20976

۲۰۹۷۶

كنترل موتور القايي با استفاده از اينورتر چندسطحي در حالت خطا

دكتري

قدرت

۱۳۹۱

۱۳۹۸/۴/۲۹

دكترعباس شولائي

برق

كنترل موتورهاي الكتريكي ولتاژ بالا با استفاده از اينورترهاي چندسطحي يكي از مباحث مطرح در بسياري از صنايع كشور است. به‌طوري‌كه اين محركه‌هاي الكتريكي بيشتر براي موتورهاي با توان 1 تا چهار مگاوات و با ولتاژ بين 3/3 تا 6/6 كيلوولت بسيار رايج شده‌اند. قيمت بالاي اين دستگاه‌ها و همچنين اهميت مكان‌هايي كه اين دستگاه‌ها نصب مي‌شوند موجب شده است تا كاربران اين سيستم‌ها به قابليت اطمينان آن‌ها توجه ويژه‌اي داشته باشند. براي افزايش قابليت اطمينان اينورترهاي چندسطحي بر اساس پل H مراجع زيادي مي‌توان يافت كه سعي مي‌كنند با الگوريتم‌هاي رياضي ولتاژ خروجي اينورترهاي دچار خطا را متعادل سازند. نكته‌اي كه درباره اين اينورترها موردتوجه قرار نگرفته مدل‌سازي اينورترهاي دچار خطا شده است. در اين رساله به منظور نشان دادن اهميت مدل‌كردن رفتار غيرخطي اينورتر به‌ويژه براي موتور كم‌بار، نشان داده خواهد شد كه چگونه عدم مدل‌كردن رفتار غيرخطي اينورتر مي‌تواند موجب رفتار ناهنجار موتور القايي شود. براي نيل به اين هدف به‌صورت پله به پله، ابتدا روشي عددي براي بهبود عملكرد اينورترهاي دوسطحي كه در صنايع ولتاژ پايين بسيار رايج هستند، ارائه خواهد شد؛ سپس روشي كلي براي مدل‌كردن رفتار غيرخطي اينورترهاي منبع ولتاژ به‌منظور استفاده در تخمين پارامترهاي موتور القايي ارائه مي‌شود به‌طوري‌كه اين روش حتي براي اينورترهاي دچار خطا شده نيز قابل استفاده است و باعث افزايش دقت تخمين پارامترهاي موتور مي‌شود. يكي از مسائل حل‌نشده براي اينورترهاي چندسطحي بر اساس پل H كه بعضي از سلول‌هاي آن‌ها از مدار خارج‌شده‌اند، افزايش ولتاژ dc بعضي از سلول‌ها در هنگام عملكرد عادي مبدل در برخي از ضريب توان‌هاي بار است. بعضي از مراجع سعي كرده‌اند با تغيير ولتاژ مرجع، مانع از خطاي اين اينورترها در اين ضريب توان بار شوند. در اين رساله، نشان داده‌شده است كه با كنترل برداري ضريب توان موتور القايي مي‌توان قابليت اطمينان اين مبدل‌ها را افزايش داد و مانع از افزايش ولتاژهاي بعضي از سلول‌ها شد. همچنين روشي براي بهبود تخمين اندوكتانس استاتور موتور القايي پيشنهادشده و به‌صورت آزمايشگاهي صحت آن بررسي مي‌شود. در پايان، تأثير مدل‌سازي منحني غيرخطي اينورتر منبع ولتاژ بر كنترل بدون حسگر موتور القايي در سرعت‌هاي پايين ارائه مي‌گردد. واژه‌هاي كليدي: مدل‌سازي منحني غيرخطي اينورترهاي منبع ولتاژ، اينورتر چندسطحي پل H، تخمين پارامترهاي موتور القايي،كنترل ضريب توان موتور القايي، كنترل بدون حسگر موتور القايي.

1398/06/09

Control of an induction motor by using a multilevel inverter under faulty condition

8/31/2019 12:00:00 AM

The control of high voltage electrical motors by using multilevel inverters has become one of the interesting fields in our country’s industrial applications. These electrical drives are very common for motors with a power rating between 1 MW up to 4 MW and the voltage rating between 3.3 KV and 6.6 KV. These systems are very expensive and are usually installed in critical places. Therefore, the manufacturers and the users of these devices pay close attention to their reliability and maintenance. There are many research works with the focus on the reliability enhancement of the multilevel-cascaded H-bridge inverters in which the efforts have been made to balance the output voltages of a faulty inverter based on various mathematical algorithms. However, the modeling of these inverters under faulty condition has not been considered in the literatures. In this thesis, in order to show the importance of the inverter nonlinearity modeling, it will be shown how neglecting the inverter nonlinearity can lead to the induction motor instability while driving light loads. In order to achieve the model of multi-level inverters systematically, at first, a numerical method is presented to improve the performance of two-level inverters that are very common in low-voltage industrial applications. Then, a general method for modeling the nonlinear behavior of voltage-source inverters is proposed to be used in induction motor parameter estimation process (auto-tuning). One of the unresolved issues of the multilevel-cascaded H-bridges is an unwanted dc voltage increase of some cells when the inverter is operating with some H-bridge modules being bypassed. This occurs at special motor power factor operating conditions. Many research articles have tried to prevent the shut down of these inverters at these load power factors by changing the reference voltages. In this thesis, it has been shown that the reliability of the converter can be improved by vector control of the induction motor power factor and it prevents the increase of the dc voltages of power cells. In addition, a method has been proposed to improve the estimation of the stator inductance. The validity of this method is verified experimentally. At the end, the effect of the modeling of voltage source inverter nonlinearity on sensorless vector control of an induction motor at low speeds is presented. Keywords: Modeling the nonlinear curve of voltage source inverter, multilevel-cascaded H-bridge, induction motor parameters estimation, induction motor power factor control.