عنوان

بهبود عملکرد کنترل مستقیم گشتاور موتور القایی تغذیه شده با پیل سوختی

Number

‭۱۲۵۷۸پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

بهبود عملکرد کنترل مستقیم گشتاور موتور القایی تغذیه شده با پیل سوختی

First Statement of Responsibility

/مجید ولی زاده

Name of Publisher, Distributor, etc.

: دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۵۱‬ص‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

در رشته‌ی مهندسی برق گرایش قدرت

Date of degree

‮‭۱۳۹۲/۰۶/۰۹‬

Body granting the degree

دانشگاه تبریز

Text of Note

روش‌های مختلفی برای درایو موتور القایی وجود دارد که در بین آن‌ها روش ‮‭FOC‬ و ‮‭DTC‬ به دلیل دقت مناسبی که دارند، از مقبولیت بیشتری برخوردار هستند .هدف رساله مطالعه و تحقیق تغذیه موتور القایی توسط پیل سوختی است و کاربرد آن بیشتر برای تجهیزات متحرک مانند خودرو است .درایو مورد استفاده در خودرو باید پاسخ دینامیکی سریعی داشته باشد و در شرایط کاری مختلف بتواند عملکرد مناسبی داشته باشد .روش ‮‭DTC‬ به دلیل سادگی ساختار، عدم نیاز به تبدیل دستگاه‌های مرجع، وابستگی بسیار کم به پارامترهای موتور و پاسخ دینامیکی سریع برای این رساله انتخاب شده است .پیل سوختی به دلیل تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی در مقایسه با سایر منابع انرژی دارای بازده بیشتری است و از طرفی آلودگی بسیار ناچیزی دارد .بنابراین در صنایع مورد توجه قرار گرفته است .با این وجود پیل سوختی به دلیل پاسخ دینامیکی کند، تغییرات شدید ولتاژ خروجی به ازای تغییرات توان کشیده شده از آن و وابستگی ولتاژ و توان خروجی به پارامترهای مختلفی مانند دما، رطوبت و فشار گازهای ورودی درایو موتورهای الکتریکی را پیچیده‌تر کرده و پاسخ شار و گشتاور را نامطلوب خواهد نمود .این مسئله در شرایطی است که روش ‮‭DTC‬ به صورت ذاتی دارای ریپل شار و گشتاور نسبتا زیادی است که باعث ایجاد آلودگی صوتی، کاهش طول عمر مفید موتور و افزایش تلفات خواهد شد .بنابراین در تغذیه موتور القایی کنترل شده به روش ‮‭DTC‬ با استفاده از پیل سوختی، پاسخ شار و گشتاور بسیار مهم خواهد بود و لازم است روش ‮‭DTC‬ به گونه‌ای بهبود یابد که مشکلات ذاتی بیان شده تا حد امکان بهبود یابند و از طرفی طرحی ارائه شود که پاسخ پیل سوختی را بهبود دهد .با توجه به این مباحث در این رساله ابتدا روش ‮‭DTC‬ تحلیل و شبیه‌سازی شده است .در ادامه، یک مدل دینامیکی جامع برای پیل سوختی ارائه شده که نسبت به مدل‌های موجود دارای دقت و سرعت بهتری است که آن را برای کاربردهای برخط مانند درایو موتور مناسب ساخته است .سپس یک طرح مدولار جدید برای پیل سوختی ارائه شده و با استفاده از آن عملکرد درایو موتور القایی بهبود داده شده است .به منظور کاهش تعداد حسگرهای مورد استفاده و در نتیجه کاهش هزینه، تلاش شده تا پارامترهای مختلف سیستم کنترلی تخمین زده شوند و در این راستا شار، گشتاور و سرعت موتور تخمین زده شده‌اند .همچنین با استفاده از اندازه‌گیری ولتاژ و جریان لینک ‮‭DC‬ یکی از حسگرهای جریان نسبت به حالت متداول کاهش یافته و برای بازسازی مقدار جریان‌های موتور از حالت‌های کلیدزنی اینورتر استفاده شده است .افت ناخواسته شار در سرعت‌های کم و شرایط کم باری و زیاد بودن ولتاژ مد مشترک از دیگر مشکلات موجود در روش ‮‭DTC‬ است .معمولا برای کاهش ولتاژ مد مشترک از بردارهای ولتاژ صفر استفاده نمی‌شود .در این رساله نشان داده شده که شیب منحنی ریپل گشتاور موتور القایی به نوع بردار ولتاژ انتخاب شده بستگی دارد و عدم استفاده از بردار ولتاژ صفر باعث افزایش ریپل گشتاور خواهد شد .در این رساله با اصلاح نواحی تعریف شده برای شار و عدم استفاده از بردارهای ولتاژ صفر و بهبود سطوح کنترل کننده هیسترزیس گشتاور مشکلات افت ناخواسته شار و ولتاژ مد مشترک به طور همزمان بهبود یافته‌اند و ریپل گشتاور نیز تا حدی بهبود یافته است .برای حفظ سادگی ساختار ‮‭DTC‬ یک روش جدید ارائه شده که نسبت به روش‌های قبل ریپل شار کمتری داشته و در حالت گذرا از دینامیک پاسخ‌دهی سریعتری برخوردار است .همچنین فرکانس کلیدزنی در این روش برخلاف روش‌های هیسترزیس تقریبا ثابت است .بنابراین روش پیشنهادی قابلیت بهبود عملکرد ‮‭DTC‬ را در شرایط ماندگار و شرایط گذرا خواهد داشت .در رساله ساختاری ارائه شده که دو موتور القایی توسط یک اینورتر ‮‭۹‬ کلیدی به روش ‮‭DTC‬ کنترل شده‌اند و برای بهبود عملکرد پیل سوختی، توان کشیده شده از پیل سوختی تثبیت شده و مدیریت توان مورد نیاز بار با استفاده از باتری و ابرخازن انجام شده است .همچنین با استفاده از یک اینورتر چند سطحی بهبود یافته، پاسخ گشتاور موتور القایی بهبود یافته است .در ادامه اثر نوع عنصر ذخیره‌ساز انرژی بر میزان مصرف هیدروژن بررسی شده است

Text of Note

Among different methods for induction motor drive, the FOC and DTC methods are more acceptable because of their accuracy. The goal of this thesis is analysis of feeding induction motor by a fuel cell which its application is for mobile instrument such as a vehicle. The used drive must have fast dynamic response in different conditions. The DTC method has properties such as simple structure, fast dynamic response, little dependency to motor parameters and lack reference frame conversion so this method has been selected for this thesis. The efficiency of Fuel cell is more than the other resources because of directly convert chemical energy to electrical energy also it has low emission. Therefore it is more acceptable for use in different industries. On the other hand, it has seen shortcomings such as slow dynamic response, high fluctuations of its voltage depending on its output power, dependency of voltage and power to some parameters such as temperature, humidity, input gas pressure. These shortcomings cause the complexity of drive system and undesirable response of flux and torque. Also the DTC has initial problems such as notable ripple of flux and torque which cause noise, reduction of life and efficiency. Therefore in this thesis, response of flux and torque is more important and the proposed method must improve the fuel cell response and DTC characteristics. According to the above statements, in this thesis at first classical DTC is simulated an analyzed then a comprehensive dynamic model is proposed for fuel cell which it has more speed and accuracy. This model is suitable for online applications such as motor drive. Then a new modular structure is proposed for fuel cell which it can improve the response of the drive system. In order to reduction of sensors, flux, torque and speed are estimated also by measurement of DC side current, one of the current sensors can be reduce. Undesirable flux dips in low speed and notable common mode voltage are the other problems of the DTC method. Usually in order to common mode voltage reduction, the zero voltage vectors are not used. But these method cause torques ripple increment. In this thesis, by increasing the number of flux sectors, without using the zero voltage vectors and improvement of the number level of torque hysteresis controller, the problems of flux dips, common mode voltage and torque ripple simultaneously have been reduced. In order to have the simplicity of the DTC method, a new method is proposed in base on hysteresis controller which it concludes lower torque and flux ripples in comparisons of the other methods and it has faster dynamic response and constant switching frequency. In this thesis, a new structure is proposed which two induction motor can be controlled by the DTC method by one nine switch inverter. In this structure, in order to improvement of fuel cell performance, the fuel cell output power will be constant by management of battery and ultra capacitor power. Then by using an improved multi level inverter, the torque response of induction motor can be improved. Also the effect of storage device type on hydrogen consumption has been analyzed

ولی زاده، مجید

فیضی، محمدرضا، استاد راهنما

بابائی، ابراهیم، استاد راهنما

صباحی، مهران، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی