اثرات درایو مبدل AC/DC تکفاز بر روي مشخصه گشتاور سرعت موتور DC

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "اثرات درایو مبدل AC/DC تکفاز بر روي مشخصه گشتاور سرعت موتور DC"

Φιλομήλ Ζάππας
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 اثرات درایو مبدل AC/DC تکفاز بر روي مشخصه گشتاور سرعت موتور DC 1 حمید کریمی 2 میثم ایوبی 3 مصطفی میرزاده 4 علی امیري زانیانی شرکت پالایش گاز پارسیان- hkfars@yahoo.com 1- شرکت پالایش گاز پارسیان- maysam_ayubi@yahoo.com 2- دانشگاه آزاد اسلامی واحد دلوار- 3- شرکت پالایش گاز پارسیان - amiri.ali2@yahoo.com 4- چکیده: این مقاله کنترل سرعت موتور DC با کنترل کردن ولتاژ اعمال شده به مدار آرمیچر با استفاده از درایو مبدل AC/DC تکفاز در نرم افزار MATLAB/SIMULINK را توضیح می دهد. یک مقایسه اي بین کاربرد مبدل نیمه تک فاز و مبدل کامل تک فاز اراي ه می شود. هاي گشتاور-سرعت براي مقادیر مختلف زاویه آتش جهت تعیین اثراتش بر روي خطی بودن مشخصه بدست می آ ید. کلمات کلیدي: درایو مبدل نیمه تک فاز مبدل کامل تک فاز موتور. DC مشخصه 1- مقدمه نرم افزار MATLAB با جعبه ابزارهایش مانند SIMULINK و SimPowerSystems یکی از عممومی ترین پکیج هاي نرم افزاري می باشد که براي پشتیبانی و بالا بردن آموزش ماشین هاي الکتریکی استفاده می شود. روش هاي زیادي براي کنترل سرعت ماشین DC مانند کنترل میدان کنترل ولتاژ آرمیچر و کنترل مقاومت آرمیچر وجود دارد. در عمل روش استفاده شده براي کنترل سرعت موتور DC روش کنترل ولتاژ آرمیچر می باشد. در این روش یک رکتی فایر مبدل الکترونیک قدرت قابل کنترلر یا یک چاپر PWM موتور DC را تغذیه می کند. بنابراین مشخصه هاي گشتاور- سرعت غیرخطی در عملکرد موتور DC مشاهده می شود. این مقاله یک مدل شبیه سازي یک روش کنترل سرعت موتور DC اراي ه می دهد که در درایو مبدلهاي AC/DC نیمه تک فاز و کامل تک فاز براي کنترل ولتاژ اعمال شده به آرمیچر استفاده می شود. مشخصه هاي گشتاور-سرعت براي مقادیر مختلف زاویه آتش جهت تعیین اثراتش بر روي خطی بودن مشخصه بدست می آ ید. 2- آنالیز روش کنترل سرعت و مشخصه هاي گشتاور- سرعت: براي آنالیز مشخصه هاي گشتاور-سرعت معادل مدل هاي دینامیکی و حالت ماندگار مورد نمایش طرح یک موتور DC با تحریک مستقل داده شده است. شکل : 1 مدار معادل موتور DC با تحریک مستقل با استفاده از مدار نیاز است. درشکل 1 نشان ٧٣٨

2 در این شکل V t بترتیب مقاومت و اندوکتانس مقاومت و اندوکتانس مدار میدان سرعت زاویه اي موتور ولتاژ ترمینال اعمال شده به موتور مدار آرمیچر R f و L f R a و L a E a ولتاژ تولید شده بترتیب w m به ترتیب T L و T e گشتاور الکترومغناطیسی ایجاد شده بوسیله موتور و گشتاور بار مکانیکی جهت مخالف می باشد. مشخصه گشتاور-سرعت یک موتور DC درشرایط حالت ماندگار با معادله زیر توصیف می شود: که K ثابت طراحی وابسته به ساختار موتور می باشد. (1) معادله نشان می دهد که سرعت موتور با تحریک مستقل DC می تواند با کنترل شار میدان مقاومت آرمیچر یا ولتاژ ترمینال اعمال شده به آرمیچر تغییر کند. سه روش از عمومی ترین روشهاي کنترل سرعت روشهاي کنترل مقاومت میدان کنترل ولتاژ آرمیچر و کنترل مقاومت آرمیچر می باشد. از آنجاییکه این مقاله مدل سیمولینک روش کنترل سرعت با کنترل کردن ولتاژ ترمینال اعمال شده به آرمیچر با استفاده از درایو مبدل AC/DC تک فاز را اراي ه می دهد فقط روش کنترل ولتاژ آرمیچر بطور خلاصه در این بخش توضیح داده می شود. در روش کنترل ولتاژ آرمیچر ولتاژ اعمال شده به مدار آرمیچر V t بدون تغییر ولتاژ اعمال شده به مدار میدان موتور تغییر می کند. همچنانکه در معادله (1) مشخص گردید هنگامیکه موتور DC از یک منبع DC ایده آل تغذیه می شود مشخصه گشتاور-سرعت با استفاده از یک خط مستقیم با یک شیب منفی نمایش داده می شود. این مشخصه در شکل 2 نشان داده شده است. شکل 2: مشخصه هاي گشتاور-سرعت موتور DC با تحریک مستقل در ولتاژهاي مختلف آرمیچر براي اینکه سرعت موتور بطور خطی با گشتاور تغییر کند باید ولتاژ ترمینال V t و شار φ همچنانکه بار تغییر می کند ثابت باقی بمانند. نوعا یک رکتی فایر براي تامین ولتاژ آرمیچر کنترل شده براي موتور که سرعت کنترل می شود مورد نیاز است. مشاهده می کنیم که سرعت بی باري موتور افزایش می یابد در حالیکه شیب منحنی بدون تغییر باقی می ماند زیرا شار در این روش ثابت نگه داشته می شود. با استفاده از روش کنترل ولتاژ آرمیچر کنترل سرعت موتور براي سرعتهاي کمتر از سرعت پایه امکان پذیر می باشد. جهت دستیابی به یکسرعت سریعتر از سرعت پایه ولتاژ بیشتر آرمیچر مورد نیاز است که امکان دارد به مدار آرمیچر صدمه بزند. 3- مدل شبیه سازي کنترل سرعت ولتاژ /ارمیچر در این بخش مدل MATLAB/SIMULINK DC موتور تغذیه شده از مبدلهاي AC/DC نیمه تک فاز و کامل تک فاز اراي ه می شود و عملکرد درایو موتور DC تحلیل می شود. یک موتور V 240 HP 5 DC با سرعت نامی RPM 1220 در مدل شبیه سازي استفاده می شود. شکل 3 مدل SIMULINK درایو مبدل نیمه تکفاز را نشان می دهد. شکل 3 : مدل سیمولینک روش کنترل سرعت ولتاژ آرمیچر با استفاده از یک مدار آرمیچر از یک مبدل نیمه تکفاز تغذیه می شود که در آن از تریستور به عنوان سوي یچ الکترونیکی استفاده می شود و از یک دیود هرزگرد براي حل مسي له انرژي سلفی ذخیره شده در مدار استفاده می شود. مدار میدان بطور مجزا و مستقل از یک منبع ولتاژ DC ایده آل تحریک می شود. یک بلوك موتور DC در جعبه ابزار SimPowerSystems استفاده می شود و شکل 4 مدل SIMULINK درایو مبدل کامل تکفاز را نشان می دهد. ٧٣٩

شکل 4: مدل سیمولینک روش کنترل سرعت ولتاژ آرمیچر با استفاده از یک درایو مبدل کامل تکفاز مدار آرمیچر از یک مبدل کامل تکفاز تغذیه می شود که در آن از تریستور به عنوان سوي یچ الکترونیکی استفاده می شود و

3 شکل 4: مدل سیمولینک روش کنترل سرعت ولتاژ آرمیچر با استفاده از یک درایو مبدل کامل تکفاز مدار آرمیچر از یک مبدل کامل تکفاز تغذیه می شود که در آن از تریستور به عنوان سوي یچ الکترونیکی استفاده می شود و از هیچ دیود هرزگردي استفاده نمی شود. مدار میدان بطور مجزا و مستقل از یک منبع ولتاژ DC ایده آل تحریک می شود. یک بلوك موتور DC در جعبه ابزار SimPowerSystems استفاده می شود. 4- نتایج شبیه سازي: A: جهت بررسی اثر ولتاژ آرمیچر بر روي مشخصه گشتاور-سرعت چهار ولتاژ مختلف آرمیچر با مقادیر متوسط V t =240V, 200V, 160V 120V, اعمال می شوند درحالیکه ولتاژ اعمال شده به مدار میدان در مقدار نامیش که 240V است ثابت نگه داشته می یک ولتاژ ثابت شود. 60Hz AC 380 V به ورودي مبدل نیمه تکفاز اعمال می شود. مقدار متوسط خروجی مبدل با تغییر زاویه آتش α تغییر می کند. یک پالس ژنراتور براي تغییر زاویه آتش استفاده می شود. ولتاژهاي متوسط خروجی زوایاي آتش زیر براي بدست آوردن 200V 160V 120V و اعمال شده به آرمیچر استفاده می شوند 240V α =,47.5 0,70,89. مشخصه هاي گشتاور-سرعت براي این ولتاژهاي آرمیچر بدست می آیند. شکل 5 منحنی هاي گشتاور- سرعت براي یک را نشان می دهد. شکل 5: مشخصه هاي گشتاور-سرعت براي یک واضح است که منحنی هاي گشتاور-سرعت حاوي هر دو ناحیه خطی و غیرخطی می باشند. ناحیه خطی عملکرد براي 240V تقریبا در T L 30= N.m شروع می شود اما براي 200V در T L 50= N.m شروع می شود. در حالیکه براي 160V تقریبا در T L 60= N.m شروع می شود و در نهایت براي 120V تقریبا در T L 75= N.m شروع می شود. جریان ناپیوسته آرمیچر منجر به یک مشخصه بسیار غیرخطی گشتاور-سرعت می شود. شکل 6 و 7 ولتاژ آرمیچر و جریان آرمیچر بدست آمده در گشتاور 25N.m (در ناحیه غیرخطی) و گشتاور 125N.m (در ناحیه خطی) براي مقدار متوسط 160V را نشان می دهد. شکل 6: ولتاژ و جریان آرمیچر براي ولتاژ 160V در گشتاور 25N.m براي ٧۴٠

4 T L 100= N.m شروع می شود. جریان ناپیوسته آرمیچر منجر به یک مشخصه بسیار غیرخطی گشتاور-سرعت می شود. شکل 9 و 10 ولتاژ آرمیچر و جریان آرمیچر بدست آمده در گشتاور 25N.m (در ناحیه غیرخطی) و گشتاور 125N.m (در ناحیه خطی) براي مقدار متوسط 160V را نشان می دهد. شکل 7 : ولتاژ و جریان آرمیچر براي ولتاژ 160V در گشتاور 125N.m براي این شکلها بوضوح عملکرد ناپیوسته و پیوسته درایو مبدل نیمه تکفاز به ترتیب در نواحی غیرخطی و خطی را نشان می دهد. B: درایو مبدل کامل تکفاز جهت بررسی اثر مبدل کامل تک فاز بر روي مشخصه گشتاور- سرعت مقدار متوسط خروجی مبدل با تغییر زاویه آتش α تغییر می کند. یک پالس ژنراتور براي تغییر زاویه آتش استفاده می شود.. زوایاي آتش زیر براي بدست آوردن ولتاژهاي متوسط خروجی 200V 160V 120V و 240V اعمال شده به آرمیچر استفاده می شوند , 47.5, 59, = α. مشخصه هاي گشتاور-سرعت براي این ولتاژهاي آرمیچر بدست می آیند. شکل 8 منحنی هاي گشتاور-سرعت براي یک درایو مبدل کامل تکفاز را نشان می دهد. شکل 9: ولتاژ و جریان آرمیچر براي ولتاژ 160V در گشتاور 25N.m براي درایو مبدل کامل تکفاز شکل 10 : ولتاژ و جریان آرمیچر براي ولتاژ 160V در گشتاور 125N.m براي درایو مبدل کامل تکفاز این شکلها عملکرد ناپیوسته و پیوسته درایو مبدل کامل تکفاز به ترتیب در نواحی غیرخطی و خطی را نشان می دهد. شکل 8: مشخصه هاي گشتاور-سرعت براي یک درایو مبدل کامل تکفاز واضح است که منحنی هاي گشتاور-سرعت حاوي هر دو ناحیه خطی و غیرخطی می باشند. ناحیه خطی عملکرد براي 240V تقریبا در T L 30= N.m شروع می شود اما براي 200V در T L 60= N.m شروع می شود. در حالیکه براي 160V تقریبا در T L 75= N.m شروع می شود و در نهایت براي 120V تقریبا در به وضوح می توان دید هنگامیکه از مبدل نیمه تک فاز استفاده می شود براي همه مقادیر ولتاژ ناحیه خطی عملکرد بسط داده می شود و افزایش می یابد. براي مثال ناحیه بین 0 و 100 N.m براي ولتاژ آرمیچر 160v براي درایو مبدل کامل تک فاز غیرخطی بود. براي درایو مبدل نیمه تک فاز اندازه ناحیه غیرخطی به ناحیه بین 0 و N.m 75 کاهش می یابد. این به علت این حقیقت است که جریان آرمیچر براي درایو مبدل نیمه تکفاز پیوسته و صافتر می شود. ٧۴١

5 DC 5- نتیجه گیري یک مدل simulinkي از روش کنترل سرعت موتور با استفاده از یک مبدل AC/DC تکفاز اراي ه گردید. منحنی هاي گشتاور-سرعت براي دو نوع مبدل AC/DC تکفاز (مبدل نیمه تکفاز و کامل تک فاز) براي یک رنج وسیعی از شرایط بار بدست آمدند. نشان داده شد که منحنی هاي گشتاور-سرعت به علت مراجع: گسستگی و ناپیوستگی در جریان آرمیچر غیرخطی می شوند. علاوه براین خطی بودن منحنیها می تواند با استفاده از درایو مبدل نیمه تک فاز بهبود یابد. [1] SIMULINK: Model-Based and System-Based Design,Using Simulink.. Natick, MA: MathWorks Inc., [2] S. Li and R. Challoo, Restructuring an electric machinerycoursewith an integrative approach and computerassisted teaching methodology, IEEE Transactions on Education., vol.49, pp , Feb [3] W. M. Daniels and A. R. Shaffer, Re-inventing theelectrical machines curriculum, IEEE Transactions on Education, vol. 41, pp , May 1998 [4] S. J. Chapman, Electric Machinery Fundamentals. NewYork: WCB/McGraw-Hill, 1998 [5] D. A. Staton, M. I. McGilp and T. J. E. Miller, DCmachine Power teaching experiment, in Proceedings of the European Electronics Association EPE, Brighton, 1993, pp on [6] A. Gelen and S. Ayasun, Effects of PWM chopper drive the torque-speed characteristic of DC motor 43rd International Universities Power Engineering Conference,2008. UPEC ] Alfio Consoli, Mario Cacciato, Antonio Testa and [ Francesco Gennaro, Single Chip Integration for Motor Drive Converters With Power Factor Capability, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 19, No. 6, pp , Nov [8] Manoj Daigavane, Hiralal Suryawanshi and Jawed Khan, A Novel Three Phase Series-Parallel Resonant Converter Fed DC-Drive System, Journal of Power Electronics, Vol. 7, No. 3, pp , July [9] Wai Phyo Anug, Analysis on Modeling and Simulink of DC Motor and its Driving System Used for Wheeled Mobile Robot, World Academy of Science, Engineering and Technology 32, pp , [10] M. Nedeljkovic and Z. Stojiljkovic, Fast current control for thyristor rectifiers, IEE Proceedings- Electr. Power Appl., Vol. 150, No. 6, pp , Nov [11] P. S. Bhimbhra, Power Electronic, Khanna publishers, ٧۴٢

Σχετικά έγγραφα

محاسبه ی برآیند بردارها به روش تحلیلی

محاسبه ی برآیند بردارها به روش تحلیلی برای محاسبه ی برآیند بردارها به روش تحلیلی باید توانایی تجزیه ی یک بردار در دو راستا ( محور x ها و محور y ها ) را داشته باشیم. به بردارهای تجزیه شده در راستای محور