16373

16373

تحليل و كنترل همزمان چند موتور القايي خطي سرعت يكسان چندفازه

دكتري

قدرت

آذر 1395

دكتر عباس شولائي

برق

نگاهي گسترده بر تحقيقات پيشين نشان مي¬دهد كه با وجود كاربردهاي روز¬افزون موتورهاي القايي خطي در بسياري از صنايع از جمله صنعت حمل و نقل ريلي و همچنين ويژگي¬هاي برجسته موتورهاي القايي با تعداد فازهاي بيشتر از سه، تاكنون تحقيقات قابل¬توجهي در زمينه موتورهاي القايي خطي چندفازه انجام نگرفته است. در اين رساله، سعي شده است تا با مطالعه بر روي موتورهاي القايي خطي چندفازه، خلأ تحقيقاتي موجود تا حد امكان برطرف گردد. همچنين، از اين رهگذر امكان بهره¬مندي از مزاياي تلفيق موتورهاي القايي خطي و موتورهاي القايي چندفازه نظير قابليت كنترل همزمان و مستقل چندين موتور القايي خطي توسط يك منبع تغذيه اينورتري در صنايع فراهم آيد. از¬اين¬رو، در گام نخست اين رساله تلاش شده است تا مدل¬ ديناميكي موتور القايي خطي چندفازه با درنظرگرفتن اثر انتهايي استخراج گردد. در ادامه، به مطالعه اينورترهاي منبع ولتاژ چندفازه ¬به¬عنوان سيستم-هاي تغذيه اصلي محركه موتورهاي القايي خطي پرداخته شده و روابط جديدي جهت تحليل هارمونيكي ولتاژ خروجي اينورتر هفت¬فازه و نيز محاسبه تلفات هارمونيكي مربوط به آن استخراج گرديده است. همچنين در اين راستا، ارزيابي نسبتاً جامعي در زمينه اينورترهاي منبع ولتاژ چندسطحي CHB و روش¬هاي مدولاسيون آنها با رويكرد كاهش اعوجاج هارمونيكي در ولتاژ خروجي اينورتر و جريان سمت شبكه صورت گرفته است. جهت تأييد نتايج تئوري، سيستم آزمايشگاهي متناظر نيز طراحي و ساخته شده است. در گام بعدي اين رساله، به كنترل¬برداري موتور القايي خطي چند¬فازه پرداخته شده و جهت بهبود پاسخ ديناميكي محركه، از كنترل¬كننده منطق¬فازي استفاده گرديده است. به¬علاوه، با رويكرد كاهش اعوجاجات هارمونيكي در محركه، از يك اينورتر پنج¬سطحي CHB جهت تغذيه موتور استفاده شده است. در اين رساله همچنين به مطالعه كنترل¬برداري همزمان و مستقل سه موتور القايي خطي هفت¬فازه توسط يك منبع اينورتري پرداخته شده است و تأثير استفاده از كنترل¬كننده منطق¬فازي در كاهش نيروهاي وارده بر اتصالات ميان موتورها مورد بررسي قرار گرفته است. به¬علاوه، به¬منظور اعتبارسنجي مباحث تئوري مطرح شده در رساله، نتايج آزمايشگاهي مربوط به سه موتور القايي خطي سه¬فازه، پنج¬فازه و هفت¬فازه ساخته¬شده در آزمايشگاه تحقيقاتي نيز ارائه شده است. از آنجايي¬كه يكي از كاربردهاي مهم موتورهاي القايي خطي در حوزه صنايع حمل و نقل ريلي سرعت بالا مي¬باشد، مطالعه جامعي در زمينه كنترل¬برداري موتور القايي خطي در ناحيه تضعيف شار با درنظرگرفتن اثر انتهايي نيز انجام شده و در اين خصوص، روابط جديدي جهت تعيين شار مرجع در نواحي نيرو ثابت، تضعيف شار جزئي و تضعيف شار كلي و همچنين محاسبه سرعت پايه و سرعت بحراني استخراج گرديده است.

1395/11/02

1/1/1900 12:00:00 AM

According to the previous technical literatures, although Linear Induction Motors (LIMs) are widely utilized in many industrial applications such as electrical railway industry an​d in spite of superior advantages of induction motors with more than three phases, until now considerable investigations have not been reported in case of multiphase LIMs. To cover the mentioned lack of research, in this thesis an effort is made to present a comprehensive study of multiphase LIMs. Furthermore, this makes it possible to benefit from the privileges achieved by the combination of LIMs an​d multiphase induction motors such as simultaneous an​d independent control of multiple multiphase LIMs through a single voltage source inverter (VSI) in the industries. Accordingly, in the first stage of this thesis the dynamic model of the multiphase LIM considering the end effect is extracted which can be utilized in study an​d simulation of multiphase LIMs especially in vector control applications. Then, a comprehensive study of multiphase VSIs have been carried out as the main supply systems in multiphase LIM drives an​d new equations have been derived for harmonic analysis of seven-phase inverter voltages an​d also for its harmonic losses calculation. Moreover, a comparative eva​luation of different modulation strategies of CHB multilevel VSI have been performed an​d also their influences on the distortion of inverter output voltage an​d the input current at power grid side have been carried out. In order to complete this investigation an​d to verify the theoretical results, an experimental set up has been designed an​d constructed. As well, the obtained results are compared with the theoretical an​d simulation results. In the next stage of this research, the equations which are required in vector control of multiphase LIMs considering the end effect is extracted. Then the vector control of a seven-phase LIM prototype has been studied an​d simulated. In order to improve the dynamic response of the drive, the PI controller optimized using both genetic algorithm an​d fuzzy logic controller have been applied. In addition, to investigate the harmonic distortion of the seven-phase LIM drive, a five-level CHB inverter has been utilized to supply the drive an​d its effect on the improved THD index has been compared with the traditional two-level VSI. In addition, in this thesis the principles of simultaneous control of multiple multiphase LIMs supplied through a single VSI have been investigated. As an instance the independent vector control of three seven-phase LIMs fed through a single VSI has been studied. In order to decrease the unwanted forces imposed to the rigid conjunctions between the LIMs, fuzzy logic controller has been successfully applied. Furthermore, to complete the consequences of this work an​d to validate the attained theoretical results, three prototypes including three-phase, five-phase, an​d seven-phase LIM have been constructed in the experimental laboratory. Finally, because of extensive application of LIMs in high-speed electrical railway industry, a comprehensive study have been performed in the case of vector control of LIMs above the nominal speed an​d in the flux weakening region considering the end effect. In this regard, new equations have been extracted for determining the reference flux in the constant force region, partial flux weakening region an​d full flux weakening region an​d also for calculation of the base an​d critical speed in the vector control diagram of LIM drives.