23726

ELE3 70

دكتري

مهندسي برق - الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

فني و مهندسي

1403/03/26

114 ص.

آرش كيومرثي

سيدمحمد مدني , محمد عطائي

ريپل گشتاور , كنترل توان , كنترل مدلغزشي فراپيچشي , موتور جريان مستقيم بدون جاروبك , ناحيه تضعيف شار

امروزه بهينه‌سازي و صرفه‌جويي در مصرف انرژي، به معناي استفاده از تجهيزات الكتريكي، با حداقل انرژي مصرفي و حداكثر بهره‌وري، از دو ديدگاه اقتصادي و زيست‌محيطي مورد توجه قرار گرفته است. موتورهاي الكتريكي، به عنوان يكي از عمده‌ترين مصرف‌كنندگان توان الكتريكي، حدود 60 درصد انرژي الكتريكي توليدي را مصرف مي‌كنند. درنتيجه، تحقيقات جهاني در خصوص بهينه‌سازي مصرف انرژي توسط موتورها به سرعت در حال انجام است. موتورهاي الكتريكي مورد استفاده در صنايع اغلب از نوع جريان مستقيم و متناوب القايي هستند. موتورهاي جريان مستقيم علي رغم خواص مطلوبشان نظير سهولت در كنترل، به دليل هزينه‌هاي زياد تعميرات دوره‌اي و نگهداري، جايگاه خود را به ساير موتورها داده‌اند. استفاده از موتورهاي جريان متناوب القايي علي‌رغم افزايش بهره‌وري ناشي از به كارگيري روش‌هاي كنترل سرعت متغير در بسياري از كاربردها فاقد كيفيت عملكرد مناسب هستند. طي دو دهه گذشته و با كاهش قيمت مواد آهنرباي دائم، به علت راندمان زياد، چگالي توان بالا، مشخصه گشتاور-سرعت خطي و سادگي كنترل باعث شده است كه موتورهاي جريان مستقيم بدون جاروبك در بسياري از كاربردهاي صنعتي همچون صنايع ماشين‌سازي، فضايي، پزشكي و اتوماسيون صنعتي مورد استفاده قرار بگيرند. مهم‌ترين مشكل اين موتورها، ريپل گشتاور خروجي و همچنين ناكارآمد بودن روش‌هاي كنترل موتور به علت وجود نامعيني در مدل سيستم و يا اغتشاشات ورودي است كه مي‌تواند باعث توليد ارتعاش سيستم مكانيكي و ايجاد نويز گردد. با افزايش سرعت موتور، اين ريپل گشتاور نيز افزايش پيدا مي‌كند؛ در نتيجه، استفاده از اين موتور در كابردهاي دقيق مانند رباتيك محدود مي‌گردد. جهت كاهش ريپل گشتاور موتور جريان مستقيم بدون جاروبك، در اين رساله ابتدا معادلات توان اكتيو و راكتيو ورودي به فاصله هوايي بيان شده و سپس يك روش مقاوم براساس روش كنترل مدلغزشي فراپيچشي جهت كنترل مستقيم توان ارائه مي‌گردد. سطوح لغزش در روش پيشنهاد شده براساس خطاي توان اكتيو و راكتيو تعريف شده‌اند و با همگرا شدن اين سطوح به صفر، خطاي توان نيز به صفر همگرا خواهد شد و در نتيجه ريپل گشتاور كاهش پيدا يافته است. استفاده از روش كنترل مدلغزشي فراپيچشي علاوه بر عملكرد مقاوم، پديده چترينگ را كه مي‌تواند باعث توليد ارتعاشات فركانس بالا گردد از بين خواهد برد. همچنين، در خصوص افزايش سرعت موتور به بالاتر از سرعت نامي، در اين رساله يك روش خطي حلقه بسته جهت كنترل توان‌هاي اكتيو و راكتيو موتور پيشنهاد مي‌شود. روش پيشنهاد شده، شامل دو حلقه كنترل توان اكتيو و راكتيو است كه حلقه توان راكتيو تنها در ناحيه تضعيف شار فعال مي‌گردد. هر كدام از روش هاي پيشنهاد شده، ابتدا توسط نتايج شبيه سازي در محيط سيمولينك با روش‌هاي ديگر مقايسه شده و سپس نتايج عملي پياده‌سازي اين روش‌ها روي يك نمونه آزمايشگاهي، در اين رساله ارائه مي‌شود. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه هر يك از روش‌هاي پيشنهادي، در مقايسه با روش‌هاي ديگر، از جهت سرعت پاسخ و همچنين كاهش ريپل گشتاور، عملكرد بهتري دارند.

Brushless DC Motor , Direct Power Control , Field Weakening , Super­-twisting Sliding Mode Control , Torque Ripple

Torque Pulsation Reduction of Brushless DC Motor Drives above the Nominal Speed

مهندسي برق

Today, optimizing and saving energy consumption, meaning the use of electrical equipment, with minimum energy consumption and maximum efficiency, has been considered from two economic and environmental aspect. Electric motors, as one of the major consumers of electric power, consume above 60% of the produced electric energy. As a result, global research on the optimization of energy consumption by motordrives is being carried out rapidly. Electric motors, used in industries and household applications, are often DC or induction. DC motors, despite their desirable properties such as ease of control, due to having a costly maintenance, have given their place to other motors. The use of variable speed control methods in induction motors, despite the increase in system efficiency, in many applications, they lack the benefit and proper performance quality. Over the past two decades, with the decrease in the price of permanentmagnet materials, advantages such as high efficiency, high power density, linear speed torque characteristic, simple control and superior speed performance have caused BLDC motors to be used in many industrial applications such as machinery, aerospace, medical and industrial automation industries. The most important problem of these motors is the output torque ripple, as well as the ineffectiveness of the motor control methods due to the uncertainty in the system model or input disturbances, which can cause the mechanical vibration and noise. As the motor speed increases, this torque ripple also increases; As a result, the use of this motor, in precise applications such as robotics, is restricted. In order to reduce the ripple torque of BLDC motor, in this thesis, the equations of input active and reactive power to the airgap are first stated, and then a robust method based on the supertwisting sliding mode control method is presented to directly control the power of BLDC motor. The sliding surfaces in the proposed method are defined based on the active and reactive power errors, and whenever these surfaces converge to zero, the power errors will also converge to zero, and as a result, the torque ripple will decrease. The use of supertwisting sliding mode control method, in addition to its robust performance, will eliminate chattering phenomenon, which can cause high frequency vibrations. Also, regarding increasing the motor speed above the rated speed, in this thesis, a closedloop linear method is proposed to control the active and reactive powers of the motor. The proposed method includes two active and reactive power control loops, the reactive power loop is activated only in the field weakening region. Each of the proposed methods is first compared with other methods by simulation results in the Simulink environment, and then the practical results of implementing these methods on a laboratory prototype are presented in this thesis. The obtained results show that each of the proposed methods perform better in terms of response speed and torque ripple reduction compared to other methods.

5

34209