تعيين پارامترهاي موتورهاي القايي سه فاز به روش برازش جريان استاتور ايمان زياري - ابوالفضل واحدي داود عرب خابوري دانشکده مهندسي برق - دانشگاه علم و صنعت ايران avahedi@iu.ac.i ima_zia@yahoo.com چكيده نظر به اهميت تعيين پارامترهاي موتور القايي در اين مقاله روشي جهت شناسايي پارامترهاي اين موتور اراي ه ميگردد. در اين روش که از برازش منحني جريان استاتور استفاده ميشود موتور در حالتي مورد بررسي قرار ميگيرد كه يك ولتاژ DC به سيمپيچ استاتور اعمال ميشود و سپس منبع از مدار جدا شده و سيمپيچ استاتور اتصال كوتاه ميشود. در اين حالت از جريان استاتور نمونه برداري انجام شده و توسط روش برازش ضرايب و ثابت زمانيهاي جريانها استخراج و بر اساس ا نها پارامترهاي موتور محاسبه ميگردند. جهت ارزيابي روش اراي ه شده و پارامترهاي بدست ا مده از تست شتابگيري ا زاد در دو حالت عملي و شبيهسازي استفاده شده است. واژه هاي كليدي : موتور القايي شناساي ي پارامتر برازش منحني مدلسازي ۱- مقدمه موتورهاي القايي بطور وسيعي در صنعت مورد استفاده قرار ميگيرند. اين موتورها داراي مزاياي فراواني ميباشند كه از ا ن جمله ميتوان به سادگي ساختمان راندمان بالا استحكام بالا نگهداري كم اشاره كرد[ ]. در گذشته موتورهاي DC بخاطر كنترل ا سانتري كه نسبت به موتورهاي القايي داشتند بيشتر مورد استفاده قرار ميگرفتند ولي با پيشرفت الكترونيك قدرت موتورهاي القايي كه از ساختمان سادهاي برخوردارند كنترل ا نها نيز سادهتر شد به همين علت از توجه بالايي در صنعت برخوردار شدند از اينرو تحليل و كنترل و پيشبيني رفتار [,3] ا نها اهميت خاصي پيدا كرد كه لازمه ا ن هم امكان مدلسازي موتورهاي القايي است كه اين امر به نوبه خود وابسته به شناخت دقيق پارامترهاي موتور ميباشد. روشهاي زيادي براي شناسايي پارامترهاي موتور القايي اراي ه شدهاند كه اولين ا نها روش كلاسيك بوده كه در استاندارد IEEE ا مده است. اين روش در عين سادگي داراي معايبي نيز ميباشد كه از ا ن جمله ميتوان دقت كم زمانبر بودن و نياز به ابزار مكانيكي خاص را نام برد. روشهاي ديگري كه بعد از ا ن اراي ه شدند روشهاي جديد بودند كه هر كدام براي تعديل تمامي يا تعدادي از معايب روش كلاسيك اراي ه شدهاند. بعنوان مثال ا قاي گستلي[ 4 ] از يك تست تكفاز براي تعيين پارامترهاي موتور القايي استفاده كرده است ا قايان باء و كيم و يونگ و هان و كوه [5] از روش شبكه عصبي شكل گرفته بر اساس نتايج FEM استفاده كردند كه در عين PDF ceaed wih pdffacoy Po ial veion www.pdffacoy.com
شكل ١: توپولوژي تست روش برازش داشتن دقت روش FEM از سرعت بالاي شبكه عصبي هم برخوردار باشد. ا قايان رايي و رشتچي[ 6 ] از الگوريتم ژنتيك استفاده كردهاند. روش و ا قايان يون و شنجي ومنگچون[ 7 ] از ١ حداقل مربعات براي تعيين پارامترهاي موتور استفاده كردهاند. هر کدام از روشهاي ياد شده داراي مزايا و معايب خاص خود هستند. به منظور اراي ه روشي که در عين سادگي و سرعت بالا از دقت مناسب نيز برخوردار باشد روش برازش معرفي ميشود. اگر پس از اعمال ولتاژ پلهاي DC و رسيدن مدار به حالت پايدار منبع را از مدار جدا و استاتور را اتصال کوتاه کنيم حالت تخليه رخ ميدهد.طبيعت پاسخ جريان حالت در اين استاتور صورت زير قابل برازش ميباشد : سيم پيچي به شکل يک منحني ميباشد که به ) i + Ao A e Ae که ضرايب و ثابت زمانيهاي اين معادله با پارامترهاي موتور در رابطه است پس در صورت برازش جريان استاتور با معادله فوق ميتوان پارامترهاي موتور را بدست ا وردروش برازش). ۲- مدل رياضي موتور و توابع جريان همانطور كه گفته شد براي انجام تست ابتدا يك ولتاژ DC به استاتور اعمال ميشود تا مدار به حالت داي م برسد و سپس زمانيكه مدار به حالت داي م رسيد منبع ولتاژ ورودي جدا و استاتور اتصال كوتاه ميگردد. شكل ۱ نشان داده شده است. در تست توپولوژي شكل ٢: مدار معادل موتور القايي در حالت ساكن و شرايط تست برازش با توجه به مدار معادل موتور القايي در حالت ساكنشكل ٢) و ا رايش ا زمايش تابع انتقال جريان در حالت فوق بهصورت زير ميباشد[ 8 ]. I L R + S + σ + ) ) + σ ) ) با توجه به معادله فوق پاسخ جريان سيستم در حوزه زمان با گرفتن معکوس لاپلاس چنين خواهد شد : i ) A o A e + A e ) كه در ا ن : A o Ll + L R R m L l + L R m 3) 4) Lea quae PDF ceaed wih pdffacoy Po ial veion www.pdffacoy.com
ب ب ) ب- A + A + σ 4) A + A در حالت فوق از جريان نمونهبرداري شده و منحني حاصل با معادله ) برازش و از روي ا نها ضرايب و ثابت زمانيهاي معادله ) مشخص و سپس با استفاده از معادلات 4) پارامترهاي موتور بدست ا ورده ميشوند. ٣- نمونه ا زمايشگاهي و نتايج ا زمايش براي پارامترها پيادهسازي سيستم و اعمال ا ن جهت شناسايي از يك موتور hp و Hz و 50 0 استفاده شده است. مطابق مباحث مطروحه از مدار شكل ۱ جهت بدست ا وردن پاسخ سيستم استفاده ميکنيم. مقدار ولتاژ DC اعمالي به سيم پيچهاي استاتور بگونهاي انتخاب ميشود كه اولا ماشين به حالت اشباع نرود و ثانيا از نظر جريان موتور در شرايط كار نامي باشد به اين منظور منبع DC طوري تنظيم شود كه مقدار جريان DC حاصله در فرا يند تست حول جريان نامي موتور باشد. جريانهاي استاتور در طول تست A/D کارت توسط نمونهبرداري و به PC منتقل ميشوند در PC دادهها دريافت و ذخيره ميشوند. نتايج دادههاي ذخيره شده در شكل ٣ نشان داده شده است. فلا- فلا سپس دادهها به نرم افزار Malab منتقل و در ا نجا منحنيهاي شکل ٣: پاسخ جريان استاتور در روش جريانها رسم و طبق معادله ثابت زمانيهاي ضرايب برازش جريان توسط معادلات الف تخليهDC تغذيه DC برازش ) بدست ميا يند. 4) شده سپس پارامترهاي موتور وضرايب و براساس اين به روش محاسبه خواهند شد. پارامترهاي حاصله از روش در جدول ۱ نشان داده شدهاند. نكته لازم بهذكر اينكه ميتوان بهجاي حالت تخليه DC بهكار رفته در روند ا زمايش از حالت تغذيه DC كه در شكل ٣ نشان داده شدهاست استفاده كرد. ۴- سنجش اعتبار روش اراي ه شده براي ارزيابي اعتبار روش اراي ه شده از مقايسه نتايج شبيهسازي و تست عملي استفاده شده است به اين ترتيب که نمونه ا زمايشگاهي موتور را در حالت بيباري تغذيه نموده و اجازه ميدهيم تا به شرايط پايدار برسدتست شتاب گيري ا زاد). در اين حالت پاسخ جريان موتور را ثبت ميکنيم. سپس با استفاده از مدل موتور القايي در نرمافزار و Malab پارامترهاي بدست ا مده از روش برازش تست را شبيهسازي نموده و نتايج را ذخيره ميکنيم. شكل ٤ فلا- پاسخ جريان تست را در دو حالت عملي و شبيهسازي توسط پارامترهاي ا مده در جدول ۱ نشان ميدهد. واضح فلا- ٤ طبق شكل است كه روش برازش از دقت مناسبي برخوردار است و علت اختلاف كوچك در چند لحظه اول بخاطر عدم تعادل دامنه ولتاژ ورودي عملي ميباشد. در نهايت هم پاسخ جريان حالت PDF ceaed wih pdffacoy Po ial veion www.pdffacoy.com
ج فلا ب- ج جدول ١: پارامترهاي موتور القايي حاصله از روش برازش جريان تخليه L' l L' R' L m L l L R روش/پارامتر 0.034 0.45 4.944 0. 0.034 0.45 برازش.99 جدول ٢: پارامترهاي موتور القايي حاصله از روش كلاسيك L' l L' R' L m L l L R روش/پارامتر.0.053 0.538 6.3 0.33 0.053 0.538 كلاسيك.99 ب) شکل ۳: پاسخ جريان تست شتابگيري ا زاد با پارامترهاي حاصله از روش الف كلاسيك ب) برازش جريان تخليه مقايسه نتايج تست شتابگيري ا زاد با پارامترهاي حاصل از دو روش كلاسيك و برازش با حالت عملي شتابگيري ا زاد در دو حالت شبيهسازي با پارامترهاي حاصل از روش كلاسيك ا مده در جدول ٢ شكل ٤ و پارامترهاي حاصل از روش برازش و همينطور پاسخ واقعي موتور در شكل ٤ -ج با يكديگر مقايسه گرديدهاند. كه نتايج دقت بالاي روش و قابليت كاربرد عملي ا ن را تاييد ميكنند و روند انجام روش نيز نشان از سرعت مناسب اجراي ا ن دارد. PDF ceaed wih pdffacoy Po ial veion www.pdffacoy.com
Conveion, ol. 4, No., Mach.999, pp.5-56 [5] Dongjin Bae, Dowan Kim, Hyun-kyo Jung, Song-Yop Hahn, Chang eop Koh, "Deeminaion of Inducion Moo Paamee by Uing Neual Newok Baed on FEM Reul", IEEE an on. Magneic, ol. 33, No., Mach 997, pp. 94-97 [6] Raie, A.; Rahchi,, "Accuae Idenificaion of Paamee in Winding Funcion Model of Inducion Moo, Uing Geneic Algoihm", SICE 00, Poceeding of he 4 SICE Annual Confeence, ol.4, 5-7 Aug 00, pp.430-434 [7] Wu Jun, Li hengyi, Pan Mengchun, " A Novel Paamee Idenificaion Mehod fo Inducion Moo", Elecical Machine and Syem, 00, ICEMS 00, Poceeding of he Fifh Inenaional Confeence on ol., 8-0 Aug 00, pp.33-35 [8] Chee- Mun Ong, Dynamic Simulaion of Elecic Machiney, Penice Hall PR, Uppe Saddle Rive, New Jeey, 998. ٥- نتيجهگيري در اين روش يك ولتاژ DC به ا رايش خاصي از سيمپيچي استاتور اعمال و پس از رسيدن مدار به حالت پايدار سيمپيچها اتصال كوتاه ميشوند از اين لحظه تا رسيدن مدار به حالت تخليه كامل از جريان استاتور نمونهبرداري شده و منحني جريان حاصل مورد بررسي و برازش قرار گرفت و براساس ا ن پارامترهاي موتور محاسبه گرديدند. روش مورد نظر در عين حال كه از ساختمان ساده تست و سرعت مناسب برخوردار است دقت بالايي دارد. به منظور ارزيابي درستي روش اراي ه شده و نتايج ا ن از تست شتابگيري ا زاد موتور استفاده شده و ب ا استفاده از روش برازش پارامترهاي موتور محاسبه و تست روي ا نها انجام شده است و با حالت عملكرد واقعي موتور نتايج مقايسه گرديده و در نهايت صحت نتايج مورد تا ييد قرار گرفت. سپاسگزاري- از ا زمايشگاه تحقيقاتي ماشينهاي الكتريكي دانشگاه علم و صنعت ايران كه زمينه انجام اين تحقيقات را فراهم ا ورده است صميمانه قدرداني و تشكر ميشود. مراجع [] ico Donecue, Ande Chaee, Ziwen Yao,J. Xu, enkaachai Rajagopalan, "A New Auomaed Mehod fo Eimaion of Inducion Moo Paamee", poc. Of IEEE, pp. 38-384, 998. [] ega, C.M; Aiba, J.R.; Heeo, J., "Opimal-ime Conol of Squiel Cage Inducion Moo wih Conan Load oque", IECON 0 [Induial Eleconic Sociey, IEEE 00. 8h Annual Confeence of he], ol.3, 5-8 NO 00, pp. 039-044 [3] hoen, O.; Dalva, M, " Field Evaluaion of Efficiency and Pedicion of Seady ae Pefomance fo Inducion Moo baed on Equivalen Cicui Mehod", Elecic Machine and Dive, 999. Inenaional Confeence IEMD' 99, 9- May 999, pp. 39-33 [4] A. Gali, "Idenificaion of Inducion Moo Equivalen Cicui Paamee Uing he ingle-phae e", IEEE an on. Enegy PDF ceaed wih pdffacoy Po ial veion www.pdffacoy.com