازم به ذکر است که یک سیکل الکتریکی در موتور سوئیچ رلوکتانس چهار فاز برابر با ۶۰ درجه مکانیکی است و در شبیه سازی های این تحقیق، حالت هم محوری کامل هر فاز موقعیت صفر درجه رتور نسبت به آن فاز انتخاب شده است. لیکن در اشکال ارائه شده در این فصل، جهت نمایش بهتر، همه اشکال به اندازه ۳۰ درجه جابجا شده اند. لذا به منظور تطابق زوایای روشن و خاموش شدن فازها که در این فصل ارائه شده با آنچه که در فصول آینده آمده است، باید به زوایای ارائه شده در این فصل مقدار ۳۰ درجه اضافه شود. به عبارت دیگر، در شکل ۳-۱ زوایای روشن و خاموش شدن فازها در شبیه سازی به ترتیب برابر با ۴۵ و ۴۸ درجه است.
با افزایش سرعت نیروی ضد محرکه غالب خواهد شد و جریان فاز نمی تواند به سرعت افزایش یابد. بنابراین در سرعت های بالاتر جریان به طور طبیعی توسط نیروی ضد محرکه محدود می گردد و عملاً تنظیم کننده جریان غیر فعال خواهد شد. در شکل ۳-۲ جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند و سرعت ۲۵۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن - متر می باشد . همانطور که در این شکل نشان داده شده است نیروی ضد محرکه تا ۵۰۰ ولت در این حالت افزایش یافته است و جریان به کمتر از ۱۰ آمپر کاهش یافته است. زاویه روشن شدن و زاویه خاموش شدن در شکل مذکور به ترتیب صفر درجه و ۲۰ درجه (در شبیه سازی ۳۰ و ۵۰ درجه) و همچنین جریان در زاویه ۴۰ درجه (در شبیه سازی ۱۰ درجه) به مقدار صفر رسیده است. در مقایسه با شکل قبل می توان مشاهده نمود که برای افزایش سرعت هم زاویه هدایت افزایش یافته است و هم زاویه روشن شدن فاز کاهش پیدا کرده است.

شکل ۳-۱- جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه را که به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند. سرعت ۱۵۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن - متر می باشد

شکل ۳-۲- جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند و سرعت ۲۵۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن - متر می باشد
در شکل ۳-۳ جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند و سرعت ۴۵۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن – متر می باشد. نیروی ضد محرکه بیشتر از ۱۰۰۰ ولت شده است. زاویه روشن شدن و زاویه خاموش شدن در شکل به ترتیب (۱۲- ) درجه و ۱۸ درجه (در شبیه سازی به ترتیب ۱۸ و ۴۸ درجه) می باشد و جریان در این شکل در زاویه ۴۸ درجه (در شبیه سازی ۱۸ درجه) به صفر می رسد. با افزایش سرعت نیروی ضد محرکه غالب خواهد شد و جریان فاز نمی تواند به سرعت افزایش یابد. بنابراین در سرعت های بالاتر جریان به طور طبیعی توسط نیروی ضد محرکه محدود می گردد و عملاً تنظیم کننده جریان غیر فعال خواهد شد. در این شکل جهت رسیدن به سرعت ۴۵۰۰ دور در دقیقه، زاویه هدایت تا ۳۰ درجه افزایش یافته و زاویه روشن شدن هر فاز به ۱۸ درجه کاهش یافته است..

شکل ۳-۳- جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند و سرعت ۴۵۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن - متر می باشد
با بازنویسی معادله ۲-۳ می توان جریان را بر حسب پدیده پارامترهای موتور مطابق معادله ۳-۱ بدست آورد.
(۳-۱)
معادله ۳-۱ و شکل ۳-۳ نشان می دهند که در سرعت های بالا باید زاویه روشن شدن و خاموش شدن جلوتر کشیده شوند به طوریکه زاویه روشن شدن به میزان کافی جلوتر از ناحیه افزایش اندوکتانس باشد. چنین تغییری در زاویه روشن شدن باعث می شود که جریان بتواند با سرعت بیشتری افزایش یابد و نهایتاً قبل از آن که نیروی ضد محرکه بر ولتاژ مستقیم منبع غالب شود به حد قابل قبولی برسد. همچنین افزایش زاویه هدایت باعث می شود که مدت زمان بیشتری برای ایجاد میدان مغناطیسی در ماشین بوجود بیاید و در نتیجه مقدار حداکثر شار در ماشین افزایش خواهد یافت. با این حال گشتاور الکترومغناطیسی و توان خروجی موتور به خاطر کاهش جریان در سرعت های بالا کاهش خواهند یافت. در روش جریان ناپیوسته مجموع ولت - ثانیه مثبت و منفی برابر هستند. شار پیوندی مطابق معادله ۳-۲ محاسبه می گردد.
(۳-۲)
طبق این معادله شار پیوندی از مقدار صفر شروع شده و به مقدار صفر در هر سیکل الکتریکی باز خواهد گشت. شکل ۳-۳ مرز بین پیوستگی و ناپیوستگی جریان را نشان می دهد. جریان و شار در اشکال ۳-۱ تا ۳-۳ در هر سیکل الکتریکی به صفر باز می گردند.
۳-۲- روش جریان پیوسته
همانطور که قبلاً بیان شد، ایده اصلی در این روش افزایش زاویه هدایت به بیش از ۵۰ درصد یک سیکل الکتریکی و نهایتاً افزایش مقدار موثر جریان است. شکل ۳-۴ عملکرد موتور را در روش جریان پیوسته نشان می دهد. در این شکل جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند و سرعت موتور ۸۰۰۰ دور در دقیقه و گشتاور ۵ نیوتن – متر می باشد.