شماره ركورد
24920
شماره راهنما
ELE2 493
عنوان
كنترل پيش بين درايو موتور القايي تغذيه شده با مبدل ماتريسي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق - الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/06/16
صفحه شمار
79 ص .
استاد راهنما
پگاه همداني
استاد مشاور
بهزاد ميرزائيان دهكردي
كليدواژه فارسي
مبدل ماتريسي , كنترل پيشبين مبتني بر مدل , تنظيم جريان و گشتاور , توان راكتيو , فركانس كليدزني , اعوجاج هارمونيكي جريان
چكيده فارسي
مبدلهاي AC-DC-AC سنتي كه بهطور گسترده در كاربردهاي درايو الكتريكي استفاده ميشوند، داراي محدوديتهاي متعددي هستند؛ از جمله استفاده از اجزاي پسيو حجيم، بازده پايين بهدليل مراحل متعدد تبديل انرژي، محدوديت در قابليت جريان توان دوطرفه، و اعوجاج هارمونيكي كل بالا. علاوه بر اين، اين مبدلها معمولاً توان راكتيو قابل توجهي توليد ميكنند و نيازمند استفاده از خازنهاي الكتروليتي بزرگ هستند كه باعث كاهش طول عمر و قابليت اطمينان سيستم ميشود. در مقابل، مبدلهاي ماتريسي راهحلي فشرده، كارآمد و كاملاً دوطرفه براي تبديل مستقيم AC به AC ارائه ميدهند، بدون نياز به ذخيرهسازي انرژي مياني، كه آنها را به گزينهاي جذاب تبديل كرده است.
در اين پاياننامه، براي رفع محدوديتهاي مبدلهاي سنتي AC-DC-AC در كاربردهاي درايوهاي الكتريكي، از مبدل ماتريسي استفاده شده است. دو روش كنترل پيشبين مبتني بر مدل، يكي براي تنظيم جريان در بار سلفي مقاومتي و ديگري براي تنظيم گشتاور در درايو موتور القايي، بررسي شدهاند. اين روشها با تكيه بر مدل دقيق سيستم و حل يك مسئله بهينهسازي در هر لحظه، چند هدف را همزمان دنبال ميكنند؛ از جمله رديابي دقيق مقدار مطلوب جريان يا گشتاور، كاهش توان راكتيو سمت شبكه و كم كردن تعداد دفعات كليدزني. در اين كنترلكنندهها، يك تابع هزينه طراحي شده كه در آن دقت رديابي، توان راكتيو و تعداد كليدزنيها در نظر گرفته شده است. نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه با استفاده از كنترل كننده جريان مبتني بر مدل، مبدل ماتريسي توانسته است فركانس كليدزني را تا 40 درصد نسبت به مبدل AC-DC-AC كاهش دهد، بدون اينكه كيفيت جريان افت كند. همچنين اگر فركانس كليدزني يكسان باقي بماند، مقدار اعوجاج هارمونيكي جريان استاتور در مبدل ماتريسي تا 5 درصد كمتر شده است. در روش كنترل گشتاور پيش¬بين مبتني بر مدل نيز كنترل گشتاور به خوبي انجام شده و سيستم توانسته است در برابر تغيير بار يا معكوس شدن جهت حركت، گشتاور و شار را با دقت دنبال كند. همچنين توان راكتيو سمت شبكه در مبدل ماتريسي تقريباً به صفر رسيده است، در حالي كه در مبدلهاي سنتي چنين كنترلي وجود ندارد. البته مشخص شد كه افزايش بيش از حد ضرايب وزني مربوط به كنترل توان راكتيو و تعداد دفعات كليدزني در تابع هدف كنترلكننده باعث كاهش بيشتر اين دو ويژگي ميشود، اما ممكن است دقت در رديابي جريان كمي كاهش يابد. اين موضوع نشان ميدهد كه نوعي تبادل يا تعادل ميان اين اهداف وجود دارد.
در مجموع، استفاده از كنترل پيشبين مبتني بر مدل در مبدل ماتريسي باعث بهبود پاسخ ديناميكي، كاهش دفعات كليدزني و كاهش اعوجاج جريان شده و در نتيجه بهرهوري سيستم را بالا برده و عمر تجهيزات قدرت را افزايش ميدهد. اين دستاوردها ميتوانند زمينهساز آزمايشهاي عملي، گسترش كاربرد در سامانههاي چنددرايو و انرژيهاي تجديدپذير و حتي تركيب با روشهاي هوش مصنوعي در آينده باشند.
كليدواژه لاتين
Matrix Converter , Model Predictive Control (MPC) , Current and Torque Regulation , Reactive Power , Switching Frequency , Current Total Harmonic Distortion (THD)
عنوان لاتين
Predictive Control of an Induction Motor Drive Fed by a Matrix Converter
گروه آموزشي
مهندسي برق
چكيده لاتين
Conventional AC-DC-AC converters, commonly used in electric drive applications, suffer from several limitations including bulky passive components, reduced efficiency due to multiple power conversion stages, limited bidirectional power flow capability, and higher total harmonic distortion (THD). Additionally, they often generate significant reactive power and require large electrolytic capacitors, which reduce system lifespan and reliability. In contrast, matrix converters offer a compact, efficient, and fully bidirectional AC-AC conversion solution without the need for intermediate energy storage, making them an attractive alternative.
This thesis addresses the limitations of conventional AC-DC-AC converters in electric drive applications by utilizing a matrix converter. Two model predictive control (MPC) strategies are designed and evaluated: Model Predictive Current Control (MPCC) and Model Predictive Torque Control (MPTC). These controllers rely on an accurate model of the system and solve an optimization problem at each time step to simultaneously achieve multiple objectives, including accurate tracking of reference current or torque, reduction of reactive power on the grid side, and minimization of switching frequency. A cost function is formulated that incorporates tracking error, reactive power, and the number of switching transitions. Simulation results show that using MPCC, the matrix converter can reduce switching frequency by up to 40% compared to a conventional AC-DC-AC converter, without compromising current quality. Additionally, under equal switching frequencies, the stator current THD is reduced by up to 58% with the matrix converter. The MPTC method also achieves precise torque control and successfully maintains accurate tracking of torque and flux under load variations and direction reversals. Moreover, the reactive power on the grid side is nearly eliminated in the matrix converter, a feature not achievable with traditional converters. It is observed that increasing the weight of reactive power in the cost function further reduces it, though this may slightly compromise current tracking accuracy—highlighting a trade-off between competing objectives.
In conclusion, the application of model predictive control to matrix converters improves dynamic response, reduces switching losses, and lowers current distortion, thereby enhancing overall system efficiency and extending the lifespan of power equipment. These advancements lay the groundwork for future experimental validations, multi-drive system integration, renewable energy applications, and even hybridization with artificial intelligence techniques.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
143178
نويسنده