طراحی و پیاده سازی کنترلر درایو موتور القایی :پایان نامه ارشد مهندسی برق – قدرت

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته  مهندسی برق – قدرت و با عنوان طراحی خلبان خودکار با استفاده از سیستم موقعیت یاب و حذف سیستم وضعیت سنج برای هواپیماهای بدون سرنشین در 110 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده طراحی و پیاده سازی کنترلر درایو موتور القایی:

امروزه تکنيکهاي مدولاسيون پهناي پالس به طور وسيعي براي کنترل ولتاژ و جريان خروجي مبدلهاي AC\DC به کار مي روند. از ميان اين روشها, مدولاسيون بردار فضايي (SVM) به خاطر سادگي و خواص مطلوب آن در کنترل اينورترهاي سه فاز به صورت ديجيتالي مورد توجه فراوان قرار گرفته است. محدوديت اين روش, پيچيده و زمان بر بودن محاسبات مورد نياز براي اجراي آن به صورت زمان حقيقي است که ماکزيمم فرکانس سوييچينگ و در نتيجه پهناي باند سيستم کنترلي را محدود مي سازد. اين مسئله به ويژه در اجراي روش SVM در مبدلهاي چند سطحي که در مقايسه با نوع دو سطحي از حجم محاسبات بيشتري برخوردارند, محدوديتهاي بيشتري را سبب مي شود. به عبارت ديگر, با افزايش تعداد سطوح ولتاژ خروجي, پيچيدگي سخت افزاري و نرم افزاري روش به طور قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد. بنابراين ارائه روشي دقيق و سريع براي اجراي SVM به صورت زمان حقيقي بر روي مبدلهاي چندسطحي, باعث بهبود عملکرد اين گونه مبدلها مي شود.بهره اینورتر را می توان برابر با نسبت ولتاژ متناوب خروجی به ولتاژ مستقیم ورودی تعریف کرد.

شکل موجهای ولتاژ خروجی در اینورتر در اینورترهای ایده ال باید سینوسی باشد, با این حال در اینورترهای علمی این شکل موج ها غیر سینوسی بوده و دارای یک سری هارمونیکهای مشخص می باشد. در کاربردهای توان متوسط و توان پایین , ولتاژهای مربعی و یا تقریبا مربعی ممکن است قابل قبول باشد ولی در کاربردهای توان بالا به موجهای سینوسی با اعوجاج بسیار کم نیاز است. با در اختیار داشتن قطعات نیمه هادی قدرت سریع , می توان با استفاده از روش های کلیدزنی, هارمونیکهای ولتاژ خروجی را به نحوه چشمگیری کاهش داد.

پيشگفتار

در گذشته ،SCR  ها در اینورتر های با توان بالا و متوسط به کار می رفتند. اینورتر های تویستوری نیاز به مدار های جا به جاگر برای خاموش کردن SCR  دارند. مدار های جا به جاگر اندازه و قیمت اینورتر را بالا می برند و قابلیت اطمینان و فرکانس کلید زنی آن را کاهش می دهند. امروزه تقریباً تنها از کلید های قدرت نیمرسانای تمام کنترل شونده ، عمدتاً IGBT ها ( در اینورتر های با توان متوسط ) و GTO ها (در اینورتر های با توان بالا ) استفاده می شود.

اینوترها به طور گسترده ای در صنعت به کار می روند(مثل گردانندهای موتورهای ac با دور متغیر , گرم کننده القایی , منابع تغدیه کمکی و منابع تغذیه بدون وقفه ) ورودی اینورتر ممکن است یک باتری , سلول زغالی , سلول خورشیدی ویا هرمنبع مستقیم دیگری باشد.خروجی اینورترهای تکفاز معمولا برابر (1) 120 ولت در فرکانس 60 هرتز(2) 220 ولت در فرکانس 50 هرتز و (3) 115ولت در فرکانس 400 هرتز است.در سیستمهای سه فاز توان بالا , خروجی های معمول عبارتند از 380/220 ولت در فرکانس 50 هرتز , (2) 208/120 ولت در فرکانس 60 هرتز و (3) 200/115 ولت در فرکانس 400 هرتز).

بررسی کارهای انجام شده

اینورتر های ولتاژ

تبدیل  dcبه acبه کمک اینورتر ها تحقق می یابد. اینورتراز یک منبع dc تغذیه می شود ولی ولتاژ و جریان خروجی مولفه های اصلی بزرگی با دامنه و فرکانس قابل تنظیم دارند. بسته به نوع ، اینورتر های ولتاژ (VSI ها ) و اینورتر های جریان (CSI ها ) مشخص می شوند . علاوه بر یکسو کننده ها ، اینورتر های ولتاژ متداول ترین مبدل های الکترونیک قدرت به شمار می روند. ولتاژ ورودی dc برای یک اینورتر ولتاژ از یکسو کننده معمولاً کنترل نشونده دیودی یا از دیگر منابع dc مانند باتری ( مثلاً در خودرو های تغذیه شده توسط باتری ) تامین می شود. مطابق شکل 1 اگر از یکسو کننده استفاده شود ، اینورتر مشابه برشگر ها از طریق یک رابط LCdc، شبیه رابط به کار رفته در برشگر تغذیه می شود . خازن رابط مانند یک منبع ولتاژ عملی رفتار می کند، چون ولتاژ دو سر آن نمی تواند تغییرات لحظه ای داشته باشد .

اینورتر ها را می توان با هر تعداد فاز خروجی ساخت . در عمل ، اینورتر های تکفاز و سه فاز بیشتر به کار می روند. اما ، اخیراً ساخت موتور های ac با بیشتر از سه فاز به منظور بالا بردن قابلیت اطمینان در بعضی کاربردهای خاص پیشنهاد شده است. چنین موتور هایی از اینورتر های چند فازمناسب تغذیه می شوند.

درایو موتور القایی

امروزه اینورترهاي دو سطحی بطور گسترده در درایوهای سرعت متغیر با ولتاژ پایین استفاده مي گردد . با این حال، اینورترهای قدرت چند سطحی نيز براي راه­اندازي موتورهای القایی توسط سیستم­های درایو با ولتاژهاي متوسط ​​و بالابا موفقیت بکار گرفته شده است. توپولوژی­های مختلف اینورترهای چند سطحی برای درایوهايی با ولتاژ متوسط ​​و بالا در مراجع [1]،[2]، [3]،[4]،[5]، [6] و[7] بررسي شده است. از مزاياي راه اندازي موتورهای القایی توسط درايوهايي با اینورترهای چند سطحی مي توان به استرس کم دستگاه ، اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی کمتر و بازده بالا نسبت به اینورترهای دو سطحی اشاره كرد. یک نقطه خنثی نگه­داشته شده[1] در اینورتر سه سطحی برايراه اندازي موتورهای القایی در شکل(1-1) نشان داده شده است، کهاين ساختار در مرجع [5] برای سیستم های درایو با راندمان بالا پیشنهاد شده است.درسه دهه گذشته، فعالیت­های تحقیقاتی گسترده اي در مورد نقطه خنثی نگه­داشته­شده در اینورتر سه سطحی انجام شده است. مطالعه مقایسه­ای این توپولوژی با توپولوژی مبدل دو سطحی نشان داده است که مي توان اين توپولوژي را بخوبي در درایوهای ولتاژ پایین بكاربرد[8]. در حال حاضر این توپولوژی بطور گسترده برای کاربرد در درایوهاي ولتاژ پايين و توان پایین استفاده مي شود [8]، [9] و [10].

برخلاف اينورترهاي دوسطحي در اینورترهاي سه سطحی سه سطح ولتاژ در لینک DC وجود دارد، که این سطح اضافي بوسیله نقطه میانی از دو خازن متصل شده بصورت سری در لینک DC ، تحقق می پذیرد. این نقطه میانی به عنوان نقطه خنثی در یک اینورتر سه سطحی شناخته شده است. پتانسیل نقطه خنثی باید متعادل باشد؛ به عبارت دیگر، ولتاژ دو سر خازن ها باید با هم برابر باشد؛ كه درغير اينصورت هر گونه اختلال در این پتانسیل در ولتاژهای خروجی اینورتر منعکس شده و می تواند موجب افزايش اعوجاج هارمونیکی شود. در اينورترهاي سه سطحي افزايش تعداد سوئیچ های فعال باعث افزايش درجه آزادی مي گردد ، که به کاهش ولتاژ مد مشترک منجر شده و باعث حفظ تعادل در ولتاژ نقطه خنثی مي شود. اما از سوی دیگر، آنها پیچیدگی را در کنترل اینورتر افزایش می دهند. استراتژی های مختلف مدولاسیون و کنترل در متون و نوشته های علمی برای نقطه خنثی نگه داشته شده در اینورتر سه سطحی مطرح شده است.

ما در این تحقیق از مدولاسیون فضای برداری برای کنترل اینورتر دو و سه سطحی استفاده کرده ایم. میزان هارمونیک های هر یک بطور جداگانه بررسی شده و خروجی های هر درایو بدست آمده و درستی هر یک تحلیل شده است.در فصل 2 مروری بر تحقیقات درایوهای موتور القایی معرفی شده است. فصل 3 مدلسازی انواع درایوها را مورد توجه قرار داده و روابط حاکم بر آن را بررسی می­کند. مدولاسیون فضای برداری هم در فصل 4 معرفی می­شود. شبیه سازی درایوهای دو و سه سطحی موتور القاییبه همراه نتیجه گیری در فصل 5 ارائه شده است.

فهرست مطالب

فهرست جدول‌ها ‌ط

فهرست شکل‌‌ها ‌ي

فصل 1-            مقدمه  13

1-1-    پيشگفتار 13

1-2-    تاریخچه  13

1-3-    بررسی کارهای انجام شده 14

1-3-1-           اینورتر های ولتاژ 14

1-3-2-           درایو موتور القایی  15

فصل 2-            مروری بر تحقیقات انجام شده بر روی درایو ها 18

2-1-    مقدمه  19

2-2-    اینورتر دو سطحی  20

2-3-    اینورتر سه سطحی  20

2-4-    استراتژی مدولاسیون برای اینورتر دو سطحی  24

2-5-      استراتژی مدولاسیون برای اینورتر سه سطحی  28

2-6-      PWM سینوسی براساس موج کریر 29

2-7-    مدولاسیون بردار فضایی  31

2-8-    مقایسه PWM براساس حامل ، با PWM براساس بردار فضایی  33

فصل 3-            مدلسازی درایو موتور القایی  38

3-1-    کنترل ولتاژ نقطه خنثی  39

3-2-    مدارهای کنترل ولتاژ نقطه خنثی  39

3-3-    کنترل ولتاژ نقطه خنثی با استفاده از روش  PWM   41

3-3-1-           روش  PWMبراساس حامل برای تجزیه و تحلیل جریان نقطه خنثی  42

3-3-2-           روش PWM براساس بردار فضایی برای تجزیه و تحلیل جریان نقطه خنثی  45

3-3-3-           کنترل ولتاژ نقطه خنثی  49

3-4-    تکنیک های PWM و کنترلرهای با جریان صفر نقطه خنثی  54

3-5-    تکنیک های PWM با جریان صفر در نقطه خنثی  54

3-6-    کنترل کننده ولتاژ نقطه خنثی براساس تکنیک های PWM جریان صفر نقطه خنثی  58

فصل 4-            مدولاسیون SVM   60

4-1-    مقدمه  60

4-2-   تئوریSVM  : 63

4-2-1-           تجزیه و تحلیل برداری اینورتر سه فاز 66

فصل 5-            شبیه سازی درایو موتور القایی  71

5-1-    مقدمه  71

5-2-      SVPWM   71

5-3-      اصول کلی SVM درایو دو سطحی  72

5-4-    پیاده سازی سیستم دو سطحی  77

5-4-1-  کد نویسی بلوک تبدیل abc to ab  78

5-4-2-  کد نویسی بلوک sector number 78

5-4-3-  کد نویسی بلوک duty ratio  79

5-4-4-           کد نویسی بلوک switching  80

5-5-    نتایج شبیه سازی درایو دو سطحی  86

5-6-    پیاده سازی سیستم  سه سطحی  95

5-7-    نتایج شبیه سازی درایو سه سطحی  96

فصل 6-            نتیجه گیری و پیشنهادات   103

6-1-    نتیجه گیری  103

6-2-    پیشنهادات   104

فهرست مراجع  105

فهرست جدول‌ها

عنوان   صفحه

جدول 2-1: سطح ولتاژ فاز خروجی و حالت های سوئیچ ها. 21

جدول 2-2: افست مد مشترک برای اینورتر سه سطحی. 32

جدول 3-1:توالی سوئیچینگ برای PWM با بردارهای مجازی. 56

جدول 3-2: توالی سوئیچینگ برای مدولاسیون بردار فضایی حالت شعاعی. 54

جدول 5-1: بردار های V₀ الی V₇ اینورتر دو سطحی  74

جدول 5-2: جدول سوییچینگ اینورتر دو سطحی  76

فهرست شکل‌‌ها

شکل ‏1‑1: ولتاژ تغذیه شده توسط یکسوکننده دیودی  15

شکل ‏2‑1: مدل کلیدزنی یک اینورتر سه سطحی. 21

شکل ‏2‑2: مسیر های جریان در حالت ON و ولتاژ در دو سر دستگاه در حالت OFF. 22

شکل ‏2‑3: دیاگرام بردار فضایی از یک اینورتر سه سطحی. 24

شکل ‏2‑4: اینورتر منبع ولتاژ سه فاز 25

شکل ‏2‑5: بردارهای سوئیچینگ مربوط به عملکرد غیر مدوله، اینورتر  25

شکل ‏2‑6: شکل موج جریان فاز خزوجی  26

شکل ‏2‑7: مسیر بردار جریان در صفحه مختلط   26

شکل ‏2‑8: پیاده سازی  PWMسینوسی براساس حامل برای اینورتر سه سطحی نقطه خنثی نگهداشته شده . 30

شکل ‏2‑9: (a) شش تا شش ضلعی در داخل یک دیاگرام برداری فضایی از اینورتر سه سطحی. (b) تقسیمات دیاگرام بردار فضایی بدون بردار اضافی. 29

شکل ‏2‑10: (a) افزودن هارمونیک سوم. (b) افزودن نیمی از مقدار ولتاژ متوسط ​​برای گسترش محدوده خطی.                                                                                                          32

شکل ‏2‑11: پیاده سازی  PWMبراساس حامل از  PWMبراساس بردار فضایی، برای اینورتر سه سطحی (a) 9/0 = m و  (b) 155/1= m. 26

شکل ‏3‑1: مدار تعادل ولتاژ برای خازن الکترولیتی لینک DC.   37

شکل ‏3‑2: مبدل باک- بوست (کاهنده- افزاینده) دو طرفه بعنوان مدار تعادل ولتاژ فعال.  37

شکل ‏3‑3: متوسط جریان نقطه خنثی برای PWM سینوسی.   41

شکل ‏3‑4: جریان نقطه خنثی با توجه به حالات مختلف سوئیچینگ.  43

شکل ‏3‑5: زیر بخش ها در یک ششم دایره از دیاگرام بردار فضایی. 44

شکل ‏3‑6: متوسط جریان نقطه خنثی برای PWM بردار فضایی. 45

شکل ‏3‑7: سیستم کنترل حلقه بسته برای کنترل ولتاژ نقطه خنثی.  47

بردارهای فضایی مجازی برای یک ششم اول دایره دیاگرام بردار فضایی  52

شکل ‏4‑1: موتور القایی سه فاز تغذیه شده توسط اینورتر سه سطحی دیود-کلمپ   60

شکل ‏4‑2: اینورتر ولتاژ دیود کلمپ سه سطحی و حالات مختلف سوئیچپنگ   61

شکل ‏4‑3: وضعیت های سوئیچینگ اضافی مبدل 3سطحی جهت بالانس خازن   58

شکل ‏4‑4: معادل بین سیستم سه فاز و نمایش برداری  60

شکل ‏4‑5: اینورتر منبع ولتاژ سه فاز  62

شکل ‏4‑6: بردارهای سوئیچینگ مربوط به عملکرد غیر مدوله، اینورتر 62

شکل ‏4‑7: شکل موج جریان فاز خزوجی  63

شکل ‏4‑8: مسیر بردار جریان در صفحه مختلط   65

شکل ‏5‑1: نمایش محدوده های under modulation و over modulation و نیز شش ضلعی  72

شکل ‏5‑2: نمای اینورتر دو سطحی  73

شکل ‏5‑3: نمایش ترکیب های مختلف سوییچ زنی   73

شکل ‏5‑4: نمایش سوییچینگ بردارهای درایو دو سطحی  75

شکل ‏5‑5: الگوی سوئیچینگ درایو دو سطحی  77

شکل ‏5‑6: ترتیب سوئیچینگ پایه های درایو دو سطحی   78

شکل ‏5‑7: منحنی ولتاژ فاز بار 83

شکل ‏5‑8: THD ولتاژ فاز نسبت به زمین    83

شکل ‏5‑9: THD ولتاژ خط   84

شکل ‏5‑10: : تابع مدولاسیون SVM   84

شکل ‏5‑11: : بلوک دیاگرام سیستم کنترل موتور القایی  85

شکل ‏5‑12: جریانهای استاتور موتور القایی  85

شکل ‏5‑13: ا شکل موج های گسترده شده جریانهای استاتور موتور القایی  87

شکل ‏5‑14: منحنی های سرعت و گشتاور سیستم  88

شکل ‏5‑15: منحنی جریان خط موتور القایی  89

شکل ‏5‑16: منحنی ولتاژ خط موتور القایی  89

شکل ‏5‑17: شکل موج THD  برای جریان فاز a و ولتاژ خط Vab  90

شکل ‏5‑18: بلوک کنترلی تولید سیگنال PWM   91

شکل ‏5‑19: درایو سه سطحی به همراه موتور القایی  92

شکل ‏5‑20: Duty Cycle ایجاد شده توسط سیستم  93

شکل ‏5‑21: زمانهای روشن بودن سوئیچ ها 93

شکل ‏5‑22: – ولتاژهای فاز موتور القایی  94

شکل ‏5‑23: ولتاژ های خط موتور القایی  94

شکل ‏5‑24: جریانهای خط موتور القایی  95

شکل ‏5‑25: ولتاژهای فاز موتور القایی  96

شکل ‏5‑26: THD جریان ia موتور القایی  97

شکل ‏5‑27: THD جریان ولتاژ موتور القایی  97

شکل ‏5‑28: منحنی های مربوط به گشتاور و سرعت موتور القایی  98

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.