این بسته شامل 14 پایان نامه در زمینه موتور مغناطیس دائم PMSM می باشد که به صورت فایل word و pdf در اختیار شما قرار میگیرد.

تمامی پایان نامه ها مربوط به سال 90 به بعد می باشد.

 

کنترل بدون حسگر موتور آهنربای دائم سنکرون با ولتاژ ضدمحرکه غیرایده آل بر مبنای رویتگر مد لغزشی

چکیده

موتور های سنکرون آهنربای دائمی از لحاظ مکانیکی بسیار قوی و نیرومند می باشند که این ویژگی، امکان دست یافتن به سرعت های بالا را با استفاده از این موتور ها ممکن می سازد همانطور که در مورد ساختار این موتور ها درادامه بحث خواهیم کرد، فاصله هوائی در این موتور ها بسیار کوچک می باشد بنابر این اثر عکس العمل آرمیچر چشم گیر و قابل توجه می باشد این ویژگی نیز امکان کنترل این ماشین را در ناحیه های گشتاور ثابت و تضعیف شار ممکن می سازد برای یک موتور آهنربای دائم سنکرون، در مواردی نیاز به کنترل سرعت موتور و یا کنترل موقعیت موتور از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، کنترلر این نوع موتورها نقش بسیار حیاتی و موثر در کنترل سرعت و موقعیت موتور ایفا می‌کنند این امر موجب شده است که استفاده از کنترل‌کننده ‌های هوشمند و تطبیقی بسیار مورد توجه قرار گیرند با استفاده از کنترل برداری، می توان انواع موتورهای سنکرون وآسنکرون را شبیه موتورDC تحریک مستقل کنترل کرد با کنترلر فازی نیز می توان بر پیچیدگی تنظیمات pi کنترلر موجود در کنترل برداری غلبه کردبا اجرای روش کنترل برداری بر روی ماشین درایوهای مغناطیس دائم سنکرون، مولفه های فازی و شار بردار فضایی جریات استاتور از همدیگر مجزا شده به طوری که می توان آنها را مستقل از هم کنترل کرد در نتیجه به یک مولفه گشتاوری تولیدی شبیه درایو DC با تحریک جداگانه دست یافت در این پایان نامه ابتدا ویژگی ها و قابلیت های موتور PMSM بررسی شده و انواع روش های کنترلی این موتور بررسی می شود و در ادامه پارامترهای بهینه سازی و روش های متناسب، با راندمان بالا ازجمله رویتگر مد لغزشی بررسی می گردد پس از بررسی این روش ها وانتخاب روش موثر، از نرم افزارهای کامپیوتری برای شبیه سازی و بررسی موثر بودن این روش کنترلی استفاده می شود درانتها تحلیل نتایج به دست آمده با نرم افزار متلب بررسی شده و صحت و موثر بودن نتایج تایید می شود

 

فصل اول: مقدمه ۱

۱-۱مقدمه ۲

۲-۱ مروری بر ادبیات تحقیق ۵

۳-۱ اهداف تحقیق ۷

۴-۱ راهنمای پایان نامه۸

فصل دوم: اصول عملکرد، مدلسازی و کنترل موتورهای PMSM ۹

۲-۱مقدمه ۱۰

۲-۲ماشین های سنکرون و طبقه بندی آن ها ۱۱

۲-۲-۱ نوع تحریک روتور ۱۱

۲-۲-۲نوع تغذیه ی سیم پیچ استاتور ۱۲

۳-۲-۲ تقسیم بندی کلی موتورهای سنکرون مغناطیس دائم مدرن ۱۲

۲-۳ حوزه های تحقیقات در زمینه ماشین های سنکرون مغناطیس دائم ۱۳

۲-۴ کنترل موتور های آهنربای دائم سنکرون PMSM ۱۳

۲-۵ ساختار موتور های آهنربای دائم سنکرون PMSM ۱۴

۲-۵-۱ استاتور ۱۴

۲-۵-۲ سنسورها ۱۵

۲-۵-۳ روتور ۱۵

۶-۲ مواد مغناطیس دائم و مشخصه های آن ها ۱۵

۲-۷ مدل سازی موتور سنکرون آهنربای دائم ۱۶

۲-۸ نصب مغناطیس دائم بر روی روتور ۱۹

۲-۹ مزایا و معایب موتورهای سنکرون مغناطیس دائم ۲۰

۲-۹-۱ مزایا موتورهای سنکرون مغناطیس دائم ۲۲

۲-۹-۲معایب موتورهای سنکرون مغناطیس دائم ۲۲

۲-۱۰جایگاه ماشین های PMSM و خصوصیات آن ۲۳

۲-۱۰-۱ مقایسه موتورهای PMSM و ماشین های سنکرون معمولی ۲۳

۲-۱۰-۲مقایسه موتورهای PMSM و موتورهای القایی )آسنکرون( ۲۴

۲-۱۱ کاربرد ماشن های سنکرون مغناطس دائم ۲۶

۲-۱۲ انگزه انتخاب تئوری مد لغزشی برای شناسایی و تشخیص خطا ۲۷

۲-۱۳ معرفی کنترل کننده همراه با رویتگر مد لغزشی ۳۲

۲-۱۴ تئوری مد لغزشی۳۲

۲-۱۵ کنترل فازی مد لغزشی۳۳

۲-۱۶ رویتگر مد لغزشی۳۴

۲-۱۷ موتورهای BLDC۳۴

۲-۱۸ اصل کارکرد موتورBLDC۳۵

۲-۱۸-۱ کنترل نیروی گشتاور مستقیم درایو موتور BLDC با استفاده از حالت انتقال دو فازی۳۷

۲-۱۸-۲ طرح مشاهده گر حالت اسلایدینگ۴۰

۲-۱۸-۳ موضوع بهینه سازی چند مجهولی۴۱

۲-۱۸-۴ نتایج شبیه سازی۴۴

۲-۱۸-۵ نتیجه گیری۴۹

فصل سوم: کنترل بدون حسگر موتور PMSM با استفاده از رویتگر مود لغزشی ۵۰

۳-۱مقدمه ۵۱

۲-۳مدل ریاضی ساده شده موتورهای سنکرون آهنربای دائم PMSM ۵۲

۳-۳رویتگر مد لغزشی ۵۳

۳-۴ مدل مبدل۵۹

۳-۵ استفاده از روش SVPWM ۶۰

۳-۶ ساختار کلی مبدل۶۲

۳-۷ محاسبه زمان های سوئیچینگ مبدل۶۹

فصل چهارم: نتایج شبیه سازی ۶۷

۴-۱مقدمه ۶۸

۴-۲ طراحی کنترل کننده همراه با رویتگر مد لغزشی۶۹

۴-۳ نتایج شبیه سازی۷۰

فصل پنجم: نتیجه گیری ۷۴

۵-۱ مقدمه۷۵

۵-۲ پیشنهادات۷۶

۵-۳ منابع وماخذ۷۷

Abstract ۷۹

 

کنترل و تغییر سریع سرعت، در موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM)

چکیده

به دلیل خصوصیات ذاتی موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM ) نظیر: چگالی توان بالا ، لختی کم ، نسبت بالای گشتاور تولیدی به اینرسی ، شتاب گیری سریع ، سادگی عملیات نگهداری ، ضریب توان و بازده مناسب تر درسالهای اخیر در بسیاری ازکاربردهای صنعتی با سرعت متغیر در گستره توان کم و متوسط نسبت به موتورهای DC و موتورهای القایی ترجیح داده شده اند لذا درتجهیزات بکار رفته درآزمایشگاهها ، سانتیریفیوژها ، صنایع پتروشیمی و آسانسورهای بدون موتور خانه از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم استفاده می شودقابلیت کنترل وتغییر سریع سرعت موتورهای آهنربای دائم سنکرون به صورت خود کنترل شونده و امکان دستیابی به عملکرد با سرعت متغیر در محدوده وسیع، باعث شده تا روشهای کنترل مختلفی بسته به کاربرد موتور و به منظور استفاده مطلوب از مزایای ذاتی آنها ارائه شوند در این پایان نامه چندین نوع از روشهای کنترل سرعت متداول موتور سنکرون مغناطیس دائم بطور خلاصه ذکر گردیده و سه روش رایج تر و پر کاربردی تر از آنها از جمله روش کنترل معمول در صنعت برمبنای مولفه های جریان ،که روش حداکثر گشتاور به ازای جریان و ولتاژمی باشد، روش کنترل بر مبنای مولفه های ولتاژ، که در آن بجای صفحه جریان در صفحه مختصات ولتاژ طراحی می شود و روش کنترل مستقیم گشتاور و شار که ، اعمال کنترل مستقیم ولتاژ مناسب به موتور براساس خطای گشتاور و خطوط میدان است ،بحث و بررسی می گردنند در نهایت ضمن جمع بندی و برشمردن مزایا و معایب روشهای ذکر شده ، به مقایسه آنها با یکدیگر پرداخته شده و روش کنترل مستقیم گشتاور و شار با توجه به مزایای نسبی از جمله کاملتر بودن در دفع اغتشاش بار ، سرعت پاسخ دهی بسیار بالا، پایداری سیستم ، با وسعت بیشتر محدوده عملکردی سرعتهای بالا و پایین و همچنین تلفات حرارتی کمتر و در مجموع معایب کمتر نسبت به سایر روشهای کنترل سرعت موتورهای سنکرون مغناطیس دائم ترجیح داده شده است

فهرست مطالب 
فصل اول: آشنائی با موتور سنکرون مغناطیس دائم 1 
1-1) مقدمه 1 
1-2) موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) 2 
1-3 ) ساختمان موتور سنکرون مغناطیس دائم 4 
1-4 ) تقسیم بندی موتورمغناطیس دائم (موتور PM) 6 
1-4-1 ) مقایسه بین موتور PMSM و موتور DC بدون جاروبک BDCM 7 
1-5 ) مزایا و ارزیابی اقتصادی : 7 
1-6) کاربردهای موتورسنکرون مغناطیس دائم 8 
1-7 ) مقایسه موتورهای مغناطیس دائم (PM ) با موتورهای القائی 8 
فصل دوم: ساختار ومدلسازی موتور سنکرون مغتاطیس دائم 10 
2-1) مقدمه 10 
2-2 ) تفاوت عملکردی موتور سنکرون مغناطیس دائم نوع SPM و نوع IPM 11 
2-3 ) معادلات ماشین در دستگاه مرجع سه فازه abc 13 
2-4 ) معادلات ماشین در دستگاه مرجع چرخان 14 
فصل سوم: بررسی روشهای کنترل و تغییر سریع سرعت در موتورهای سنکرون مغناطیس دائم 18 
3-1) مقدمه 18 
3-2 ) روشهای کنترل و تغییر سریع سرعت در موتور سنکرون مغناطیس دائم بطور خلاصه 19 
3-2-1 ) روش کنترلی id=0 19 
3-2-2 ) روش کنترل ضریب توان برابر یک 20 
3-2-3 ) روش کنترلی بازده حداکثر 20 
3-2-4 ) روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های جریان 21 

3-2-5 ) روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های ولتاژ 21 
3-2-6 ) روش کنترل مستقیم شار و گشتاور (DTC ) 22 
3-3 ) روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های جریان 23 
3-3-1 ) مکان های هندسی و نواحی سرعت 25 
3 -3-2 ) مزایای روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های جریان 27 
3-3-3 ) معایب روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های جریان 27 
3- 4 ) روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های ولتاژ 28 
3 -4-1) مدل ریاضی موتور بر مبنای مولفه های ولتاژ 28 
3-4-2 ) اصول و مبانی ریاضی روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های ولتاژ 29 
3-4-3 ) نحوه تعیین نوع مکان هندسی در سرعتهای مختلف 33 
3-4-4) سیستم کنترل موتور سنکرون مغناطیس دائم 37 
3 -4-5 ) نتایج شبیه سازی در روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های ولتاژ41 
3-4-6 ) جمع بندی و نتیجه گیری روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های ولتاژ 43 
3-5 ) روش کنترل مستقیم شار و گشتاور ( DTC) 43 
3-5-1) مقدمه و معرفی روش 43 
3-5-2 ) معادلات موتور در چارچوب شار استاتور 45 
3-5-2-1) معادله گشتاور در چارچوب شار استاتور (x y) 46 
3-5-2-2) معادله شار پیوندی در چارچوب شار استاتور درموتور سنکرون مغناطیس دائم 47 
3-5-3) کنترل مستقیم شار استاتور 48 
3-5-3-1) کنترل مستقیم دامنه شار استاتور 50 
3-5-3-2)کنترل جهت گردش بردار شار استاتور، کنترل مستقیم گشتاور 52 
3-5-4) ساختار DTC در محرکه PMSM 53 
3-5-5 ) الگوریتم کاهش هارمونیک جریان (کنترل مستقیم مولفه صفر جریان ) 56 
3-5-6 ) مشکلات اعمال DTC بر روی PMSM 57 

3-5-7 ) شبیه سازی روش DTC برای یک موتور سنکرون مغناطیس دائم 57 
3 -5-7-1 ) مدلسازی 57 
3-5-7-2 ) نتایج ونمودارهای شبیه سازی 70 
3-5-8 ) جمع بندی و نتیجه گیری روش DTC 72 
فصل چهارم: تجزیه وتحلیل نتایج سه روش کنترل سرعت در موتورهای سنکرون مغناطیس دائم 74 
4-1) مقدمه 74 
4-2 ) خلاصه وجمع بندی 75 
4-2-1 ) روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های جریان 75 
4-2-2 ) خلاصه وجمع بندی روش کنترل معمول در صنعت بر مبنای مولفه های ولتاژ 76 
4 -2-3 ) مقایسه کنترل بر مبنای مولفه های ولتاژ باکنترل بر مبنای مولفه های جریان 76 
4-2-4 خلاصه وجمع بندی روش کنترل مستقیم شار وگشتاور ( DTC ) 77 
4 -2-5 ) مقایسه کنترل مستقیم شار و گشتاور ( DTC ) باکنترل بر مبنای مولفه های ولتاژ 78 
4 -3 ) پیشنهاد برای پژوهش های بعدی 80 


 

کنترل پیش‌گویانه‌ی گشتاور موتور سنکرون مغناطیسدائم (PMSM) به روش DTC SVM

چکیده

کنترل موتورهای الکتریکی به روش DTC که اولین بار برای موتورهای القایی مطرح گردید، از بدو پیدایش به خاطر پاسخ دینامیکی سریع، دقت قابل قبول و سهولت نسبی پیاده‌سازی، همواره مورد توجه بوده است. با پیدایش موتورهای سنکرون مغناطیس ‌دائم و گسترش کاربردهای آن به ویژه در انرژی‌های نو و خودروهای الکتریکی و لزوم وجود یک محرکه الکتریکی مناسب برای راه‌اندازی و کنترل این موتورها و مزایای فوق الذکر برای روش DTC، روش‌های متعددی برای کنترل موتور به روش DTC در مراجع مختلف پیشنهاد گردیده است. در این پایان‌نامه، ابتدا دلایل انتخاب کنترل DTC برای موتور PMSM تشریح شده و سپس روش‌های پیاده‌سازی کنترل DTC از ابتدای پیدایش تاکنون، برای موتور PMSM بررسی خواهد شد. در ادامه به ارائه‌ی روشی برای کنترل هم‌زمان ریپل گشتاور و شار در کنترل DTC موتور PMSM پرداخته و با استفاده از کمینه‌سازی یک تابع هدف دو متغیره گشتاور و شار، ریپل شار استاتور نیز به همراه ریپل گشتاور کاهش یافته و در نتیجه باعث سینوسی‌تر شدن شار استاتور و کاهش ریپل و هارمونیک جریان می‌گردد. برای نیل به این هدف، معادلات پیش‌گویانه‌ی شار استاتور به همراه معادلات پیش‌گویانه‌ی گشتاور با استفاده از بررسی معادلات اساسی ماشین در حالت گسسته محاسبه شده و و وضعیت شار و گشتاور موتور در انتهای زمان اعمال هر بردار ولتاژ اینورتر پیش‌بینی خواهد شد. سپس انحراف معیار هر دو متغیر ریپل گشتاور و ریپل شار بررسی شده و مجموع نرمالیزه شده این دو به عنوان تابع هدف انتخاب می‌گردد. در ادامه، بردارهای ولتاژ اینورتر در زمان بهینه و با استفاده از یک مدولاسیون تغییر یافته‌ی SVM به اینورتر اعمال می‌گردند. در انتها، کارایی روش پیشنهادی با پیاده‌سازی در محیط MATLAB Simulink راستی‌آزمایی گردید.

فصل 1 مقدمه 1
1-1 مقدمه 3
1-2 اهمیت کنترل موتورهای PMSM 3
1-3 کنترل موتور PMSM به روش DTC 4
1-4 جمع‌بندی 6
فصل 2 معرفی کنترل DTC و مروری بر پژوهش‌های انجام گرفته در آن 7
2-1 اصول کارکرد کنترل DTC کلاسیک 9
2-2 مزایا و معایب کنترل DTC کلاسیک 12
2-3 کنترل DTC بر مبنای جدول کلیدزنی 13
2-3-1 استفاده از اینورتر چند سطحی و بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب آن 14
2-3-2 استفاده از مبدل ماتریسی و بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب آن 17
2-3-3 کنترل در مد گسسته (DSVM)، ویژگی‏ها، مزایا و معایب آن 22
2-3-4 کنترل در مد پیوسته ، بررسی ویژگی‏ها، مزایا و معایب آن 28
2-4 کنترل DTC بر مبنای مدولاسیون SVM 36
2-4-1 کنترل SVM DTC بدون استفاده از کنترل کننده‌ی اضافی PI 37
2-4-2 کنترل SVM DTC با استفاده از کنترل کننده‌ی اضافی PI 40
2-5 جمع‌بندی 43
فصل 3 معرفی کنترل پیش‌گویانه به روش DTC SVM 44
3-1 مقدمه 46
3-2 معادلات الگوریتم DRM کلاسیک 46
3-3 معادلات الگوریتم DRM کلاسیک 47
3-4 استراتژی جدید پیشنهادی بر مبنای الگوریتم DRM 50
3-4-1 کمینه‌سازی مقدار موثر ریپل اندازه شار استاتور توسط الگوریتم DRM 50
3-4-2 تابع هدف پیشنهادی 51
3-4-3 معرفی یک مدولاسیون تغییر یافته SVM برای ساخت بردار مرجع 52
3-4-4 بلوک دیاگرام سیستم کنترلی پیشنهادی 55
3-5 جمع‌بندی 56
فصل 4 بررسی نتایج شبیه‌سازی در محیط MATLAB 58
4-1 تشریح شبیه‌سازی انجام شده و بررسی نتایج آن 60
4-1-2 بررسی اولیه‌ی تحقق کنترل DTC و ملاحظات مربوط به موتور 62
4-1-3 بررسی دقیق عملکرد الگوریتم پیشنهادی 67
4-2 جمع‌بندی 72
فصل 5 نتیجه‌گیری و ارائه‌ی پیشنهادها 74
5-1 جمع‏بندی و پیشنهادها 76
مراجع 78

 

 

کنترل مستقیم گشتاور در موتورهای PMSM با استفاده از تخمین‌گر مد لغزشی

چکیده

در طول دهه های اخیر استفاده از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) به دلایلی از جمله ارتقاء عملکرد قطعات نیمه هادی قدرت با فرکانس سوئیچینگ بسیار بالا، کشف مواد مغناطیسی جدید جهت ساخت مغناطیس های دائم و اختراع پردازشگر سیگنال دیجیتال (DSP) مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق ابتدا کنترل مستقیم گشتاور موتورهای سنکرون مغناطیس دائم به روش DTC که از مقایسه گرهای هیسترزیس در آن استفاده شده مورد بررسی قرار گرفته است. در مرحله دوم کنترل مستقیم گشتاور در موتورهای PMS به روش کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون فضایبرداری(SVM-DTC) که در آن به جای کنترل کننده های هیسترزیس از کنترل کننده های PIاستفاده شده، مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت روش کنترلی SVM-DTC بدون سنسور مورد بررسی قرار گرفته و بهینه شدن نمودارهای گشتاور، شار و جریان استاتور در این روش به خوبی نشان داده شده است و تخمین موقعیت/ سرعت روتور در ماشین سنکرون مغناطیس دائم- نصب سطحی (SPMSM) به روش مشاهده گر مد لغزشی کواسی (QSMO) به طور کامل بررسی شده است.

فصل اول 1 
مقدمه وکلیات 1 
1-1- معرفی 2 
فصل دوم 9 
درایو PMSM تغذیه شده با مبدل فرکانسی 9 
2-1- مدل ریاضیPMSM 10 
2-1-1- معادلات ولتاژ و شار دوراستاتور 11 
2-1-2- شار دور و ولتاژ استاتور در قاب مرجع ساکن (α,β ) 16 
2-1-3-شار دور و ولتاژ استاتور در قاب مرجع چرخ اناستاتور(x,y) 16 
2-1-4-ولتاژ شار دور استاتور در قاب مرجع گردان رتور(d,q) 17 
2-2-توان لحظه ای و گشتاور الکترو مغناطیسی 18 
2-2-1- محاسبات توان الکتریکی 19 
2-2-2- محاسبات گشتاور الکترومغناطیسی 20 
2-2-3- معادله حرکت مکانیکی 23 
2-3- مبدل منبع ولتاژ مدولاسیون پهنای پالس برایPMSM 24 
2-3-1- بردار فضایی برپایه روش مدولاسیون پهنای پالس (PWM) 29 
فصل سوم 34 
کنترل مستقیم گشتاور موتور سنکرون مغناطیس دائم 34 
3-1- مقدمه 35 
3-2- کنترل مستقیم گشتاور 36 
3-2-1- سیستم کنترل مستقیم گشتاور 37 
3-2-2- تخمین گشتاور و شار 39 
3-2-3- پیاده سازی دیجیتال (زمان–گسسته) DTCبرای یکPMSM 41 
3-3- کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون فضای برداری 42 
3-3-1-طرحDTC-SVMباکنترل حلقه بسته شار و گشتاور در مختصات شار استاتور 44 
3-3-2- حلقه کنترل سرعت برای ساختارSVM-DTC 47 

فصل چهارم 49 
کنترل برداری درایو PMSM بدون سنسور موقعیت 49 
4-1- مقدمه 50 
4-2- مدلسازیPMSM ها و شرح مسئله 51 
4-3- انواع روشهای تخمین موقعیت/سرعتPMSM 53 
4-4- تخمینگرهای سرعت/ موقعیت رتور (Rotor Position/speed Estimators) 62 
4-5- نمای کلی سیستم کنترل بدون سنسور 71 
فصل پنجم 73 
نتایج و پیشنهادات 73 
5-1- مقدمه 74 
5-2-پاسخ دینامیکی گشتاور الکترومغناطیسی و سرعت رتور 74 
5-2-1- کنترل مستقیم گشتاور(DTC) 74 
5-2-2- کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون فضای برداری(SVM-DTC) 77 
5-3- موقعیت تخمینی رتور با استفاده از مشاهده گر مد لغزشی کواسی(QSMO) 80 
5-4 مقایسه روش ها 82 
5-5-نتیجه گیری و پیشنهادات 85 
منابع و مآخذ 87 


 

طراحی و مدلسازی ماشین های مغناطیس دائم شار محوری سرعت بالا PMSM

چکیده

با پیشرفت ساخت مواد مغناطیس دائم و الکترونیک قدرت امکان ساخت ماشین‌هایی با سرعت بالا فراهم شده است. امروزه بیشتر ماشین‌ها، مغناطیس دائم هستند یک نوع از ماشین‌های مغناطیس دائم، ماشین‌های آهنربادائم شارمحوری سرعت بالا PMSM هستند که در سال‌های اخیر به دلیل خصوصیت ذاتی این ماشین‌ها استفاده از آن‌ها بسیار مورد استقبال قرار گرفته است که از آن جمله می‌توان به بکارگیری آن‌ها به عنوان مولد قدرت راکتیو برای بالا بردن ضریب قدرت خط، تجهیزات آزمایشگاهی، سانتیریفیوژها، صنایع پتروشیمی و نیز کاربردهای صنعتی نظیر محرک فن‌ها، پمپ‌ها و کمپرسورها، اشاره کرد. در این پایان‌نامه به بررسی یک روش جدید وسیله-ی الکترومغناطیسی ماشین سنکرون دائم با ساختار مرکب پرداخته می‌شود و در ادامه با به کارگیری منطق فازی و لحاظ کردن ضخامت آهنربا و فاصله هوایی به عنوان پارامترهای ورودی منطق فازی سعی می‌شود شار پیوندی بهینه گردد و برای رسیدن به بهترین نتیجه ممکن با دقت بالا از غیرفازی‌ساز مرکزی و تکنیک استنتاج فازی ممدانی استفاده می‌شود. در ادامه سه ماشین با طول فاصله هوایی اورجینال متفاوت با یکدیگر مقایسه می‌شوند و اثر شار پیوندی، گشتاور، میانگین گشتاور و نیروی الکترومغناطیس استاتور بر روی فاصله هوایی بررسی می‌شود و مشاهده می‌شود هنگامی که فاصله هوایی سه ماشین افزایش می‌یابد کاهش نسبت نیروی مغناطیسی تقریباً یکسان است و نیز مشاهده می‌شود که، هنگامی که شار پیوندی کاهش می‌یابد، هر سه ماشین مشابه یکدیگر هستند و کاهش طول فاصله هوایی ماشین با فاصله هوایی اورجینال بزرگتر، بیشتر است. و نیز تغییر در نشتی چگالی، گشتاور و نیروی مغناطیسی یکسان هستند همچنین هنگامی که فاصله هوایی ماشین‌ها با طول فاصله‌های هوایی مختلف، با نسبت یکسان افزایش می‌یابد، نسبت نشتی چگالی، گشتاورها و نیروهای مغناطیسی تقریباً به طور یکسان کاهش می‌یابد لازم به ذکر است که برای به دست آوردن نتایج از محیطMATLAB و 3D Fem استفاده می‌شود.

صفحه

فصل اول : مقدمه 
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- ویژگی‌های ماشین‌های شار محوری AFPM ۳
۱-۲-۱- کاربرد این ماشین ۳
۱-۲-۲- مزایا ۳
۱-۲-۳- معایب ۳
۱-۳- انواع ماشین AFPM ۴
۱-۳-۱- آرایش استاتور ـ روتور ۴
۱-۳-۱-۱- ساختار یک وجهی ۴
۱-۳-۱-۲- ساختار دووجهی ۴
۱-۳-۱-۳- ساختار چندوجهی ۴
۱-۳-۲- روش‌های ساخت آهنربای دائم ۴
۱-۳-۲-۱- آهنربای دائم نصب شده روی سطح ۴
۱-۳-۲-۲- نوع آهنربای دائم داخلی یا دفن شده ۵
۱-۳-۳- شیار در استاتور ۵
۱-۳-۳-۱- استاتور بدون شیار ۵
۱-۳-۳-۲- استاتور شیاردار ۵
۱-۳-۴- متغیرهای طراحی ۵
۱-۴- تمرکز موضوعی ۶
۱-۴-۱- استاتور ۷
۱-۴-۲- سیم‌پیچ استاتور ۸
۱-۴-۳- فاصله هوایی ۸
۱-۴-۴- روتور ۸
۱-۴-۵- یوغ ۸
۱-۴-۶- شفت ۹
۱-۴-۷- بدنه موتور ۹
۱-۴-۸-۱- مزایای موتور سنکرون مغناطیسی دائم ۹
۱-۴-۸-۲- معایب موتور سنکرون مغناطیس دائم ۹
۱-۴-۸-۳- کاربردهای موتور سنکرون مغناطیس دائم ۹
۱-۵- بیان مسئله ۱۰
۱-۶- ساختار پایان‌نامه ۱۰
فصل دوم : معرفی ماشین‌های PMSM و مرور کارهای پیشین 
۲-۱- مقدمه ۱۳
۲-۲- آشنایی با موتور سنکرون مغناطیس دائم ۱۴
۲-۲-۱- ساختمان موتور سنکرون مغناطیس دائم ۱۷
۲-۳- آهنرباهای دائم ۱۸
۲-۴- ژنراتورهای سنکرون ۱۹
۲-۴-۱- تلفات ۱۹
۲-۴-۲- بازده و حجم کل ژنراتور ۲۰
۲-۴-۳- مراحل طراحی و آنالیز محاسباتی ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم ۲۰
۲-۴-۴- بهینه‌سازی ۲۱
۲-۴-۵- اهداف بهینه‌سازی ۲۲
۲-۵- طراحی موتور ۲۲
۲-۵-۱- رابطه توان و حجم ۲۳
۲-۵-۲- قطر بیرونی و داخلی ۲۵
۲-۵-۳- طول محوری، ضخامت یوغ استاتور و روتور ۲۶
۲-۵-۴- محاسبه ضخامت آهنربا ۲۷
۲-۵-۵- طراحی شیار ۳۰
۲-۵-۶- تلفات و هزینه ۳۳
۲-۶- روند طراحی ۳۴
۲-۷- مرور کارهای پیشین ۳۵
۲-۸- نتیجه‌گیری ۳۹

فصل سوم : تشریح منطق فازی و ارایه روش بهینه‌سازی
۳-۱- مقدمه ۴۱
۳-۲- معرفی منطق فازی ۴۱
۳-۳- منطق قطعی، نسبی ۴۲
۳-۴- ایجاد قاعده فازی ۴۲
۳-۵- غیرفازی کردن منطق فازی ۴۲
۳-۶- منطق فازی وابسته به زمان ۴۳
۳-۶-۱- منطق فازی ۴۳
۳-۶-۲- منطق فازی (TFL) ۴۳
۳-۷- غیرفازی کردن منطق فازی موقتی ۴۳
۳-۸- کنترلرهای فازی ۴۴
۳-۹- نحوه تنظیم کنترلرهای فازی ۴۶
۳-۱۰- معادلات ماشین در دستگاه مرجع سه فازه abc ۴۶
۳-۱۱- معادلات ماشین در دستگاه مرجع چرخان ۴۷
۳-۱۲- پارامترهای مهم در طراحی ماشین‌های سنکرون شار محوری مغناطیس دایم ۵۰
۳-۱۲-۱- ضریب پیچش ۵۰
۳-۱۲-۲- راکتانس سنکرون ۵۱
۳-۱۲-۳- پیچش موج سینوسی ۵۱
۳-۱۲-۴- راکتانس عکس‌العمل آرمیچر ۵۱
۳-۱۲-۵- راکتانس شیار موتور ۵۲
۳-۱۳- سیستم HEV ۵۴
۳-۱۴- روش جدید وسیله الکترومغناطیسی ۵۵
۳-۱۵- اساس فیلد ویکینینگ (F-WP) و به کارگیری منطق فازی ۵۷
۳-۱۶- تاثیر بر روی عملکرد الکترومغناطیسی ۵۸
۳-۱۷- بررسی قابلیت فیلد ویکینینگ FW ۶۰
۳-۱۸- نتیجه‌گیری ۶۰

فصل چهارم : بررسی اثر پارامترها و شبیه‌سازی 
۴-۱- مقدمه ۶۲
۴-۱- نتایج تاثیر بر روی عملکرد الکترومغناطیسی ۶۵
۴-۳- نتایج حاصل از بررسی قابلیت فیلد ویکینینگ ۷۱

فصل پنجم : جمع‌بندی، نتیجه‌گیری و پیشنهادها برای کارهای آینده 
۵-۱- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری ۷۴
۵-۱- پیشنهادها برای کارهای آینده ۷۵

منابع ۷۶

 

 

مدل‌سازی و کاهش نوسان گشتاور در موتورهای مغناطیس دائم

چکیده

امروزه در صنعت، ماشین های متفاوت و با سرعت های مختلف، مورد استفاده قرار می گیرند، که موارد قابل ذکر عبارتند از: ماشین برش فلزات، جرثقیل الکتریکی، ماشین های مربوط به حمل و نقل الکتریکی و انواع مختلف وسایل چاپ، معدن ذغال سنگ و صنایع دیگر. موتورهای سنکرون مغناطیس دائم PMSM نیز از این موضوع مستثنا نیستند. هم چنین موتورهای سنکرون مغناطیس دائم PMSM در سرعت های مختلف، کاربرد وسیعی در صنعت از جمله در آسانسورها، بالابرهای کوچک، پمپ ها، کمپرسورها، ربات ها، تجهیزات پزشکی و کنترل سرعت و موقعیت حرکت رادارها دارند. موتور سنکرون مغناطیس دائم PMSM به خاطر مزایایی مانند کوچک بودن، وزن کم، گشتاور بالا، و راندمان زیاد مورد توجه خاصی در مراکز پژوهشی و تحقیقاتی قرار گرفته است. جا دارد که ما نیز به نوبه ی خود به این مقوله بپردازیم. بخاطر این که این نوع موتورها نسبت به موتورهای القائی مشابه خود با حداقل تأثیر پذیری از هارمونیک های مزاحم، افت ولتاژ و پدیده ی کلید زنی در شبکه های قدرت که خواسته یا ناخواسته رخ می دهد، بر خوردار می باشد، و این ویژگی ها می تواند در هنگام کار با موتورهای سنکرون مغناطیس دائم PMSM یک مزیت نسبی محسوب شود. در این پایان نامه سعی بر آن است که روابط مربوط به مدل سازی، مدل هفت موتور سنکرون مغناطیس دائم PMSM را بدست آورده، و سپس روابط مربوطه را پریونیت نموده، و با استفاده از نرم افزار MATLAB نوسانات گشتاور ایجاد شده در این نوع موتورها را بررسی نموده و با استفاده از روش های موجود، نوسانات گشتاور این موتور را کم نموده و با موتور القائی مقایسه کنیم.

فصل اوّل 
اصول کار موتورهای الکتریکی 
11مقدمه2 
12تاریخچه مغناطیس 3 
13 طرح مسئله 3 
14 دسته بندی انواع ماشین های مغناطیس دائم 4 
15موتورهای مغناطیس دائمAC5 
فصل دوّم 
تحلیل دینامیکی وکاهش نوسان گشتاور در موتورهای سنکرون مغناطیس دائم 
21مقدمه8 
22 ماشین های سنکرون قطب برجسته9 
23 پایداری استاتیک(ماندگار) 9 
24پایداری دینامیکی 10 
25بررسی پایداری دینامیکی سیستم با وجود تغییرات کوچک 11 
26بررسی پایداری دینامیکی سیستم با وجود تغییرات بزرگ13 
27 مدل سازی دینامیکی موتور PMSM 14 
271 مدل سازی16 
27 2 شبیه سازی 16 
273 تجزیه وتحلیل سیستم 16 
274 طراحی کنترل کننده16 
28مدل سازی ریاضی موتور PMSM 17 
29مدار معادل موتور PMSM قطب برجسته21 
210مدل هفت موتور PMSM25 
211 مدل سازی و پریونیت کردن مقادیر ولتاژها،¬جریان ها و شار دورهای استاتور33 
212 پریونیت کردن مقادیر ولتاژها، جریان ها و شار دور روتور34 
213پریونیت کردن امپدانس ها 36 
214 مدل سازی وپریونیت کردن بخش مکانیکی موتور یا دینامیک روتور 38 
215 پریونیت کردن رابطه گشتاور در موتور PMSM 40 
216پارامترهای عملیاتی41 
217 راکتانس نشتی محور طولی و عرضی42 
218 راکتانس زیر گذرا محور طولی و محور عرضی و ثابت زمانی آنها 43 
219 راکتانس گذرا ی محورطولی و محور عرضی و ثابت زمانی آنها 49 
220 راکتانس سنکرون محور مستقیم(راکتانس حالت مانا)52 
221 عملکرد حالت مانای موتور PMSM 57 
222 عملکرد حالت گذرای موتور PMSM 57 
223 عملکرد حالت زیرگذرای موتور PMSM59 
224 معادلات موتور PMSM59 
225 مدل 10موتور PMSM60 
226 مدل 8 موتور PMSM61 
227 مدل 6 موتور PMSM61 
228 مدل 4 موتور PMSM61 
229 مدل کلاسیک 62 
فصل سوم 
مدل سازی و شبیه سازی موتور سنکرون مغناطیس دائم با روش کنترل اسکالر و کنترل برداری با استفاده از فیلتر 
31مقدمه68 
32 مدل سازی سیستم بر اساس اصول فیزیکی و استخراج معادلات سیستم و طراحی حالت ماندگار موتور BLDC 68 
321 طراحی کنترلرPID71 
322 طراحی فضای حالت75 
323طراحی کنترل کننده حالت با استفاده از روش قطب گذاری79 
33 شبیه سازی موتور سنکرون مغناطیس دائم با نرم افزار PSIM 82 
34 شبیه سازی موتورها به روش کنترل برداری85 
35 شبیه سازی موتور سنکرون مغناطیس دائم به روش کنترل برداری 86 
فصل چهارم 
نتیجه و پیشنهاد 
41نتیجه¬ وپیشنهاد98 
فصل پنجم 
منابع و پیوست 
منابع  


 

طراحی محرکه و کنترل بهینه جریان و گشتاور موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM)

چکیده

در میان محرکه ماشین‌های الکتریکی، موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) اهمیت بیش‌تری در سال‌های اخیر پیدا کرده‌اند. اختراع مواد مغناطیسی با کارایی بالا، موجب پیشی گرفتن قابلیت‌‌های عملکردی این موتور نسبت به موتورهای مرسوم دیگر شده است. با مجهز شدن به یک استراتژی کنترلی مناسب، محرک? PMSMها در بسیاری از کاربردهای ماشین های سرعت متغیر صنعتی، تجاری و خانگی برتری داشته‌اند. به‌طور کلی، این محرکه در کاربردهای صنعتی بسیار مناسب می باشد که دلیل این امر امتیازات زیاد این موتور از جمله: چگالی توان بالا، وزن کم و حجم کوچک، بازده بالا، ظرفیت تولید گشتاور بالا، میزان شتاب بالا و غیره می باشد. عمده‌ترین مشکل موتورهای مغناطیس دائم هزینه بالای مغناطیس‌های دائم استفاده شده در این موتورها است.با توجه به امتیازات ذکر شده برای محرکه‌های PMSM و کاربرد بیش‌تر این‌ نوع موتورها، باید مدار کنترلی این محرکه‌ها نیز به‌صورت بهینه و مقرون به‌صرفه طراحی شود. دست یابی به یک ساختار مناسب و بهینه و یک روش کنترلی بهینه در این موتورها از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین، پارامترهای کنترلی اصلی در این محرکه‌ها از قبیل: سرعت، جریان و گشتاور باید به‌خوبی و مقاوم کنترل شوند.در این پایان‌نامه سه روش کنترلی پپیشنهاد شده است. اولین روش کنترلی بر مبنای کنترل برداری غیر مستقیم DC پیشرفته بر اساس جدول look upو با در نظر گرفتن محدودیت لازم برای جلوگیری از اشباع کنترل کننده جریان است. دومین روش کنترلی، کنترل برداری بدون‌سنسور بر مبنای تخمین‌گر سیستم تطبیقی مدل رفرنس (MRAS) با استفاده از مدولاسیون بردار فضایی به منظور پیشنهاد یک روش بهینه اقتصادی است و سومین روش پیشنهادی، روش کنترل جریان بر مبنای شکل دهنده انرژی بر پایه کنترل برداری موتورهای PMSM و به منظور عملکرد موتور در رنج وسیع سرعت متغیر و کنترل موتور در ناحیه گشتاور ثابت و توان ثابت می باشد که با روش کنترل جریان مرسوم به منظور ایجاد یک روش بهینه مقایسه شده است.

فهرست مطالب 
فصل اول: بررسی منابع 
1.1. مقدمه 2 
1.2. موتور سنکرون مغناطیس دائم 3 
1.3. انواع موتورهای سنکرون مغناطیس دائم از نظر مشخصه‌های کاری 3 
1.4. مواد PM استفاده شده در ماشین‌های سنکرون 6 
1.4.1 .آهنربای فریت 6 
1.4.2. آهنربای آلنیکو 7
1.4.3. آهنربای ساماریم ـ کبالت 7 
1.5. انواع موتورهای PMSM از لحاط ساختار 8 
1.6. طراحی مناسب محرکه موتورهای PMSM 11 
1.7. کنترل جریان و گشتاور موتور PMSM 12 
1.8. تکنیک کنترل مرسوم جریان موتور PMSM 13 
1.8.1. کنترل جریان هیسترزیس 13 
1.8.2. کنترل جریان PWM 14 
1.8.3.کنترل ولتاژ لینک DC 16 
9.1. کنترل مستقیم گشتاور 17 
10.1. حذف سنسورهای موقعیت در محرکه موتور 18 
11.1. روش های مختلف برای کنترل جریان و گشتاور 20 
1.11.1. طراحی فرامدولاسیون برای محرکه موتور PMSM تغذیه‌شده از اینورتر با روش کلیدزنی PWM با استفاده از تک سنسور جریان 20 
1.11.1.1 .اساس جریان فاز احیاء شده 21 
1.11.1.2.جریان فاز احیاء شده با رفرنس خروجی بردار ولتاژ تنطیم شده 23 
1.11.1.3. دیاگرام سیستم کنترلی 25 
1.11.2. کاهش ریپل گشتاور طرح کنترل پیشگویانه گشتاور برای موتور PMSM 27 
1.11.3. کنترل جریان با یک مدل تطبیقی داخلی برای کاهش ریپل گشتاور و تنظیم مقاوم جریان در سیستم محرکه موتور PMSM 29 
1.11.4 .کنترل مستقیم گشتاور و کنترل جریان موتور PMSM در ناحیه کنترل تضعیف میدان 33 
1.11.5. کاهش ریپل گشتاور در موتور PMSM با استفاده از الگوریتم کنترل تکراری جریان 36 
1.12 .نتیجه‌گیری 38 

فصل دوم: مواد و روش ها 
2.1. مقدمه 41 . 1 کنترل برداری بر اساس شار روتور 64 
2.2. مدل ریاضی موتور سنکرون مغناطیس دائم 41 
2.3. کنترل برداری 46 
2.3.1 .کنترل برداری بر اساس شار روتور 47 
2.3.2 کنترل برداری بر اساس شار استاتور 48 
2.3.3 مزایا و معایب روش کنترل برداری 49 

2.4 روش کنترل برداری AC 49 
2.5 روش کنترل برداری DC 50 
2.6. روش پیشنهادی اول 52 
2.6.1. دکاپلینگ 53 
2.6.2. محدودیت لازم برای جلوگیری از اشباع کنترل‌کننده جریان 54 
2.6.3. تولید گشتاور مرجع 56 
2.6.4. به دست آوردن توابع FG1 و FG2 57
2.6.5. مزیت های روش کنترلی 58 
2.7. ساختار پیشنهادی دوم 58 
2.7.1. تعریف کلی مدل رفرنس مرجع وفقی 60 
2.7.2. مدل ریاضی موتور 60 
2.7.3 Back-Emf 60 
2.7.4. کنترل بدون‌سنسور بر مبنای MRAS 62 
2.7.5. ساختار مشاهده‌گر 63 
2.7.6. ساختار MRAS 64 
2.7.7. مدلاسیون بردار فضایی 65 
2.7.8. برخی از ویژگی های روش SVM 66 
2.7.9. ویژگی‌های روش کنترلی 68 
2.8. ساختار پیشنهادی سوم 68 
2.8.1. مدل ریاضی موتورهای PMSM با استفاده از چهارچوب مرجع سنکرون چرخشی جریان و گشتاور 70 
2.8.1.1 .مبدل فرامین جریان 70 
2.8.1.1.1 .محدودیت ولتاژ و جریان 70 
2.8.2. سیگنال مرجع جریان 71 
2.8.3. ناحیه گشتاور ثابت 72 
2.8.4. ناحیه توان ثابت 72 
2.8.5. تعریف ناحیه گشتاور ثابت و توان ثابت 72 
2.8.6. کنترلر جریان 73 
2.8.6.1 کنترل جریان باکنترلرهای مرسوم PI 73 
2.8.7. کنترل جریان با روش کنترل غیرخطی شکل دهنده انرژی 75 
2.8.7.1. ویژگیهای روش کنترلی 76 
2.8.7.2. مدل کنترل پورت همیلتون PMSM 76 
2 .8.7.3. طراحی کنترلر جریان با استراتژی شکل دهنده انرژی 77 
2.8.7.4. ویژگی‌های PBC 78 
2.8.7.5. هدف PBC 79 
2.8.7.6. تفاوتهای میان PBC و IDA- PBC 79 
2.8.7.7. دو مزیت اساس پذیرش دیدگاه شکل دهنده انرژی 79 
2.9. نتیجه گیری 80 

فصل سوم: نتایج شبیه سازی و بحث 
1.3. مقدمه 82 
2.3. نتایج شبیه‌سازی ساختار پیشنهادی اول 82 
3.3. نتایج شبیه‌سازی ساختار پیشنهادی دوم 93 
4.3. مقایسه روش کنترل برداری سنسوردار و روش کنترل برداری بدون‌سنسور 98 
5.3. نتایج شبیه سازی شاختار پیشنهادی سوم 101 
6.3. نتیجه‌گیری 117 

منابع 

 

ارتقاء و بهینه‌سازی عملکرد کنترلر انتگرالی- تناسبی و ساده‌سازی آن در کنترل سرعت درایو PMSM

چکیده

در کنترل دور موتور PMSM با استفاده از کنترل کننده‌ی PI با مشکلاتی روبه‌رو هستیم، از جمله اینکه: اولاً این کنترلر در سرعت‌های پائین قادر به کنترل دور موتور نمی‌باشد. ثانیاً اینکه پاسخ کنترل کننده‌ی PI دارای زمان گذرای زیادی بوده و خیلی دیر به حالت ماندگار خود می‌رسد، به عبارتی دیگر سیستم با نوسانات و ریپل زیادی همراه می‌باشد(زمان نشست (settling time) بزرگ). اما مشکل سوم در این کنترل کننده وجود OVERSHOOT و UNDERSHOOT قابل ملاحظه در پاسخ است. در راستای رفع همه‌ی این مشکلات در این پایان‌نامه سعی بر این است که با دخالت کردن در کنترلر انتگرالی – تناسبی (PI) بتوانیم مشکلات فوق را به حداقل مقدار خود برسانیم. البته شایان ذکر است که تقریباً قسمت اعظم مشکلات فوق ناشی از وجود انتگرال‌گیر در کنتر‌کننده‌ی PI می باشد که همواره در طی کارکرد موتور، در عملکرد آن دخالت می‌کند. لذا باعث پدیدار شدن برخی اثرات نامطلوب می‌شود که این اثرات نامطلوب، خود بانی مشکلات ذکر شده در بالا می‌باشد. هسته‌ی کار انجام شده در این پایان‌نامه این است که این اثرات نامطلوب را شناسایی کنیم تا به تبع بتوانیم مشکلات کنترلر PI را تا حد امکان رفع کنیم. لازمه‌ی این کار برخورداری و بهره‌مندی از طرحی است، به گونه‌ای که مانع از وجود دائمی انتگرال‌گیر در کنترل‌کننده باشیم. به عبارتی واضح‌تر اینکه باید شرایطی را که تحت آن شرایط انتگرال‌گیر خواسته‌ی مطلوب ما را ندارد شناسایی کنیم و در این حالت انتگرال‌گیر را از مدار خارج کنیم (حالت بحران). تا با گذشت زمانی مناسب وقتی که این حالت بحران رفع شد، آنگاه باز دوباره انتگرال‌گیر به مدار کنترلر بازگردانده می‌شود و این عمل در طی کارکرد موتور به صورت متناوب تکرار می‌شود. به طورخلاصه مطلوب ما این است که کنترلر PI را به گونه‌ای تغییر دهیم که انتگرال‌گیر همواره در آن وجود نداشته باشد. به گونه ای که در طول کار موتور PMSM ، کنترلر مرتباً و به صورت پیوسته از مد PI به مد P و بالعکس تغییر مد دهد (بهبود کنترلر PI).] یا اینکه در سطح پیشرفته‌تر و در راه حل دیگری می‌توانیم کنترلر را به صورت پیوسته و با تبعیت از برخی شرایط کاری موتور از مد PI به مد PD و سپس به مد P ( در نهایت با طی کردن بالعکس این مسیر ) پاسخ کنترلی موتور را بهبود دهیم[. با یکی از این دو روش در این پایان نامه می‌خواهیم هر سه مشکل کنترل کننده‌ی PI را که در ابتدا به آنها اشاره شد تا حد کافی بهبود دهیم ]فرا‌جهش و فروجهش کمتری نسبت به کنترلر PI داشته باشیم. همچنین زمان نشست را به حداقل مقدار ممکن برسانیم (سیستم بهینه)[. شبیه سازی‌های لازم ابتدا در محیط SIMULINK/MATLAB انجام خواهد شد و سپس از منطق فازی بهره‌مند شده و با استفاده از کنترل کننده‌ی هوشمند فازی طرح مورد نظر را شبیه سازی خواهیم کرد. در انتهای کارمان این کنترل کننده ها را به یک نمونه موتور PMSM اعمال کرده و نتایج شبیه سازی شده و مخصوصاً سادگی طرح مورد نظرمان را با کارهای مشابه انجام شده در سال‌های اخیر و مقاله‌های معتبر موجود در آن مقایسه خواهیم کرد. همچنین نتایج کار خود را با نتایج شبیه سازی همان موتور PMSM که توسط یک کنترلر PI تحت کنترل قرار می‌گیرد، نیز مقایسه می‌کنیم تا بر موفقیت آمیز بودن کار پایان نامه بیش‌تر مطمئن شویم.

فهرست مطالب آ 
فهرست شکل‌ها ث 
مقدمه 1 
فهرست مطالب 
فصل اول: بررسی منابع 
1-1 مقدمه 4 
1-2 کاستی‌ها و امتیازهای موتورهای سنکرون 5 
1-3 مزایا و معایب موتورهای PMSM و مقایسه‌ی با موتورهای دیگر 6 
1-3-1 مزاياي ماشين سنكرون مغناطيس دائم 7 
1-3-2 معايب ماشين سنكرون مغناطيس دائم 8 
1-4 مواد مغناطيس دائم 8 
1-4-1 حلقه‌ی B-H مواد آهن‌ربای دائم 9 
1-5 روتور با مغناطيس سطحي (SPMSM) و داخلي (IPMSM) ..9 
1-6 انواع موتورهای با آهن‌ربای دائم 12 
1-7 چگالی شار مغناطیسی فاصله‌ی هوایی ناشی از آهن‌ربا 14 
1-8 توان و گشتاور الکترو‌مغناطیسی 15 
1-9 نگاهی گذرا به هدف پایان‌نامه 16 
1-10 منشاء مشکلات کنترلر PI 17 
1-11 بررسی منابع 17 
1-11-1 آنتی‌وینداپ و بررسی منابع 17 
1-11-2 کنترل فازی و بررسی منابع 23 
1-12 جمع‌بندی و خلاصه‌ی مطالب 24 

فصل دوم: مبانی و روش‌ها 
2-1 کنترل دور موتور‌ سنکرون با آهن‌ربای دائم 26 
2-1-1 مقدمه 26 
2-1-2 کنترل اسکالر 27 
2-1-2-1 کنترل V/f ثابت 27 
2-2 روش پیشنهادی کنترل موتور PMSM در این پایان‌نامه 28 
2-3 کنترل‌کننده‌ی انتگرالی- تناسبی- مشتق‌گیر 29 
2-4 کنترل‌کننده‌ی PI و ملاحظه‌ی پدید‌ه‌ی WINDUP در این کنترلر 31 
2-5 مشخصه‌های مهم پاسخ گذرا 35 
2-5-1 زمان تاخیر (Td) 36 
2-5-2 زمان صعود (Tr) 36 
2-5-3 زمان اوج (TMAX) 36 
2-5-4 زمان نشست (TS) 36 
2-5-5 مقدار بیشینه جهش (فراجهش حداکثر) 37 
2-6 خواص PI یا کنترلر تناسبی – انتگرالی 37 
2-7 خواص PD یا کنترلر تناسبی – مشتق‌گیر 38 
2-8 کنترل‌کننده‌ی تناسبی 40 
2-9 کنترل‌کننده‌ی انتگرال‌گیر 41 
2-10 کنترل‌کننده‌ی مشتق‌گیر 42 
2-11 محدودیت در ضرایب KP و KI و KD 43 
2-12 پایان پذیری انتگرال‌گیر (IW) 43 
2-13 انواع روش‌های (IAW) 44 
2-13-1 محدود کردن ورودی مرجع (روش اول آنتی‌وینداپ) 45 
2-13-2 قطع انتگرال‌گیری (روش دوم آنتی‌وینداپ) 45 
2-13-3 محدود کردن انتگرال‌گیر (روش سوم ANTIWINDUP) 46 
2-14 طرح روش پیشنهادی 48 
2-14-1 آنتی‌وینداپ در دو مد عملکرد PI-PD (طرح پیشنهادی اول) 49 
2-14-2 آنتی‌وینداپ در دو مد عملکرد PID-PD (طرح پیشنهادی دوم) 51 
2-14-3 آنتی‌وینداپ در دو مد عملکرد PI-P 52 
2-15 مدولاسیون پهنای پالس (PWM) 53 
2-15-1 مدولاسیون پهنای پالس سینوسی (SPWM) 54 
2-15-2 مدولاسیون پهنای پالس کنترل جریان باند هیسترزیس (HBCC) 55 
2-16 بلوک دیاگرام کنترل سرعت موتور PMSM و ویژگی‌های نتایج شبیه‌سازی 56 
2-17 کنترل برداری 58 
2-17-1 کنترل برداری موتور PMSM 58 
2-18 کنترل حرکت با سیستم‌های فازی 60 
2-19 طرح پیشنهادی با استفاده از سیستم فازی 61 
2-19-1 قوانین نوشته شده در بخش RULE EDITOR 61 
2-19-2 طرح دیاگرام کنترلی با استفاده از سیستم فازی 64 
2-19-3 طرح پیشنهادی سوم 64 
2-19-4 طرح پیشنهادی چهارم 65 
2-19-5 طرح پیشنهادی پنجم (آنتی‌وینداپ هوشمند فازی) 66 

فصل سوم: نتایج و بحث 
3-1 نتایج شبیه‌سازی کنترلر پیشنهادی 70 
3-2 نتیجه‌گیری و پیشنهادات 92 
3-2-1 نتایج پایان‌نامه 92 
3-2-2 پیشنهادات 94 
فصل چهارم: مراجع 
مراجع 96

 

 

صرفه جویی و بازیاب انرژی در آسانسور مجهز به موتور سنکرون آهنربای دائم

چکیده

توان الکتریکی، گسترش چشمگیری در کاربردهای تجاری و خانگی پیدا نموده است امروزه استفاده از آسانسورهای کششی مجهّز به موتور الکتریکی یک امر معمول و یا حتّی واجب می باشد صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی آسانسورها یکی از ملاحظات در طراحی این تجهیزات است آسانسور مورد بررسی در این پایان نامه، آسانسور کششی مجهّز به موتور سنکرون آهنربا دائم می باشد که به صورت بدون جعبه دنده کار می کند ماشین مورد استفاده در این آسانسور بازدهی بسیار بالایی دارد و هم به حالت موتوری و هم به حالت ژنراتوری کار می کند برق تولیدی در حالت ژنراتوری در حالت معمول اجباراً در مقاومت تلف می گردد ولی می توان با استفاده از روش کنترلی مناسب به جای اتلاف توان، آن را مورد استفاده مجدد قرار داد در روش های پیشین انرژی بازیابی شده در خازن یا باتری ذخیره و مورد استفاده قرار می گرفت که هزینه و فضای زیاد مورد نیاز بود ولی اکنون انرژی بازیابی شده به خود شبکه باز گردانده می شود که صرفه جویی کلان در هزینه و فضای مورد نیاز را به همراه دارد ماشین PMSM مورد نظر با استفاده از روش کنترل برداری با جهت دهی شار رتور کنترل می گردد به خاطر اینکه انرژی تولیدی، متغیّر با زمان می باشد، ولتاژ تولیدی متغیّر است لذا به کمک مبدل بوست ولتاژ ثابت نگه شده و چون امکان اتصال هر ولتاژی با شبکه نمی باشد، انرژی ذخیره شده در باس DC اینورتر به ولتاژ AC تبدیل شده و به وسیله یک فیلتر LCL مورد استفاده قرار می گیرد ولتاژی خروجی اینورتر هم فاز و سنکرون با ولتاژ شبکه میگردد این کار باعث افزایش بازدهی آسانسور الکتریکی می گردد شبیه سازی و نتایج آن، کارایی روش پیشنهادی را تأیید می کند

فهرست مطالبأ
فهرست جدول هاث
فهرست شکل هاج
فهرست نمادهاد
فصل اول: مقدمه1
1-1- کلیات2
2-1- مروری بر کارهای قبلی5
3-1- اهداف پایان نامه10
4-1- راهنمای پایان نامه10
فصل دوم: معرفی سیستم آسانسور11
1-2- مقدمه12
2-2- تاریخچه آسانسور12
3-2- تعریف آسانسور13
4-2- قطعات اصلی آسانسور الکتریکی13
5-2- قسمت های اصلی محیط آسانسور15
6-2- انواع آسانسور15
1-6-2- آسانسور هیدرولیکی16
1-1-6-2- مزایای آسانسور هیدرولیکی17
2-1-6-2- معایب آسانسور هیدرولیکی18
2-6-2- آسانسور کابلی یا کششی18
1-2-6-2- موتورهای با جعبه دنده22
1-1-2-6-2- آسانسور کابلی با موتور جعبه دنده دار تک سرعته24
2-1-2-6-2- آسانسور کابلی با موتور جعبه دنده دار دوسرعته24
3-1-2-6-2- آسانسور کابلی با موتور جعبه دنده دار ولتاژ متغیّر25
2-2-6-2- موتورهای بدون جعبه دنده25
1-2-2-6-2- آسانسور کابلی با موتور بدون جعبه دنده و سنکرون28
2-2-2-6-2- آسانسور کابلی با موتور بدون جعبه دنده و فاقد موتورخانه28
3-2-2-6-2- آسانسور کابلی با موتور بدون جعبه دنده و با ظرفیت بالا29
3-6-2- آسانسور مغناطیسی30
4-6-2- آسانسور چرخ دنده ای31
5-6-2- آسانسور خلأ یا بادی32
7-2- درب های اتوماتیک آسانسور34
8-2- ایمنی آسانسور35
فصل سوم: معرفی و کنترل موتور سنکرون آهنربا دائم36
1-3- مقدمه37
2-3- ساختمان موتور سنکرون آهنربا دائم38
3-3- مدل ریاضی ماشین سنکرون آهنربا دائم45
4-3- کنترل موتور سنکرون آهنربا دائم با اینورتر VVVF ا52
1-4-3- اصول کنترل ماشین های AC با اینورتر53
2-4-3- انواع اینورتر55
3-4-3- معایب اینورتر59
4-4-3- کدکننده نوری و سیستم های فیدبک در راه اندازی و کنترل موتور60
5-4-3- کاربرد کدکننده نوری در کنترل سرعت موتور61
6-4-3- کنترل برداری62
1-6-4-3- کنترل برداری موتور سنکرون آهنربا دائم با آهنربای سطحی62
2-6-4-3- کنترل برداری موتور سنکرون آهنربا دائم با آهنربای داخلی68
7-4-3- کنترل مستقیم شار و گشتاور70
فصل چهارم: بازیابی انرژی در آسانسور کششی مجهز به موتور PMSM با استفاده از اینورتر فرکانسی75
1-4- مقدمه76 
2-4- گشتاور بار79
3-4- کنترل برداری موتور PMSM بدون بازیابی انرژی81
4-4- کنترل برداری موتور PMSM با واحد بازیاب انرژی89
5-4- محاسبه انرژی بازیابی در آسانسور مجهز به موتور PMSM و واحد بازیاب انرژی99
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات101
1-5- نتیجه گیری102
2-5- پیشنهادات103
مراجع و مآخذ104

 

 

طراحی و آنالیز عملکرد یک موتور سنکرون مغناطیس دائم با راه‌انداز خط

چکیده

موتورهای القایی که امروزه استفاده زیادی در صنعت دارند، بازده و ضریب توان بهره‌برداری کمی دارندحدود چهل درصد انرژی الکتریکی تولیدی در دنیا توسط موتورهای الکتریکی مصرف می‌شود از طرفی به دلیل بهبود قابل توجه خواص مغناطیسی و گرمایی مواد آهنربای دائم، و کاهش قیمت قابل ملاحظه آنها، موتورهای سنکرون با مغناطیس دائم (PMSM) به عنوان جایگزین مطرح شده‌اند، که در مقایسه با موتورهای القایی، بازده و ضریب توان بالاتری دارنداین موتورها برای راه اندازی احتیاج به درایو دارند، که در بسیاری از کاربردهای سرعت ثابت اقتصادی نیستند برای رفع این مشکل، موتورهای PM که مجهز به قفس هستند، یا به اصطلاح موتورهای سنکرون با آهنربای دائم خط راه‌انداز به عنوان یک جایگزین مناسب معرفی می‌شوند در این موتورها به دلیل اینکه روتور در حالت ماندگار در سرعت سنکرون می چرخد تلفات مسی روتور وجود ندارد و همچنین به خاطر تحریک ناشی از آهنربا، جریان استاتور کاهش می‌یابد که باعث می‌شود تلفات مسی استاتور نیز کاهش یابد، و در حالت کلی این امر منجر به افزایش بازده ماشین می‌شود در این پایان نامه حجم بهینه آهنربا به منظور بالاترین ضریب توان را بدست می‌آوریم و سپس با استفاده از روش اجزاء محدود عملکرد موتور را در دو حالت راه‌اندازی و ماندگار مورد بررسی قرار می‌دهیم

مقدمه17 
2-1 جایگزین مناسب برای موتورهای القایی17 
3-1 سطوح بازده انرژی برای موتورهای القایی18 
4-1 مقایسه موتورهای القایی با PMSM ها19 
5-1 آشنایی با موتورهای LSPMSM20 
6-1 نحوه عملکرد20 
7-1 مقایسه پارامترهای خروجی دو موتور IM و LSPMSM21 
1-7-1 تلفات21 
1-7-2 ضریب توان و بازده22 
1-7-3 چگالی توان22 
1-7-4 دمای روتور24 
1-7-5 هزینه24 
8-1 آرایش های مختلف قرار گیری آهنربا داخل روتور LSPMSM ها26 
1-8-1 مروری بر طراحی های قدیمی26 
1-8-2 طراحی های جدید28 
فصل دوم: فرآیند طراحی و تحلیل عملکرد موتور LSPMSM 
1-2 مقدمه33 
2-2 فاکتورهای موثر در چگالی شار فاصله هوایی LSPMSM ها33 
3-2 اثر ابعاد آهنربا و شکل روتور بر روی چگالی شار34 
2-3-1 ساختارهای مرسوم روتور PMSM ها34 
2-3-2 ضریب قوس قطب35 
2-3-3 ضریب ضخامت آهنربا37 
2-3-4 ضریب عمق آهنربا37 
4-2 فرآیند طراحی یک LSPMSM39 
2-4-1 طراحی روتور40 
5-2 آهنرباهای دائم (PM)42 
2-5-1 انواع PM42 
2-5-2 خواص مغناطیسی آهنرباها42 
2-5-3 خواص حرارتی45 
2-5-4 مغناطیس زدایی آهنرباها46 
6-2 بررسی عملکرد LSPMSM تحت شرایط مختلف47 
2-6-1 عملکرد راه اندازی LSPMSM47 
2-6-2 فرآیند سنکرون شدن LSPMSM52 
2-6-3 عملکرد LSPMSM در شرایط خطا56 
2-6-4 هارمونیک ها58 
7-2 ریپل گشتاور61 
8-2 معایب LSPMSM61 
فصل سوم: محاسبات طراحی و بدست آوردن روابط و مدل مربوط به موتور LSPMSM 
1-3 مقدمه64 
2-3 محاسبات طراحی64 
3-2-1 معادلات خروجی65 
3-2-2 چگالی شار فاصله هوایی67 
3-2-3 بارگذاری الکتریکی ویژه68 
3-2-4 ابعاد اصلی68 
3-2-5 طول فاصله هوایی69 
3-3 طراحی استاتور70 
3-3-1 شیارهای استاتور70 
3-3-2 هسته و دندانه های استاتور73 
4-3 طراحی روتور قفس سنجابی74 
5-3 طراحی آهنربا76 
3-5-1 ابعاد آهنربا76 
6-3 مدل مدار معادل مغناطیسی80 
7-3 موتور سه فاز83 
3-۷-1 ساختار و روابط حاکم بر موتور سه فاز (مدار معادل دینامیکی موتور)83 
3-۷-2 موتور القایی85 
3-۷-3 موتور PMSM86 
8-3 مدل سازی موتور LSPMSM88 
3-8-1 بدست آوردن معادلات ولتاژ موتور LSPMSM89 
3-8-2 مدار معادل دینامیکی موتور LSPMSM91 
3-8-3 روابط گشتاور موتور LSPMSM94 
فصل چهارم: نتایج شبیه سازی موتور با استفاده از نرم افزار MAXWELL 
4-1 مقدمه99 
4-2 به دست آوردن پارامترهای موتور القایی با انجام تست های استاندارد در Maxwell 99 
4-2-1 تست روتور قفل شده101 
4-2-2 تست بی باری102 
4-3 شبیه سازی موتور القایی نمونه در Maxwell 102 
4-4 روش بدست آوردن حجم بهینه آهنربا جهت رسیدن به بهترین ضریب توان108 
4-5 شبیه سازی موتور LSPMSM حاصل از روش پیشنهادی در Maxwell 112 
4-5-1 مقایسه پارامترهای خروجی موتور القایی با LSPMSM116 
4-5-2 بدست آوردن مقدار Back-emf ناشی از آهنربا117 
4-6 نمودارهای گشتاور قفسی و ترمزی موتور LSPMSM117 

 

بررسی و شبیه سازی نحوه استفاده از سیم پیچ های استاتور موتور PMSM در ساختار شارژر خودروهای هیبریدی با قابلیت اتصال به شبکه (PHEV)

چکیده

همراه با گسترش جوامع امروزی، ظهور خودروهای هیبریدی نقطه عطفی در کنترل و بهینه سازی مصرف انرژی به شمار می رود، بطوریکه این خودروها می توانند با به همراه داشتن یک منبع ذخیره ساز با قابلیت شارژ مجدد از هر خروجی الکتریکی، علاوه بر کاهش مصرف سوخت ، در زمینه های پشتیبانی و تزریق انرژی به شبکه سراسری موثر واقع شونداین پایان نامه تحقق چنین امری را با معرفی یک واسط دوطرفه بین شبکه و خوردو هیبریدی بررسی می نماید ساختار شارژر مجتمع بر اساس استفاده از سیم پیچ های استاتور ماشین سنکرون مغناطیس دائم به جای بهره گیری از سیم پیچ های اضافی در مدار، طراحی و ارائه شده است این شارژر قادر به عملکرد با ضریب توان واحد می باشد بطوریکه عملکرد دوطرفه برای کاربردهای انتقال توان از خودرو به شبکه میسر می باشد همچنین در این پروژه با بدست آوردن معادلات مدل و انجام شبیه سازی در محیط SIMULINK/MATLAB، مدلی از سیستم مورد نظر بدست آمده و با اعمال روش کنترلی جهت گیری ولتاژ خواهیم دید که سوئیچینگ یکسوکننده و ولتاژ لینک dc با راحتی قابل کنترل می باشد نتایج حاصله نیز به همراه تست پایداری به مجموعه اضافه شده است تا مورد مقایسه و بررسی قرار گیرد

فهرست جدول‌ها ‌و 
فهرست شکل‌‌ها ‌ز 
فصل 1- معرفی 13 
1-1- مقدمه 13 
1-2- پیشینه و کارهای انجام شده 15 
1-3- ساختار کلی پایان نامه 16 
1-4- هدف پایان نامه 17 
فصل 2- خودرو هیبریدی 19 
2-1- پیشگفتار 19 
2-2- تاریخچه 19 
2-3- اجزای سیستم هیبریدی بنزینی – الکتریکی 20 
2-4- مقایسه عملکردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هیبرید 23 
2-5- باتری خودرو هیبریدی 23 
2-6- خلاصه 24 
فصل 3- مروری بر شارژرهای مجتمع استفاده شده در خودروها 26 
3-1- مقدمه 26 
3-2- خودرو هیبریدی با قابلیت اتصال به شبکه 26 
3-3- شارژر باتری درکاربردهای خودرو 27 
3-4- نمونه هایی از مبدل های مجتمع 27 
3-4-1- توپولوژی دو اینورتر با دو موتور 29 
3-4-2- توپولوژی دو اینورتر برای درایو یک موتور 32 
3-4-3- توپولوژی یک اینورتر برای درایو یک موتور 33 
3-4-4- شارژر مجتمع با استفاده از موتور AC با سیم پیچی شکسته (Split) 35 
3-4-5- شارژر باتری مجتمع برای خودرو الکتریکی چهار موتوره 37 
3-4-6- شارژر مجتمع ایزوله با استفاده از موتور القایی سیم پیچی شده 38 
3-4-7- مقایسه شارژرهای مجتمع 38 
3-5- خلاصه 39 
فصل 4- بررسی قسمت های مختلف یک شارژر مجتمع 41 
4-1- مقدمه 41 
4-2- موتور سنکرون مغناطیس دائم 41 
4-2-1- مفدمه 41 
4-2-2- ماشین مغناطیس دائم (Permanent Magnet (PM) Machine) 42 
4-2-3- ماشین مغناطیسی سطح سینوسی (SPM) 43 
4-2-4- موتور سنکرون مغناطیس دائم (Permanent Magnet Synchronous Motor) 43 
4-2-4-1- مدار معادل موتور PMSM در قاب abc 44 
4-3- یکسوکننده سه فاز 46 
4-3-1- مقدمه 46 
4-3-2- عملکرد حالت دائمی 48 
4-3-3- مدل ریاضی 49 
4-3-3-1- تعریف ولتاژ و جریان ورودی 49 
4-3-3-2- مدل abc یکسوساز 50 
4-3-4- محدودیت ها 51 
4-3-4-1- حداقل ولتاژ لینک dc 51 
4-3-4-2- حداقل ولتاژ لینک DC و اندوکتانس 52 
4-4- مبدل DC-DC 53 
4-5- باتری 54 
4-5-1- مقدمه 54 
4-5-2- انواع باتری ها 55 
4-5-2-1- باتری سرب-اسید 55 
4-5-2-2- باتری هیدرید نیکل-فلز 55 
4-5-2-3- باتری لیتیوم-یون 56 
4-5-2-4- باتری نیکل-روی 56 
4-5-2-5- باتری نیکل-کادمیوم 57 
4-5-3- مدل باتری در حال شارژ 57 
4-5-4- تعریف روایط مدل باتری 59 
4-6- خلاصه 61 

فصل 5- مدلسازی و شبیه سازی شارژر مجتمع 63 
5-1- مقدمه 63 
5-2- شبیه سازی شارژر با ورودی تکفاز 63 
5-3- شبیه سازی شارژر با ورودی سه فاز 67 
5-4- شبیه سازی مبدل متصل به شبکه 69 
5-4-1- بلوک کنترلی 70 
5-4-2- بلوک PWM سینوسی 70 
5-4-3- مدل باتری 71 
5-4-4- مدل مبدل (همراه با مدل باتری و ماشین الکتریکی) و شبکه 71 
5-4-5- تحقق 71 
5-4-5-1- ولتاژ شبکه 72 
5-4-5-2- حداقل ولتاژ لینک dc 72 
5-4-5-3- مقدار اندوکتانس 72 
5-5- نتایج شبیه سازی 73 
5-5-1- بررسی نتایج شبیه سازی 75 
5-6- خلاصه 76 
فصل 6- جمع بندی و ارائه پیشنهادات 78 
6-1- جمع بندی 78 
6-2- پیشنهادات 78 
6-2-1- روش مدولاسیون 78 
6-2-2- آزمایش عملی 79 
6-2-3- پیاده سازی 79 
ضمیمه ‌أ – استراتژی های کنترلی 82 
الف-1- معرفی 82 
الف-1-1- کنترل هم راستای ولتاژ (VOC) 82 
الف-1-2- کنترل توان مستقیم (DPC) 82 
الف-1-3- کنترل بر پایه شار مجازی (VF-) 83 
الف-2- کنترل توان مستقیم و کنترل توان مستقیم بر پایه شار مجازی 83 
الف-3- کنترل هم راستای ولتاژ و شار مجازی 84 
الف-4- بحث و مقایسه 85 
الف-4-1- مقایسه VOC و VFOC 86 
الف-4-2- فرکانس سوئیچینگ 86 
الف-4-3- ضریب توان 86 
الف-5- انتخاب روش کنترلی مناسب 86 
ضمیمه ‌ب – طراحی و اعمال کنترل کننده هم راستای ولتاژ 87 
ب-1- معرفی و انتخاب مرجع 87 
ب-1-1- سیستم سه فاز 87 
ب-1-2- جهت جریان و توان 87 
ب-2- بلوک دیاگرام سیستم 87 
ب-3- کنترلر جریان 88 
ب-3-1- کنترل داخلی مدل (IMC) 89 
ب-3-2- کنترل PI سنکرون 89 
ب-3-3- طراحی کنترلر PI سنکرون 90 
ب-3-4- معادلات مختصات سنکرون ( ) 90 
ب-3-5- تابع انتقال کنترلر F(S) 91 
ب-3-6- طراحی کنترلر جریان 91 
ب-3-7- اشباع ولتاژ مرجع : 93 
ب-3-8- جلوگیری از اشباع انتگرال گیر 94 
ب-3-8-1- اصول کلی 94 
ب-4- شبیه سازی کنترلر جریان 95 
ب-4-1-بلوک دیاگرام 95 
ب-4-2- شبیه سازی 96 
ب-5- کنترلر ولتاژ لینک dc 97 
ب-5-1- مدل لینک dc 97 
ب-5-2- خطی سازی 97 
ب-5-3- طراحی کنترلر ولتاژ 97 
ب-5-3-1- تابع انتقال سیستم 97 
ب-5-3-2- تابع انتقال کنترلر 98 
ب-5-3-3- اشباع ولتاژ 98 
ب-5-3-4- تابع انتقال سیستم 99 
ب-5-3-5- تابع انتقال کنترل کننده 100 
ب-6- شبیه سازی کنترلر ولتاژ 100 
ب-6-1- بررسی نتایج 101 
ب-7- شبیه سازی کنترل کننده 103 
ضمیمه ‌ج – بررسی پایداری کنترل کننده 106 
ج-1- کنترلر جریان 106 
ج-2- کنترلر ولتاژ 107 
ج-2-1- کنترل تناسبی 107 
ج-2-2- کنترل تناسبی انتگراگیر 107 
ج-2-3- اضافه کردن میرایی فعال Ga 108 
ج-2-4- کنترلر کامل 108 
ج-3- دیاگرام بد و نایکوئیست 109 
ج-3-1- کنترلر تناسبی 110 
ج-3-2- کنترلر تناسبی و انتگزالگیر 111 
ج-3-3- کنترلر با میرایی Ga 112 
ج-4- بحث و بررسی 112 
فهرست مراجع 113 
واژه نامه فارسی به انگلیسی 115 
واژه نامه انگلیسی به فارسی 116 

 

طراحی و پیاده‌سازی کنترل‌کننده موتورهای سنکرون مغناطیس دائم در پروسه CMOS 0.18um

چکیده

موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) به دلیل خصوصیات ذاتی نظیر: چگالی توان بالا، لختی کم، نسبت بالای گشتاور تولیدی به اینرسی، شتاب گیری سریع، سادگی عملیات نگه‌داری، ضریب توان وبازده مناسب‌تر درسال‌های اخیر دربسیاری ازکاربردهای صنعتی باسرعت متغیردرگستره توان کم ومتوسط نسبت به موتورهای DCوموتورهای القایی ترجیح داده شده‌اند. لذادرتجهیزات به‌کار رفته درآزمایشگاه‌ها، سانتیریفیوژها وصنایع پتروشیمی از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم استفاده می‌شود. جهت کنترل این نوع موتورها روش‌های مختلفی بسته به کاربردشان مطرح شده است .در این پایان‌نامه هدف طراحی بلوک‌های موردنیاز برای کنترل موتورهای PMSM است. برای اجرای این پروژه از روش طراحی بالا به پایین استفاده شده است. مراحل اجرای پایان‌نامه شامل طراحی سیستمی، طراحی و پیاده‌سازی سخت‌افزاری و نهایتا تولید layout برای سیستم موردنظر می‌باشد. پروسه مورد نظر برای پیاده‌سازی، پروسهCMOS 0.18μm می‌باشد. نتایج ارایه شده شامل نتایج شبیه‌سازی بلوک‌های طراحی شده، نتایج سنتز این بلوک‌ها درپروسه موردنظر، پیاده‌سازی بر روی FPGA و ارایه مشخصات layout می‌باشد.

1 فصل اول 1 
1-1 مقدمه 1 
2 فصل دوم 4 
2-1 مقدمه 4 
2-2 موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) 4 
2-2-1 ساختمان موتور سنکرون مغناطیس دائم 7 
2-2-2 مدل PMSM 12 
2-3 روش‌های کنترلی PMSM 14 
2-3-1 کنترل در جهت میدان 15 
2-4 روش‌های مدولاسیون و کنترل اینورتر منبع ولتاژ 18 
2-4-1 مقدمه 18 
2-4-2 مدولاسیون پهنای پالس سینوسی 19 
2-4-2-1 مدولاسیون 22 
2-4-3 مدولاسیون پهنای پالس فضای برداری 25 
2-4-4 کنترل مدولاسیون پهنای پالس هیسترزیس 29 
2-5 سنسورهای تشخیص موقعیت روتور 34 
2-5-1 انکودرها 35 
2-5-2 سنسور ریزالور 38 
2-6 جمع‌بندی 39 
3 فصل سوم 41 
3-1 مقدمه 41 
3-2 تبدیل DQ-ABC 43 
3-3 تولید تابع سینوس به کمک الگوریتم CORDIC 45 
3-4 تعیین موقعیت روتور به کمک انکودرهای افزایشی 51 
3-4-1 تعیین جهت چرخش انکودرهای افزایشی 52 
3-4-2 تعیین موقعیت انکودر 53 
3-5 تعیین سرعت مبتنی بر انکودر افزایشی 55 
3-5-1 تعیین سرعت با روش اندازه‌گیری فرکانس 55 
3-5-2 تعیین سرعت با روش اندازه‌گیری پریود 56 
3-5-3 ترکیب دو روش مبتنی بر فرکانس و پریود برای تعیین سرعت 58 
3-6 تعیین سرعت و موقعیت مبتنی بر ریزالور 59 
3-7 ماژول هیسترزیس 62 
3-8 تقسیم‌کننده 64 
4 فصل چهارم 66 
4-1 نتایج شبیه‌سازی 66 
4-2 نتایج شبیه‌سازی سیستم کنترلی در MATLAB 66 
4-3 نتایج شبیه‌سازی و سنتز بلوک‌های سیستم کنترلی موتور PMSM 68 
4-3-1 ماژول DQ-ABC 68 
4-3-2 بلوک تقسیمکننده 70 
4-3-3 ماژول هیسترزیس 72 
4-3-4 بلوک CORDIC موازی 75 
4-3-5 بلوکهای تعیین سرعت و موقعیت روتور توسط سنسور انکودر 76 
4-3-6 بلوکهای تعیین سرعت و موقعیت روتور توسط سنسور ریزالور 79 
4-3-7 تحلیل کلی طرح 82 
4-4 مشخصات layout 84 
4-4-1 طراحی Layout سیستم کنترلی طراحی شده 84 
4-4-2 طراحی layout ماژول DQ-ABC 86 
4-4-3 طراحی layput ماژول هیسترزیس 87 
4-4-4 طراحی layout بلوک تعیین سرعت و موقعیت توسط سنسور انکودر 88 
4-5 نتیجه‌گیری و پیشنهادات 89 
4-5-1 نتیجه‌گیری 89 
4-5-2 پیشنهادات 90 
 

 

کنترل جریان موتور سنکرون مغناطیس دائم شش فاز به‌منظور کاهش نامتعادلی جریان‌ها

چکیده

این پایان‌نامه یک مدل تجزیه برداری (VSD) بهبودیافته جهت تجزیه‌وتحلیل کنترل جریان برای موتور شش-فاز مغناطیس دائم PMSM)) ارائه می‌دهد که دارای دو دستگاه از سیم‌پیچی سه فاز که به‌اندازه 30 درجه الکتریکی شیفت داده‌شده است و کنترلر تناسبی – انتگرالی (PI) و رزونانسی (PR) برای حذف جریان‌های نامتعادلی در صفحه αβ استفاده‌شده است کنترل رزونانس چند فرکانسه مرتبه 2 و 6 برای حذف جریان نامتعادل و حذف هارمونیک‌های 5 ام و 7 ام در محورهای Z1Z2 به‌کاربرده شده است این روش جریان نامتقارن را در هر دو زیر صفحه Z1Z2 و αβ در نظر می‌گیرد و می‌تواند در حالت ماندگار جریان نامتعادلی را از بین برد درنتیجه عدم تعادلی جریان بین دو مجموعه سه فاز و جریان نامتعادل بین سیم‌پیچی‌های فاز هر مجموعه حذف می‌گردند و بعد از حذف جریان هارمونیکی، عملکرد دینامیکی سیستم با افزودن کنترلر سرعت بهبودیافته است که ضرایب این کنترل‌کننده با استفاده از الگوریتم ژنتیک به‌دست‌آمده است تأثیر روش پیشنهادشده به‌وسیله مدلی در نرم‌افزار متلب تأییدشده است که در این مدل جریان متعادل شده و هارمونیک‌های 5 و 7، به‌طور کامل در حالت ماندگار کاهش پیداکرده‌اند

1- فصل اول : مقدمه و پیشینه تحقیق 1
1-1- مقدمه 1
1-2- تاریخچه مدل‌سازی ماشین شش فازه 3
1-3- تاریخچه کنترل سرعت ماشین‌های شش- فازه القایی و سنکرون 4
1-4- تاریخچه مدل‌سازی و کنترل جریان ماشین مغناطیس دائم 7
1-5- اهداف پایان‌نامه 9
1-6- ساختار پایان‌نامه 9
2- فصل دوم : مدل سازی ماشین‌های سنکرون مغناطیس دائم شش-فازه 11
2-1- مقدمه 11
2-2- انواع ماشین‌های سنکرون مغناطیس دائم 12
2-3- مدل‌سازی 14
2-3-1- مدل‌سازی ماشین سنکرون شش – فازه با استفاده از معادلات سه – فازه 14
2-3-1-1- مدل کوپله ماشین شش – فازه 14
2-3-1-2- مدل دکوپله ماشین سنکرون شش – فازه در مرجع ثابت 16
2-3-1-3- مدل دکوپله ماشین سنکرون شش – فازه در مرجع گردان 19
2-3-2- مدل‌سازی ماشین سنکرون شش – فازه با استفاده از معادلات شش فاز 21
2-3-2-1- مدل ماشین در فضای شش بعدی کوپله 22
2-3-2-2- مدل ماشین در فضای شش بعدی دکوپله در قاب ثابت (تجزیه بردار فضایی VSD) 24
2-3-2-3- مدل ماشین در فضای شش بعدی دکوپله در قاب سنکرون (تجزیه بردار فضایی VSD) 25
3- فصل سوم : کنترل برداری 30
3-1- مقدمه 30
3-1-1- کنترل گشتاور در ماشین‌های جریان مستقیم 30
3-1-2- شباهت یک ماشین DC و یک ماشین سنکرون در حالت کنترل برداری 31
3-2- کنترل به روش اسکالر V/f ثابت 34
3-3- کنترل برداری 35
3-4- انواع روش‌های کنترل برداری 38
3-4-1- روش کنترل مستقیم جهت‌دهی میدان 39
3-4-1-1- کنترل برداری مستقیم با اینورتر PMW جریانی 41
3-4-2- روش کنترل غیرمستقیم جهت‌دهی میدان 43
3-5- کنترل در سرعت‌های بالاتر از سرعت نامی (ناحیه توان ثابت) 44
3-6- طرح کنترل موتور شش فاز مغناطیس دائم 45
3-7- شماتیک طرح کنترل موتور 46
4- فصل چهارم : طرح کنترل جریان 47
4-1- جریان نامتعادل ماشین در اثر نامتقارنی خود ماشین 47
4-2- هارمونیک جریان 5 و 7 50
4-2-1- نیرومحرکه غیر سینوسی: 50
4-2-2- اثر غیرخطی اینورتر: 50
4-2-3- جمع‌بندی جبران هارمونیک‌های مرتبه 5 و 7 و نامتعادلی: 51
4-3- طرح کنترل جریان 52
5- فصل پنجم : نتایج شبیه سازی 55
5-1- مقدمه 55
5-2- بررسی نتایج شبیه‌سازی 60
5-2-1- طرح کنترل موتور نامتعادلی داخلی 60
5-2-1-1- آنالیز جریان A و X 60
5-2-1-2- آنالیز جریان‌های محور d در صفحه dq 62
5-2-1-3- آنالیز جریان‌های محور q در صفحه dq 65
5-2-1-4- آنالیز جریان‌های صفحه dqz 68
5-2-2- طرح کنترل موتور نامتعادلی خارجی و داخلی و در حالت بارداری 70
5-2-2-1- آنالیز جریان A و X 70
5-2-2-2- آنالیز جریان‌های محور d در صفحه dq 73
5-2-2-3- آنالیز جریان‌های محور q در صفحه dq 76
5-2-2-4- آنالیز جریان‌های صفحه dqz 78
6- فصل ششم : نتیجه گیری و صحت سنجی نتایج 83
6-1- مقدمه 83
6-2- صحت سنجی با مقاله مرجع 85
6-3- نتیجه‌گیری 86
6-4- ارائه پیشنهادات 86
7- پیوست الف : الگوریتم ژنتیک 87
7-1- الگوریتم ژنتیک : 87
7-1-1- جمعیت اولیه 88
7-1-2- انتخاب 88
7-1-3- ترکیب 89
7-1-4- جهش 89
7-1-5- تابع برازندگی 89
7-1-6- شرایط خاتمه 89
7-1-7- کد مورداستفاده در متلب برای الگوریتم ژنتیک 89
8- پیوست ب : فیلتر رزونانسی 91
مراجع 94

 

 

طراحی بهینه یک موتور سنکرون مغناطیس دائم سه‌فاز جهت کاربرد در سامانه‌های فضائی

چکیده

موتورهای الکترکی بعنوان سیستم محرکه اصلی صنایع از تجهیزات مورد استفاده در لوازم خانگی گرفته تا صنایع پیشرفته نظیر هوافضا (از جمله موشک، هواپیمای بدون سرنشین، جت، ربات‌ها و ….)، همواره در حال تغییر و تحول هستند. طراحی هر نوع ماشین الکتریکی با هدف خاصی صورت گرفته و در نهایت طراح به دنبال این است تا نتایج حاصل طراحی جوابگوی نیاز مورد نظر بوده و از نظر مشخصه‌های خروجی و راندمان بهینه باشد. از بین انواع مختلف موتورهای الکتریکی، موتور سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) بخاطر داشتن مزایایی از قبیل: ساختار ساده، هزینه تولید پایین، فشردگی و چگالی شار بالا، تلفات کم و عملکرد خوب سیستم درایو در بسیاری از کاربرد‌های صنعتی، نیرو محرکه زیر دریایی، ماشین های CNC، رباتیک و سیستم‌های تولید اتوماتیک در صنعت استفاده می‌شوند. از سوی دیگر، می توان سرعت موتور سنکرون را از طریق تغییر فرکانس میدان مغناطیسی دوار که سرعت سنکرون نامیده می شود کنترل نمود. در دهه های اخیر تلاش‌های زیادی توسط محققین جهت دستیابی به روش مناسب جهت بهینه‌سازی انواع ماشین‌های الکتریکی صورت پذیرفته است که منجر به ابداع روش‌هایی همچون الگوریتم زنبور، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم اجتماع ذرات و…. شده است. همچنین از مدل سازی به روش اجزاء محدود به عنوان یک مدل ریاضی بجای ساخت یک نمونه واقعی که از لحاظ هزینه ارزانتر و زمان کمتری می برد استفاده می‌شود. روش اجزاء محدود علی‌رغم حجم محاسباتی زیاد، از دقت بالاتری برخوردار می‌باشد. این روش از معادلات میدان جهت مدل‌سازی سیستم‌های فیزیکی استفاده می‌کند. در این پایان‌نامه به تحلیل و طراحی بهینه موتور سنکرون سه فاز مغناطیس دائم جهت کاربرد در سامانه‌های فضائی پرداخته می شود. در ابتدا مشخصات مربوط به موتورهای مورد کاربرد در صنایع هوافضا مورد بررسی قرار گرفته و سپس روابط مربوط به طراحی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت و موتور موردنظر توسط الگوریتم زنبور بهینه می گردد تا کمترین حجم و همچنین بیشترین بازده و چگالی توان را داشته باشد. به عبارتی با بهینه کردن ابعاد ماشین (از جمله قطر استاتور، طول آهنربا، قطر روتور، طول شکاف هوایی و ….) و در نظر گرفتن محدودیت‌های سیم‌پیچی، نسبت به افزایش راندامان و کاهش وزن اقدام می‌شود. همچنین مدل سازی دقیق خواص حرارتی یک موتور الکتریکی نیز کاملا به ابعاد موتور حساس است. پس از بهینه‌سازی، توسط تحلیل اجزای محدود (FEA)، به بررسی جنبه‌های تحلیل مغناطیسی و حرارتی موتور پرداخته می‌شود. در نهایت مقایسه بین نتایج به دست آمده از تحلیل اجزای محدود با الگوریتم‌های بهینه‌سازی کارائی روش ارائه شده را تائید می نماید.

عنوان شماره صفحات 
قدردانی 
چکیده 5 
فهرست مطالب 8 
فهرست شکل ها 13 
فهرست جداول 18 
علائم اختصاری 19 
فصل اول 
آشنایی با موتورهای سنکرون 20 
1-1- مقدمه ماشین های سنکرون آهنربای دائم 21 
1-2- کاربردهای ماشین های سنکرون آهنربای دائم 21 
1-2-1- ماشینها با شار شعاعی 21 
الف) ماشینها با آهنربای نصب شده بر روی سطح با روتور داخلی 22 
ب) ماشینها با آهنربای نصب شده بر روی سطح با روتورخارجی 22 
ج) ماشینها با آهنرباهای دائمی الحاقی 23 
د) ماشینها با آهنرباهای دائمی مدفون 24 
آهنرباهای دائمی V شکل 24 
آهنرباهای دائمی مغناطیس شده بطور مماسی 25 
عنوان شماره صفحات 
1-2-2- ماشینهای شار محوری 26 
1-2-3- ماشینهای خود راه انداز، مدولار و القائی 27 
الف) ماشینهای آهنربای دائمی خود راه انداز 27 
ب) ماشینهای آهنربای دائمی مدولار برای عملیات سرعت متغیر 28 
ج) ماشینهای آهنربای دائمی القائی 29 
1-3- مواد مورد استفاده در موتورها 30 
1-3-1- مواد مغناطیسی نرم 31 
الف) تلفات آهن 31 
ب) انتخاب مواد هسته 32 
1-3-2- مواد هادی 34 
1-3-3- مواد عایق 34 
1-3-4- مواد آهنربای دائم 36 
1-4- خواص مغناطیسی 38 
1-5- خواص حرارتی 40 
1-6- انتخاب موتور مناسب جهت کاربرد در هواپیمای الکتریکی 41 
1-6-1- محرک های الکترومکانیکی 42 
1-6-1-1- مشخصات محرک ها برای کاربرد هواپیماهای الکتریکی 43 
عنوان شماره صفحات 
1-6-1-2- پارامترهای طراحی 44 
1-6-1-3- انتخاب موتور الکتریکی مناسب 45 
1-7- جمع بندی 47 
فصل دوم 
بررسی پژوهش های پیشین در خصوص طراحی بهینه موتور سنکرون 48 
مغناطیس دائم
2-1- مقدمه 50 
2-2- طراحی بهینه موتورهای سنکرون مغناطیس دائم 5 
2-3- طراحی بهینه موتور DC بدون جاروبک 56 
2-4- جمع بندی 60 
فصل سوم 
اصول و کلیات طراحی ماشین های الکتریکی مغناطیس دائم 61 
3-1- مقدمه 62 
3-2- تعاریف 62 
3-3- معادلات خروجی 63 
3-3-1- معادله خروجی ماشینهای AC 64 
3-4- عوامل موثر در اندازه ماشین های دوار 65 
عنوان شماره صفحات 
3-4-1- سرعت 65 
3-4-2- بارگذاری مغناطیسی ویژه 66 
3-4-2-1- چگالی شار ماکزیمم 66 
3-4-2-2- جریان مغناطیس کنندگی 66 
3-4-2-3- تلفات هسته 67 
3-4-3- بارگذاری الکتریکی ویژه 68 
3-5- طزاحی مسی و آهنی 67 
3-6- انتخاب مقادیر نامی ماشین 69 
3-7- تغییر خروجی و تلفات با توجه به ابعاد ماشین 70 
3-8- تفکیک L و D 72 
3-9- مراحل طراحی 72 
3-9-1- مرحله اول : تعیین مشخصات اساسی موتور 73 
3-9-1-1- تعداد فازها، قطب ها، و شیارها 74 
الف) تعداد فازها 74 
ب) تعداد قطب ها 75 
ج) تعداد شیارها 75 
3-9-2- مرحله دوم : انتخاب متغیرهای طراحی با توجه به ویژگی های موتور 76 
3-9-3- مرحله سوم : تعیین ابعاد و پارامترهای موتور 78 
عنوان شماره صفحات 
3-9-3-1- محاسبه ابعاد اصلی موتور 78 
3-9-3-2- محاسبه فاصله هوائی و مغناطیس دائم 79 
3-9-3-3- محاسبه تعداد دور و ضریب سیم پیچی 80 
3-9-3-4- محاسبه جریان فاز، مقاومت و تلفات 82 
3-9-3-5- محاسبه راندمان، گشتاور و چگالی توان 83 
3-10- روش کلی طراحی 84 
3-11- محاسبه تحلیلی یک موتور نمونه 85 
3-12- جمع بندی 88 
فصل چهارم 
طراحی بهینه موتور سنکرون مغناطیس دائم 89 
4-1- مقدمه 90 
4-2- تعیین مواد و مضخصات موتور 90 
4-3- متغیرهای طراحی 92 
4-4- طراحی بهینه موتور سنکرون مغناطیس دائم 92 
4-4-1- الگوریتم طراحی چند هدفه 92 
4-4-2- مسائل بهینه سازی 93 
4-4-3- الگوریتم زنبور 94 

فهرست مطالب 
عنوان شماره صفحات 
4-4-4- نتایج بهینه سازی 99 
فصل پنجم 
آنالیزالکترومغناطیسی و حرارتی موتور با استفاده از روش المان محدود 102 
5-1- مقدمه 103 
5-2- آنالیز میدان الکترومغناطیسی و گذرای موتور 104 
5-2-1- تعیین مدل موتور 104 
5-2-2- انتخاب مواد 106 
5-2-3- تعیین شرایط مرزی 106 
5-2-4- پیدا کردن نتایج 106 
5-2-5- نتایج شبیه سازی 107 
5-2-5- 1- بدست آوردن منحنی ها 110 
5-3- تحلیل حرارتی 113 
5-3-1- پارامترهای بحرانی 115 
5-3-2- مدل های انتقال حرارت 116 
5-3-3- مدل آنالیز المان محدود 116 
5-3-3-1- الگوریتم تحلیلی انتقال حرارت به روش اجزاء محدود 117 
5-3-3-2- مدل سازی حرارتی به روش اجزاء محدود 119 
عنوان شماره صفحات 
5-3-3-3- آنالیز حرارتی موتور سنکرون مغناطیس دائم مورد مطالعه به روش اجزاء محدود 119 
5-3-3-4- خنک کاری 122 
فصل ششم 
نتیجه گیری و پیشنهادات 127 
6-1- نتیجه گیری 128 
6-2- پیشنهادات 130 
پیوست (الف) 131 
منابع و مراجع 133 

————————————————————————————————————————————–

برای دریافت فایل بر روی لینک زیر کلیک نمایید.

تومان49,000 تومان39,000افزودن به سبد خرید

————————————————————————————————————————————–