دانلود پروژه:شبیه سازی و ارزیابی عملکرد درایو بدون حسگر موتور جریان مستقیم بدون جاروبک سه فاز بر مبنای روش  ولتاژ ضد محرکه

فهرست مطالب

عنوان………………………………………………………………………………………………………………. صفحه

چکیده………………………………………………………………………………………………………………. 1

فصل 1: معرفی…………………………………………………………………………………………………… 2

1-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………….. 2

1-2- معرفی موتور بدون جاروبک جریان مستقیم………………………………………………………… 2

1-2-1- مقایسه موتور بدون جاروبک جریان مستقیم با موتور جریان مستقیم جاروبک دار.. 2

1-2-2- مقایسه موتور بدون جاروبک جریان مستقیم با موتور سنکرون آهنربای دائم………. 6

1-3- جا به جایی فاز در موتور جریان مستقیم بدون جاروبک………………………………………… 8

1-3-1- جابه جایی فاز در موتور جریان مستقیم…………………………………………………… 8

1-3-2- کموتاسیون در موتور BLDC………………………………………………………………… 13

1-4- ولتاژ ضد محرکه…………………………………………………………………………………………. 14

1-5- کنترل برداری……………………………………………………………………………………………… 15

1-6- محدوده ی پایان نامه……………………………………………………………………………………. 16

فصل 2: معرفی موتور BLDC و روش­های درایو بدون حسگر………………………………………… 18

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………….. 18

2-2- تعریف موتور بدون جاروبک جریان مستقیم……………………………………………………….. 18

2-3- ساختمان موتور بدون جاروبک جریان مستقیم…………………………………………………….. 18

2-3-1- قسمت ساکن…………………………………………………………………………………… 18

2-3-2- قسمت گردان…………………………………………………………………………………… 20

2-3-2-1- روتور مغناطیس داخلی……………………………………………………………… 21

2-3-2-2- روتور مغناطیس خارجی……………………………………………………………. 22

2-3-3- حسگرهای موقعیت اثر هال………………………………………………………………….. 22

2-3-4- مواد مغناطیس دائم…………………………………………………………………………….. 24

2-4- عملکرد موتور BLDC………………………………………………………………………………….. 24

2-5- درایو موتور BLDC……………………………………………………………………………………… 25

2-6- کنترل حلقه بسته موتور BLDC……………………………………………………………………….. 27

2-7- معایب استفاده از حسگرهای موقعیت  درایو موتور BLDC…………………………………….. 28

2-8- روش­های درایو بدون حسگر موتور BLDC……………………………………………………….. 28

2-8-1- درایو موتور BLDC با استفاده از ولتاژ ضدمحرکه……………………………………… 29

2-8-1-1- اندازه گیری ولتاژ ترمینال ……………………………………………………… 29

2-8-1-2- اندازه گیری هارمونیک سوم ولتاژ ضدمحرکه………………………………. 31

2-8-11-3- اندازه گیری جریان­ دیودهای هرزه گرد……………………………………. 34

2-8-1-4- انتگرال گیری از ولتاژ ضد محرکه……………………………………………. 35

2-8-2- معایب روش­های درایو بدون حسگر موتور BLDC بر مبنای ولتاژ ضدمحرکه…… 36

2-8-3- روش رویت گر ولتاژ ضد محرکه………………………………………………………… 36

2-8-3-1- مدل سازی موتور های بدون جاروبک جریان مستقیم………………………… 37

2-8-3-2- روش کنترل بدون حسگر رویت گر ولتاژ ضد محرکه………………………… 38

2-8-3-3- تابع کموتاسیون……………………………………………………………………….. 42

2-8-3-4- تخمین سرعت و موقعیت………………………………………………………….. 43

2-8-3-5- درایو موتور بدون جاروبک جریان مستقیم با استفاده از رویت گر ولتاژ

ضدمحرکه…………………………………………………………………………………………….. 44

فصل 3: درایو بدون حسگر موتور بدون جاروبک جریان مستقیم  سه فاز به روش کنترل مستقیم

 گشتاور……………………………………………………………………………………………………………. 46

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………….. 46

3-2- معرفی روش کنترل مستقیم گشتاور………………………………………………………………….. 46

3-2-1- درایو موتور سنکرون با آهنربای دائم به روش کنترل مستقیم گشتاور……………….. 47

3-2-2- درایو موتور بدون جاروبک جریان مستقیم به روش کنترل مستقیم گشتاور………… 47

3-3- رویت گر ولتاژ ضدمحرکه برای تخمین سرعت و موقعیت روتور موتور بدون جاروبک

جریان مستقیم…………………………………………………………………………………………………….. 48

3-4- محاسبه گشتاور الکتریکی  موتور بدون جاروبک جریان مستقیم……………………………….. 49

3-5- شماتیک کلی طرح پیشنهادی………………………………………………………………………….. 50

3-6- اجزای سیستم پیشنهادی………………………………………………………………………………… 51

3-6-1- تبدیل کلارک…………………………………………………………………………………… 51

3-6-1-1- تبدیل جریان کلارک………………………………………………………………… 52

3-6-1-2- تبدیل ولتاژ کلارک…………………………………………………………………… 52

3-6-2- اینورتر منبع ولتاژ………………………………………………………………………………. 52

3-6-2-1- درایو موتور با استفاده از اینورتر منبع ولتاژ…………………………………… 53

3-6-3- تخمین شار پیوندی استاتور………………………………………………………………….. 54

3-6-4- تخمین گر گشتاور الکتریکی………………………………………………………………… 54

3-6-5- کنتلرهای هیسترزیسی………………………………………………………………………… 54

3-6-5-1- کنتلر هیسترزیسی شار………………………………………………………………. 55

3-6-5-2- کنتلر هیسترزیسی گشتاور………………………………………………………….. 55

3-6-6- انتخاب سکتور………………………………………………………………………………….. 56

3-6-7- جدول انتخاب بردار ولتاژ سه فاز…………………………………………………………… 56

3-6-7-1- انتخاب بردار ولتاژ…………………………………………………………………… 57

فصل 4: شبیه سازی و نتایج…………………………………………………………………………………… 59

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………….. 59

4-2- شبیه سازی روش پیشنهادی…………………………………………………………………………… 59

4-2-1- مشخصات موتور………………………………………………………………………………. 60

4-2-2- کنترل مستقیم گشتاور…………………………………………………………………………. 61

4-2-2-1- محاسبه شار…………………………………………………………………………… 61

4-2-2-2- محاسبه جریان………………………………………………………………………… 62

4-2-2-3- محاسبه ولتاژ………………………………………………………………………….. 62

4-2-2-4- انتخاب­گر شار………………………………………………………………………… 63

4-2-2-5- هیسترزیس­های شار و گشتاور…………………………………………………….. 64

4-2-2-6- جدول کلیدزنی……………………………………………………………………….. 64

4-2-3- اینورتر………………………………………………………………………………………….. 65

4-2-4- تخمین سرعت و موقعیت روتور و تخمین گشتاور…………………………………… 65

4-2-4-1- رویت گر ولتاژ ضدمحرکه………………………………………………………….. 66

4-2-4-2- آشکارساز جهت سرعت……………………………………………………………. 67

4-2-5- تخمین گشتاور مرجع……………………………………………………………………….. 67

4-2-6- ادوات اندازه گیری…………………………………………………………………………… 68

4-3- نتایج شبیه سازی…………………………………………………………………………………………. 68

4-3-1- سرعت روتور…………………………………………………………………………………… 68

4-3-2- جریان فاز……………………………………………………………………………………….. 69

4-3-3- گشتاور الکتریکی………………………………………………………………………………. 70

4-3-4- ولتاژ ضدمحرکه………………………………………………………………………………… 71

فصل 5: نتیجه گیری و پیشنهادات…………………………………………………………………………… 72

5-1- خلاصه و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………… 72

5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………. 74

فصل 6: مراجع…………………………………………………………………………………………………… 75

 

 

فهرست اشکال

عنوان………………………………………………………………………………………………………………. صفحه

شکل 1-1: شماتیک موتور DC [4]………………………………………………………………………….. 3

شکل 1-2: بلوک دیاگرام درایو موتور بدون جاروبک جریان مستقیم [5]…………………………….. 4

شکل 1-3: معادله دینامیکی یک فاز موتور BLDC [6]…………………………………………………… 4

شکل 1-4: مشخصات گشتاور – سرعت موتور DC …………………………………………………….. 5

شکل 1-5: مشخصات گشتاور – سرعت در موتور بدون جاروبک جریان مستقیم [8]…………….. 5

شکل 1-6: ولتاژ ضد محرکه ذوزنقعه­ای…………………………………………………………………….. 8

شکل 1-7: ولتاژ ضد محرکه سینوسی……………………………………………………………………….. 8

شکل 1-8: عملکرد اصلی موتور جریان مستقیم با جاروبک (مرحله اول) [4]………………………. 9

شکل 1-9: عملکرد اصلی موتور جریان مستقیم با جاروبک (مرحله دوم) [4]………………………. 10

شکل 1-10: عملکرد اصلی موتور جریان مستقیم با جاروبک (مرحله سوم) [4]……………………. 11

شکل 1-11: موتور DC معمولی با سه جز کموتاتور و دو جاروبک [16]……………………………. 12

شکل 1-12: مدار اینورتر PWM جهت استفاده در موتور BLDC سه فاز…………………………… 12

شکل 1-13: منحنی حسگرهای اثر هال، ولتاژ ضدمحرکه، گشتاور الکتریکی و جریان فاز

موتور  BLDC[12]………………………………………………………………………………………………. 13

شکل 1-14: ترتیب تحریک سیم پیچ­ها با توجه به سنسورهای اثر هال در موتور BLDC…………. 14

شکل 1-15: تقسیم بندی روش­های کنترل موتورهای سنکرون [13]………………………………….. 16

شکل 2-1 : استاتور موتور BLDC  با سیم پیچ های استاتور[12]……………………………………… 19

شکل 2-2 :نمای ظاهری یک موتور بدون جاروبک جریان مستقیم سه فاز دو قطب[9]………….. 19

شکل 2-3 : نمای ظاهری موتور BLAC…………………………………………………………………….. 20

شکل 2-4: روتور های مختلف در موتور   [12] BLDC……………………………………………….. 21

شکل 2-5 :‌موتور BLDC با روتور داخلی………………………………………………………………….. 21

شکل 2-6: موتور BLDC با روتور خارجی………………………………………………………………… 22

شکل 2-7: نحوه قرار گرفتن حسگر های موقعیت اثر هال در برش عرضی موتور BLDC [12].. 23

شکل 2-8 : نحوه قرار گرفتن حسگر های موقعیت اثر هال در موتور BLDC……………………….. 23

شکل 2-9: روتور خارجی  4 قطب در موتور BLDC با مواد مغناطیس دائم…………………………. 24

شکل 2-10 :‌ ولتاژ ضد محرکه ، کموتاسیون جریا ن و گشتاور در موتور BLDC [9]…………….. 25

شکل 2-11: درایو موتور BLDC [15]……………………………………………………………………… 26

شکل 2-12: درایو موتور BLDC با استفاده از تغذیه منبع ولتاژ [15]………………………………….. 27

شکل 2-13: کنترل حلقه بسته جریان در درایو موتور BLDC [9]……………………………………… 27

شکل 2-14: کموتاسیون جریان فازها و ولتاژ ضدمحرکه [16]………………………………………….. 29

شکل 2-15 : نقاط عبور از صفر ولتاژ ضدمحرکه و کموتاسیون جریان……………………………….. 30

شکل 2-16: هارمونیک سوم ولتاژ ضدمحرکه و زمان­های کموتاسیون…………………………………. 33

شکل 2-17: مسیر جریان فاز خاموش……………………………………………………………………….. 34

شکل 2-18: مدار سخت افزاری برای تعیین نقاط کموتاسیون…………………………………………… 35

شکل 2-19: ناحيه انتگرال گيري از ولتاژ ضدمحركه……………………………………………………… 35

شکل 2-20:بلوک دیاگرام  درایو موتور BLDC……………………………………………………………. 37

شکل2-21: منحنی ولتاژ ضد محرکه، جریان فاز و گشتاور الکتریکی در موتور……………………… 38

شکل2-22: بلوک دیاگرام رویتگر ولتاژ ضد محرکه BLDC…………………………………………….. 41

شکل2-23: تابع کموتاسیون سیستم پیشنهادی…………………………………………………………….. 43

شکل 2-24: ارتباط میان تخمین ولتاژهای ضد محرکه خط به خط با تخمین ولتاژهای ضد محرکه…. 43

شکل2-25: درایو موتورBLDC با استفاده از رویت گر ولتاژ ضد محرکه[5] ……………………….. 45

شکل3-1: شماتیک روش کنترل مستقیم گشتاور در ماشین القایی[33]………………………………. 46

شکل3-2: درایو PMSM کنترل مستقیم گشتاور[34]…………………………………………………… 47

شکل3-3: شماتیک درایو کنترل مستقیم گشتاور موتور بدون جاروبک جریان مستقیم با استفاده

 از حسگر موقعیت[37]……………………………………………………………………………………….. 48

شکل3-4 : شماتیک کلی طرح پیشنهادی…………………………………………………………………… 50

شکل 3-5: تبدیل کلارک سه فاز به قاب مرجع …………………………………………………………… 51

شکل 3-6 : اینورتر منبع ولتاژ متصل به بار مقاومتی سلفی[33]………………………………………… 53

شکل3-7: خروجی حالت دو سطح اینورتر منبع ولتاژ با مدل ایده آل موتور[13 ]…………………. 53

شکل 3-9: :  مقایسه کننده و کنتلرهای هیسترزیسی شار و گشتاور……………………………………. 55

شکل 3-8 مسیر حرکت دوازده ضلعی شار پیوندی استاتور در قاب  ساکن[39]………………….. 58

شکل4-1 : مدل سیمولینک  طرح پیشنهادی……………………………………………………………….. 59

شکل 4-2: مدل سیمولینک موتور بدون جاروبک جریان مستقیم با ولتاژ ضد محرکه ذوزنقعه­ای . 60

شکل4-3: مدل سیمولینک کنترل مستقیم گشتاور در طرح پیشنهادی………………………………….. 61

شکل4-4: مدل سیمولینک محاسبه شار در طرح پیشنهادی……………………………………………… 62

شکل4-5: مدل سیمولینک محاسبه تبدیل کلارک جریان در طرح پیشنهادی…………………………. 62

شکل4-6: مدل سیمولینک تبدیل کلارک ولتاژ در طرح پیشنهادی……………………………………… 63

شکل 4-7: مدل سیمولینک انتخاب سکتور در طرح پیشنهادی…………………………………………. 63

شکل 4-8: مدل سیمولینک کنتلرهای هیسترزیسی شار و گشتاور در طرح پیشنهادی……………… 64

شکل 4-9: مدل سیمولینک جدول کلیدزنی در طرح پیشنهادی………………………………………… 64

شکل 4-10: مدل سیمولینک اینورتر در طرح پیشنهادی…………………………………………………. 64

شکل 4-11: مدل سیمولینک تخمین سرعت و گشتاور در طرح پیشنهادی…………………………… 66

شکل 4-12: مدل سیمولینک محاسبه شار در طرح پیشنهادی…………………………………………… 66

شکل 4-13:  مدل سیمولینک آشکار ساز جهت سرعت در طرح پیشنهادی …………………………. 67

شکل4-14: مدل سیمولینک تخمین گشتاور مرجع در طرح پیشنهادی………………………………… 67

شکل4-15 : مدل سیمولینک ادوات اندازه گیری در طرح پیشنهادی………………………………….. 68

شکل 4-16: منحنی سرعت­های مرجع و روتور طرح پیشنهادی……………………………………….. 69

شکل 4-17: منحنی جریان فاز a استاتور……………………………………………………………………. 70

شکل 4-18: منحنی گشتاورهای الکتریکی و مکانیکی در طرح پیشنهادی……………………………. 71

شکل 4-19: منحنی ولتاژ ضدمحرکه فاز a در طرح پیشنهادی …………………………………………. 71

فهرست جداول

عنوان………………………………………………………………………………………………………………. صفحه

جدول 1-1: مقایسه موتور بدون جاروبک و موتور جاروبک دار جریان مستقیم [9]……………….. 6

جدول 1-2: مقایسه موتور PMSM با موتور BLDC [9] ………………………………………………. 7

جدول 3-1: وضعیت و خروجی کنتلر هیسترزیسی ………………………………………………………. 55

جدول 3-2: وضعیت و خروجی کنتلر گشتاور…………………………………………………………….. 56

جدول 3-3: انتخاب بردار ولتاژ……………………………………………………………………………….. 57

جدول 3-4: انتخاب بردار ولتاژ براساس کلیدهای قدرت……………………………………………….. 57

جدول 4-1: مشخصات موتور در طرح پیشنهادی…………………………………………………………. 60