بهبود ساختار درایو موتورهای الکتریکی با استفاده از تعداد کلیدهای قدرت کاهشیافته
نام نخستين پديدآور
/سیده الهه باغبانی
وضعیت نشر و پخش و غیره
نام ناشر، پخش کننده و غيره
: دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
مشخصات ظاهری
نام خاص و کميت اثر
۹۲ص
یادداشتهای مربوط به نشر، بخش و غیره
متن يادداشت
چاپی
یادداشتهای مربوط به پایان نامه ها
جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن
کارشناسی ارشد
نظم درجات
در رشتهی مهندسی برق-قدرت
زمان اعطا مدرک
۱۳۹۲/۱۱/۲۰
کسي که مدرک را اعطا کرده
تبریز
یادداشتهای مربوط به خلاصه یا چکیده
متن يادداشت
درایوهای سرعت متغیر همراه با اینورتر مدولاسیون پهنای باند تغذیهشده با منبع ولتاژ، برای مقاصد گوناگون در تولیدات و کاربردهای صنعتی بکار میروند .باوجود اثبات کلی مزایای فنی آنها پژوهشگران در پی راهحلی برای کاهش هزینهی آنها هستند .کاهش هزینهی درایوهای سرعت متغیر به دو روش ساختاری و کنترلی امکانپذیر است .از نقطهنظر ساختاری، این کار با حداقل نمودن کلیدهای موردنیاز در مدار مبدل انجام میشود و از نقطهنظر کنترلی الگوریتمهایی برای مبدل با تعداد المانهای کاهش یافته طراحی و اجرا میشوند که بتوانند مشخصههای سرعت-گشتاور مطلوب را تولید کنند .درنتیجه ساختارهای مختلف مبدل ایجاد شده و استراتژیهای کنترل گوناگون PWM برای افزایش قابلیت آنها معرفی شدهاند .مطالعات زیادی روی موتورهای dc معمول انجام شده است .مبدلهای با المانهای کاهشیافته نیز تابحال عمدتا روی درایوهای موتور القایی ac بکار گرفته شدهاند اما امروزه موتور BLDC بهدلیل بازده بالا، ضریب توان بالا و گشتاور بالای آن، و نیز سادگی کنترل و نیاز کم به تعمیر و نگهداری توجه فراوانی به خود جلب کرده است .بنابراین در این پایاننامه امکان استفاده از مبدل با تعداد المانهای کمتر در درایوهای موتور BLDC با روشهای در دسترس بررسی شده است .در فصل اول این پایاننامه، پس از شرح مختصر ساختمان موتور BLDC و مزایا و معایب آن به بررسی خود موتور و معادلات دینامیکی و الکتریکی حاکم بر آن پرداخته شده است .بطور کلی عملکرد یک موتور BLDC نیازمند اطلاعات موقعیت است اما استفاده از سنسورهای موقعیت مکانیکی در برخی از کاربردها با مشکلاتی همراه است .این سنسورها هزینه و سایز موتور را افزایش میدهند، همچنین به آرایش مکانیکی خاصی برای نصب این سنسورها نیاز است و قابلیت اطمینان سیستم نیز بدلیل المانها و سیمبندی اضافی کاهش مییابد .بنابراین روشهای تخمین موقعیت روتور موردتوجه قرار گرفتهاند که در این فصل برخی از این روشهای تخمین موقعیت و سرعت و موتور BLDC بصورت اجمالی معرفی شده است .در ادامه همچنین استراتژیهای کنترل جریان و ولتاژ موتورهای BLDC مورد بررسی قرار گرفته است .در فصل دوم مروری اساسی بر ساختارهای مبدلهای کنترلکننده ضریب توان در درایوهای موتور dc بدون جاروبک انجام گرفته است تا مرجعی مفید برای تحقیقات اولیه در ساختارهای متداول درایو این موتورها فراهم آید .به منظور ایجاد درک صحیح از ساختارهای متفاوت درایو در این موتورها، یک طبقهبندی از مبدلهای مختلف بکاررفته در درایو موتورهای BLDC به همراه ساختمان مداری و بلوک دیاگرام آنها و مزیتها و معایب هر روش با تجزیه و تحلیل مقایسهای ارائه و به طراحی و بررسی عملکرد آنها پرداخته شده است تا بررسی کامل جوانب مختلف این درایوها برای محققینی که در این زمینه کار میکنند فراهم شود .در انتها دو ساختار پیشنهادی این پایاننامه معرفی و ساختار و روش کنترلی آنها تحلیل شده است .با توجه به اینکه هدف از این پایاننامه ارائه ساختاری با تعداد کلید الکترونیک قدرت کاهشیافته برای درایو موتورهای الکتریکی است در پایان مقایسهای بین ساختارهای پیشنهادی و ساختارهای موجود انجام شده است .ساختارهای پیشنهادی از خانواده مبدلهای ac/ac هستند که با نام سیکلوکانورترها شناخته میشوند و با پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه تجهیزات الکترونیک قدرت، در ساختارهای گوناگون و با مزایای زیاد مطرح شدهاند .این ساختارها در ساختمان خود از ترانسفورماتور فرکانس بالا استفاده میکنند که علاوه بر ایجاد ایزولاسیون الکتریکی بین شبکه و درایو، حجم، وزن و سایز درایو را نیز کاهش میدهند .در ساختار پیشنهادی اول برای درایو موتور BLDC از مبدل AC/AC با لینک ac فرکانس بالا بر مبنای مبدلpull - pushاستفاده شده است .این مبدل برای کنترل سریع و موثر و نیز سایز کوچک فیلتر، در فرکانس کلیدزنی بالایی عمل میکند .در موتور BLDC گشتاور تولید شده با جریان فاز و نیروی ضدمحرکه الکتریکیemf) - (Backبا سرعت متناسب است .بنابراین جریان ثابت در سیمپیچیهای استاتور همراه با ولتاژ متغیر در ترمینالهای موتور، باعث عملکرد موتور با گشتاور ثابت و سرعت متغیر میشود .از این مطلب برای کنترل درایو با ساختار پیشنهادی استفاده شده است .این ساختار به کمک روش کنترلی بهکاررفته میتواند در صورت نامتعادلی، کمبود و بیشبود ولتاژ ورودی، ولتاژ لینک DC را در ولتاژ مرجع ثابت نگه دارد .همچنین این روش کنترل بصورت ذاتی دارای ویژگی تصحیح ضریب توان میباشد .در ساختار پیشنهادی دوم برای درایو موتور BLDC از مبدل AC/AC با لینک ac فرکانس بالا بر مبنای مبدل Flyback استفاده شده است .با استفاده از این ساختارها نیاز به استفاده از یکسوکننده در ورودی درایو از بین میرود و به این ترتیب تعداد المانهای الکترونیک قدرت کاهش مییابد .ساختارهای پیشنهادی این رساله دارای بهترین نتیجه نسبت به سایر ساختارهای ایزوله و غیرایزوله هستند که از حداقل تعداد کلید قدرت، حداقل تعداد دیود قدرت و ترانسفورماتور فرکانس بالای ایزولاسیون استفاده کرده و قادر به بهبود ضریب توان و کنترل مناسب سرعت و گشتاور موتور BLDC هستند .عملکرد ساختار پیشنهادی با روش کنترلی مربوطه در فصل سوم مورد بررسی قرار گرفته و نتایج شبیهسازی ارائه میگردد .در نهایت در فصل سوم سیستمهای پیشنهادی در شرایط عملکرد مختلف توسط شبیهسازی کامپیوتری شبیهسازی شده و عملکرد آنها با نتایج بدست آمده از شبیهسازی ارزیابی شده است
متن يادداشت
pull converter. The proposed converter operates at a high switching frequency for fast and effective control with additional advantage of a small size filter. Developed torque and back electromotive force (EMF) of a BLDC motor is proportional to its current and speed respectively. Therefore a constant current in its stator windings with variable voltage across its terminals maintains constant torque in a BLDC motor under variable speed operation. This subject is used to control the motor drive with proposed structure, that can fix DC link voltage in desired value even in existence of unbalances, sags and swells of input voltages. This control strategy naturally is capable to correct the power factor too. The second proposed structure uses an AC/AC converter with high frequency link based on Flyback converter. With these structures the requirement of a diode bridge rectifier at the input of drive is eliminated and so the number of power electronic elements is reduced. Proposed structures of this thesis have best results from point view of power switches number, power diodes number and utilization of high frequency transformer in comparative with other isolated and nonisolated structures and are able to improve power factor and control the speed and torque of the BLDC motor properly. Performance of proposed structures with presented control methods is studied in third chapter and simulation results in different conditions is presented -torque characteristics. As a result, many different converter topologies have been developed and various PWM control strategies have been proposed to enhance the performance of the system. Traditional DC motors have been studied for long time. Until now, the reduced part converters have been applied mainly to ac motor drives. However, nowadays, the BLDC motor is attracting much interest, due to its high efficiency, high power factor, high torque, simple control, and lower maintenance. Thus we have been investigating the possibility of the reduced part converter for BLDC motor drives with a suitable control technique. In this thesis: In the first chapter, the structure of BLDC motor and its advantages and disadvantages is briefly described and the BLDC motor is modeled in the form of a set of differential equations. It is necessary for brushless DC motor drives to detect the rotor position. However, the problems of the cost and reliability of rotor position sensors have provided research in the area of position sensorless BLDC motor drives. Some of these sensorless solutions is introduced briefly and then voltage and current control strategies is studied. In the second chapter various configurations, their control schemes and topologies of power factor controllers for brushless DC motor drives is presented. it provides a useful reference for primary research in different drives of these types of motors. For a proper review of different structures, various converters used in BLDC motor drives, along with their block diagrams, advatagies and limitations have been classificated. So, it is possible to have comparative analysis between various strategies. Afterwards, two new structures is proposed and their control methods is analysed. Since the purpose of this thesis is to provide a structure with reduced number of power switches for electrical motor drives, a comparision based on number of switches have been made between available and proposed structures. Proposed structures belong to AC/AC converters family that is known as cycloconverters and with developments of power electronic equipments, are introduced in various structures with great advantages. These structures are used high frequency transformer that can reduce the volume,weight and size of the drive beside providing electrical isolation between AC mains and motor drive. The first proposed structure uses an AC/AC converter with high frequency link based on Push-speed drives is accomplished by two approaches. One is the topological approach and the other is the control approach. From a topology point of view, minimum number of switches is required for the converter circuit. In the control approach, algorithms are designed and implemented in conjunction with a reduced component converter to produce the desired speed-fed inverter, are being used for various purposes in consumer products and industrial applications. Although their technical advantages are generally acknowledged, researchers are focusing on the possibility of cost reduction for these drives. The cost reduction of variable-Speed drives, employing a pulsewidth modulation (PWM) voltage-Variable
نام شخص به منزله سر شناسه - (مسئولیت معنوی درجه اول )