پایان نامه تحلیل و شبیه سازی موتور BLDC با اینورتر ولتاژ شش پالسه

در فصل اول مطالب کلی در رابطه با موتورهای مغناطیس دائم و جایگاه موتور BLDC در صنعت موتورهای الکتریکی گفته می شود. فصل دوم به معرفی اجزای موتور و درایو آن اختصاص دارد. در این فصل بعد از ارائه مدل موتور BLDC روش های مهم کنترل جریان موتور با هم مقایسه می شوند. در فصل سوم انواع روش های مختلف کنترل درایو موتورهای BLDC بحث شده است. در فصل چهارم انواع سنسورهای مختلف موتور BLDC از جمله سنسور نوری و سنسور اثر هال معرفی می شوند. فصل پنجم و ششم به معرفی ساختمان و نحوه عملکرد موتور می پردازد. در فصل هفتم هم نتایج شبیه سازی دینامیکی اینورتر موتور BLDC ارائه می شود.
موتور BLDC دارای ظاهری فیزیکی شبیه به یک ماشین سنکرون سه فاز مغناطیس دایم است. این ماشین عموماً از یک اینورتر شش پالسه تغذیه می شود که یک ولتاژ ثابت را به ولتاژهای سه فاز با فرکانش متناظر با سرعت لحظه ای رتور تبدیل می کند. ترکیب اینورتر – ماشین دارای مشخصه های پایانه خروجی شبیه به موتور به موتور DC شنت است. بنابراین آن را موتور DC بدون جاروبک می نامیم.
BLDCM ها دارای چهار قسمت اصلی می باشند: رتور، استاتور، کموتاتور و سنسور موقعیت رتور. در این موتور آرمیچر بر روی استاتور قرار دارد و میدان از دو یا چند آهنربا که روی رتور نصب می شوند تشکیل می گردد. سیم پیچی این موتورها شبیه سیم پیچی موتورهای AC سنکرون می باشد و تنها از نظر تعیین وضعیت رتور با موتورهای AC سنکرون تفاوت دارند.
رتور از یک محور و یک ترکیب داخلی با ساختار PM تشکیل یافته است. تفاوت اصلی بین یک موتور پله ای و BLDCM در وجود فیدبک موقعیت در رتور BLDCM است. BLDCM از فیدبک برای سوییچ کردن جریان به سیم پیچ های صحیح در زمان مناسب استفاده نماید. از آنجایی که موتور BLDCM گشتاور شروع خیلی کمی تولید می کند در بارهای گشتاور کم نظیر هواکش ها و هوا دمنده ها بسیار مفید است. گشتاور می تواند با استفاده از سیستم کاهش چرخ دهنده افزایش یابد. BLDCM ها دارای یک عمر طولانی و قابلیت اعتماد بالایی ناشی از فقدان جاروبک ها و کموتاتور مکانیکی می باشند. از آنجایی که موتور فاقد کموتاتور مکانیکی است، تداخل نویز RF کمتری ایجاد می کند. BLDCM ها به ولتاژهای اعمال شده خیلی سریع پاسخ می دهند. پاسخ سریع به خاطر جرم کم رتور است. راندمان BLDCM ها بالا بوده و غالباً بیش از ۷۵% است.
BLDCM ها به خاطر سوییچینگ نیمه هادی ترکیبات مدار حس کننده پرهزینه هستند. همچنین گشتاور راه اندازی کمی دارند. این موتورها دارای سرعت فوق العاده ای تا ۳۰۰۰ دور بر دقیقه می باشند. یکی از کاربردهای این موتور در پزشکی شامل خنک کننده های یریوژنیک و موتورهای پمپ قلب مصنوعی می باشد. BLDCM ها همچنین به عنوان راه اندازهای مدار مغناطیسی برای درایوهای ویدیویی و سیستم های انتقال نوار مغناطیسی با قابلیت اعتماد بالا بکار می روند. بعضی از صفحات گردنده استریو هم از این موتور استفاده می نمایند.
موتورهای مغناطیس دائم موتورهایی هستند که در آنها مواد مغناطیسی سخت بکار رفته است. خواص این مواد به گونه ای است که اثر مغناطیس آنها بعد از برداشتن میدان مغناطیس کننده خارجی در آنها باقی می ماند. مواد مغناطیس دائم عموماً جایگزین سیم پیچ های تحریک شده و علاوه بر بالا بردن راندمان (به خاطر حذف تلفات مدار تحریک)، نسبت گشتار به حجم، نسبت گشتار به وزن و سرعت پاسخ دینامیکی را (به خاطر صرفه جویی در وزن) بالا می برند و لذا به عنوان یک انتخاب ایده آل در درایوهای دقت بالا به حساب می آیند. به عنوان مثال می توان از کاربرد این موتورها در ربات ها، اتومبیل برقی، قطارهای مغناطیسی، دیسک درایوهای کامپیوتر و چاپگرها نام برد.

فهرست مطالب

پیشگفتار
فصل اول: معرفی موتورهای مغناطیس دایم
مقدمه
تاریخچه
انواع ماشین های مغناطیس دایم و طبقه بندی آنها
کاربرد
ارزیابی اقتصادی
مقایسه موتور BLDC با سایر موتورها از نظر فنی
کاربردهای کنترل سرعت و کنترل موقعیت
فصل دوم: آشنایی با ساختمان و عملکرد موتور BLDC
مقدمه
مشخصات عمومی سیستم
روابط حاکم بر مجموعه بار – موتور – درایو
بار
بخش مکانیکی موتور
بخش الکتریکی موتور
مغناطیس های دایم
اصول مغناطیس های دایم
مواد مغناطیس دایم
ساختار رتور موتورهای مغناطیس دایم
رتور
استاتور
محاسبه ضریب خودالقایی فازهای استاتور
محاسبه ضریب خودالقایی متقابل بین فازهای استاتور
محاسبه ولتاژ القا شده در هر فاز استاتور
اصول تولید گشتاور
مدل بخش الکتریکی موتور
هدایت دو فاز
هدایت سه فاز (کموتاسیون)
مدل موتور BLDC
درایو
کلیدهای قدرت
سنسورها
افزایش جریان
کاهش جریان
فصل سوم: روش های مختلف کنترل درایو موتور BLDC
مقدمه
تاریخچه
کنترل خطی
کنترل در فضای حالت
کنترل تطبیقی
کنترل مقاوم
کنترل غیرخطی
شبکه های عصبی
کنترل فازی
فصل چهارم: سنسورهای موتور BLDC
مقدمه
سنسورهای مورد نیاز در یک موتور BLDC از دیدگاه اول
ملاحظات کنترل بر کمیت های الکترومغناطیسی
ملاحظات مربوط به گردآوری سنسور و موتور در یک مجموعه
سنسورهای مورد نیاز در یک موتور BLDC از دیدگاه دوم
سنسورهای جریان
سنسور موقعیت
سنسورهای نوری و سنسورهای اثر هال
تحلیل گر الکترومغناطیسی جهت تخمین موقعیت رتور
اینکودر نوری برای حس موقعیت
تخمین سرعت و موقعیت
نتیجه گیری
فصل پنجم: آشنایی کلی با انواع اینورترها
مقدمه
تاریخچه
پارامترهای یک اینورتر
مروری بر انواع اینورتر
انواع محرکه های فرکانس متغیر
اینورترهای منبع ولتاژ با مدولاسیون پهنای پالس
مروری اجمالی در مورد انواع روش های PWM
سیستم های محرک الکتریکی یکسو کننده – اینورتر
فصل ششم: تحلیل موتور DC بدون جاروبک با دو نوع محرکه اینورتر
بیان عملکرد اینورتر در دستگاه مرجع گردان سنکرون
اینورتر ولتاژ پیوسته شش پالسه
اینورتر PWM شش پالسه
محرک های اینورتر – موتور DC بدون جاروبک
اینورتر جریان پیوسته شش پالسه
اینورتر جریان ناپیوسته شش پالسه
فصل هفتم: شبیه سازی دینامیکی اینورتر – موتور BLDC
شبیه سازی اینورتر ولتاژ پیوسته شش پالسه
رمزگشای کموتاسیون
شبیه سازی اینورتر ولتاژ پیوسته شش پالسه موتور BLDC با اعمال بار پله
شبیه سازی اینورتر ولتاژ پیوسته شش پالسه موتور BLDC با اعمال بار تابعی از سرعت
شبیه سازی اینورتر ولتاژ پیوسته شش پالسه موتور BLDC با اعمال بار پله و تنظیم کننده سرعت
مراجع