17395

17395

شبيه سازي و پياده سازي كنترل بهينه موتور سنكرون مغناطيس دائم سه و چندفازه با رويكرد حداقل سازي تلفات

دكتري

قدرت

ارديبهشت 1396

پروفسور عباس شولايي

برق

در كاربردهاي مختلفي همچون پمپ، كمپرسور، سيستم هاي تهويه هوا، خطوط توليد كارخانجات، انواع فن و پروانه ها و ... به علت متغير بودن گشتاور و سرعت خروجي، ظرفيت بالايي جهت بهبود بازدهي وجود دارد كه با توجه به سهم قابل توجه اين قبيل سيستم ها در مصرف برق، كاهش مصرف انرژي توسط آنها حتي به ميزان چند درصد، تأثير بسزايي در كل مصرف انرژي خواهد داشت. بررسي تحقيقات پيشين نشان مي دهد كه مشكل اصلي روش هاي موجود در كنترل حداكثر بازده موتورهاي سنكرون مغناطيس دائم با آهنرباي دروني، پيچيده بودن شرط حداقل سازي تلفات و همچنين پيچيدگي پياده سازي آن مي باشد. لذا در اين رساله، براي حل اين مشكلات، ابتدا از يك مدل تقريبي موتور سنكرون مغناطيس دائم بهره گرفته شده تا شرط حداقل سازي تلفات به فرم ساده تري تبديل گشته و از طرفي از يك كنترل كننده براي حل مستقيم شرط حداقل سازي تلفات استفاده گرديده است. سپس تأثير تغييرات پارامترهاي موتور و همچنين تأثير بكارگيري جبران ساز پارامترها تحت اين شرايط بر روي چهار روش مختلف كنترل موتورهاي سنكرون مغناطيس دائم مورد بررسي قرار گرفته اند. همچنين روشي جهت جبران سازي پارامترها با هدف بهبود سرعت روش هاي متداول مبتني بر جستجو ارائه شده است. در اين روش پيشنهادي جهت افزايش سرعت رسيدن به نقطه حداكثر بازدهي، حدس اوليه از نقطه كار، بر اساس روش مبتني بر مدل تعيين گرديده، سپس بر اساس روش اغتشاش و مشاهده، نقطه كار حداكثر بازده تعيين مي گردد. روش جبران-سازي پارامتر تركيبي و همچنين روش متداول مبتني بر جستجو به صورت آزمايشگاهي پياده گرديده و با يكديگر مقايسه شده اند. با توجه به اهميت زياد كاهش تلفات در ناحيه توان ثابت، بهره گيري از تضعيف شار ذاتي در روش هاي حداقل سازي تلفات موجب افزايش حداكثر سرعت قابل حصول روي منحني توان ثابت مي گردد. از طريق سه روش مختلف شامل محاسباتي، شبيه سازي و آزمايشگاهي، تأثير محدوديت ولتاژ بر روي حداكثر سرعت قابل حصول روي منحني توان ثابت بدون تضعيف شار خارجي بررسي گرديده است. سيستم هاي محركه چند موتوره چندفازه يكي از زمينه هاي هستند كه به علت افزايش تلفات مسي و كاهش بازده، نيازمند بكارگيري روش هاي حداقل سازي تلفات جهت بهبود راندمان كل سيستم مي باشند. لذا روش كنترل حداكثر بازده، جهت بكارگيري در اين سيستم ها اصلاح گرديده اند. در روش پيشنهادي به عنوان نمونه در يك سيستم دو موتوره، با لحاظ نمودن تلفات مسي اضافي در موتور اول، ناشي از جريان هاي مرجع موتور دوم، در تلفات كل موتور دوم، تلفات كل سيستم دو موتوره به صورت يك پارچه حداقل مي گردد.

1396/03/16

1/1/1900 12:00:00 AM

In different applications, such as pump, compressor, ventilation, conveyor systems, fans and propellers, there is a high potential for improvement of efficiency due to variation of output torque and speed. According to great deal of power consumption by these applications, improvement of efficiency even by a few percent has a great impact on total energy consumption. A review on previous researches shows that the main problems of maximum efficiency control methods of permanent magnet synchronous motors are difficulty of loss minimization condition and also difficulty in its implementation. Therefore in this thesis, in order to resolve these problems, an approximate model of permanent magnet synchronous motors is utilized to simplify the loss minimization condition; and a controller is used to directly solve the loss minimization condition. Afterwards, impact of parameter variation on four different control methods of permanent magnet synchronous motors and also the effect of utilizing parameter compensator in these situations are investigated. Then, a method is proposed in order to compensation of parameter variation with the aim of improving the response time of method. In the proposed method in order to improvement of response time to reach optimum point, initial guess of the operating point would be obtained from model-based method; then based on perturb and observe method, final optimum operating point will be obtained. Both of hybrid compensation method and search-based method are implemented experimentally and compared with each other. According to importance of loss reduction in constant power region, utilizing inherent field-weakening of loss minimization methods leads to increment of maximum attainable speed on constant power curve. Via three different approaches of calculation, simulation and experiments, effect of voltage limitation on maximum attainable speed on constant power curve is investigated. Multiphase multimotor drive systems need to utilize loss minimization methods due to increment of copper loss and reduction of efficiency in these systems. Therefore, maximum efficiency control method is modified for utilizing in these systems. In the proposed method, typically in a two-motor system, extra copper loss of the first motor, caused by reference currents of second motor, is considered in loss-minimization equations of second motor; therefore the total controllable loss of whole system will be minimized in a unified form.