17054

17054

بهبود كنترل ماشين سنكرون پنج فاز تغذيه شده با اينورتر منبع جريان كموتاسيون بار

دكتري

قدرت

بهار 1395

دكتر عباس شولايي

برق

چكيده: سادگي ساختمان و عملكرد، بازدهي بالا، حفاظت ذاتي اتصال كوتاه و خاصيت ذاتي ترمزي از عمده مزايايي هستند كه محركه ماشين¬هاي سنكرون روتور سيم¬پيچي (WFSM) با استفاده از اينورترهاي منبع جريان كموتاسيون-بار (LCI) را به يكي از گزينه¬هاي صنعتي رايج در كاربردهاي توان بالا (بالاتر از يك مگاوات) نظير پمپ¬ها، فن¬ها، كمپرسورها، راه¬انداز توربين¬هاي گازي و غيره تبديل كرده¬اند. در اين رساله، مطالعه¬اي جامع بر روي مدل¬سازي و كنترل دور ساختارهاي مختلفي از اين محركه¬ها صورت گرفته است. ساختارهاي صنعتي موجود براي اين محركه¬ها به انواع محركه¬هاي سه¬فاز و يا شش¬فاز نامتقارن محدود مي¬شوند. در اين رساله، امكان استفاده از اينورترهاي LCI چندشاخه¬اي در كنترل ماشين¬هاي سنكرون چندفاز متقارن (به¬ويژه پنج¬فاز متقارن) نيز بررسي شده است. به¬منظور ايجاد زمينه¬اي براي مقايسه دقيق¬تر بين عملكرد محركه¬هاي چندفاز متقارن و چندفاز نامتقارن، ابتدا روشي با استفاده از تحليل استاتيك اجزاي محدود (FEA) براي محاسبه دقيق ماتريس¬هاي اندوكتانس¬هاي مغناطيس¬كنندگي با درنظر گرفتن مؤلفه¬هاي مكاني معرفي شده است. سپس، با استفاده از توابع كليدزني، الگوريتمي براي تخمين كميت¬هاي مختلف موجود در محركه به¬ويژه گشتاور الكترومغناطيسي در حالت ماندگار پيشنهاد شده است. در هر مرحله، صحت تئوري¬هاي ارائه شده از طريق مقايسه نتايج آن¬ها با نتايج آزمايشگاهي مورد ارزيابي قرار گرفته است. از نتايج اين دو روش براي مقايسه عملكرد مبدل¬هاي LCI در دو ماشين شش¬فاز نامتقارن و پنج¬فاز متقارن از نقطه¬نظر ضربان¬هاي گشتاور و تلفات استاتور بهره برده¬ايم. برخلاف روش¬هاي صنعتي رايج در كنترل محركه¬هاي LCI ماشين¬هاي سنكرون، كنترل برداري در قاب مرجع شار استاتور براي اين نوع از محركه¬ها پيشنهاد شده است. سپس، با استفاده از تشابه بين اين نوع از محركه¬ها و محركه تريستوري ماشين dc، تنظيم¬كننده¬هاي تناسبي-انتگرالي (PI) موجود در سامانه كنترلي طراحي شده¬اند. همچنين، يك تخمين¬گر شار بهبوديافته پيشنهاد گرديده تا در كنار روش كنترل برداري بتوان مؤقعيت روتور را بدون نياز به حسگر تخمين زد. همچنين، ساختاري نوين مبتني بر اينورتر منبع جريان پنج¬سطحي تمام¬تريستوري معرفي شده است. نتايج شبيه-سازي و پياده¬سازي آزمايشگاهي نشان مي¬دهند كه با اعمال اين مبدل به ماشين¬هاي سنكرون، مشكل راه¬اندازي اين محركه¬ها برطرف گرديده و ضربان¬هاي گشتاور، ضريب توان، محتواي هارمونيكي جريان¬هاي استاتور و تلفات استاتور و روتور بهبود قابل ملاحظه¬اي مي¬يابند. كلمات كليدي: تريستور، ضربان گشتاور، قاب مرجع شار استاتور، ماشين سنكرون چندفاز متقارن يا نامتقارن، مبدل پنج¬سطحي منبع جريان، مبدل LCI، هارموني¬هاي شار.

1396/01/19

Control Improvement of Five-Phase Synchronous Machine Fed by Load-Commutated Current-Source Inverter

1/1/1900 12:00:00 AM

ABSTRACT Simple structure and operation, high efficiency, inherent short-circuit protection and regenerative capability are the most important advantages of load-commutated inverters (LCI’s) which have made them a prevalent industrial choice to drive wound-field synchronous machines (WFSM’s) in high-power (higher than 1 Megawatt) applications such as pumps, fans, compressors, gas-turbine starters, etc. In this thesis, a comprehensive study is carried out on the modeling and control of different possible configurations of LCI-fed WFSM drives. The existing industrial topologies of this type of drives are limited to three- or asymmetrical six-phase cases. In this thesis, an investigation is also made on the possibility of employing symmetrical multiphase LCI-fed WFSM drives, e.g., symmetrical five-phase case. In order to provide a background for a more accurate comparison between the symmetrical and asymmetrical multiphase LCI-fed drive operation, first, an approach based on magneto-static finite element analysis (FEA) is introduced to compute magnetizing and leakage inductances matrices considering the space harmonics. Then, an algorithm based on switching functions is proposed to estimate different quantities of the drive, specifically electromagnetic torque, at steady-state. At each point, the validity of the proposed methodologies is assessed against experiments. The results are next utilized to compare the performance of LCI-fed symmetrical five-phase and asymmetrical six-phase WFSM drives from the view-point of torque ripples and stator copper losses. Contrary to the conventional industrial approaches in controlling LCI-fed WFSM drives, field-oriented control in stator flux reference frame is proposed. Afterwards, the integral-proportional (PI) regulators of the control system are adjusted according to the analogy between this drive and the phase-controlled dc-machine drive. Furthermore, an improved flux observer is recommended to estimate the rotor position without the need for encoder. Finally, a novel multilevel current-source inverter based on thyristor devices is proposed. Simulation studies and experimental results reveal that the three-phase LCI-fed drive related drawbacks such as poor starting performance, torque ripples, low power factor and quasi-square waveform of the stator current are improved remarkably by employing the proposed configuration.

: five-level current-source inverter, flux harmonics, LCI, stator flux reference frame, s

sobhan mohamadian

abbas shoulaie