• رلوکتانس فاصله هوائی

آنچه که در روش مدار معادل مغناطیسی از اهمیت بالائی برخوردار است محاسبه رلوکتانس مسیرهای عبور شار یا به عبارت دیگر لوله های شار است. در ] ۲۴-۲۸ [روش های مختلف محاسبه لوله های شار ارائه شده است. رلوکتانس لوله های شار با توجه به منحنی مغناطیسی ماده تشکیل دهنده آنها محاسبه می گردند. در روش مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته بر اساس شکل خطوط شار که با بهره گرفتن از روش اجزاء محدود بدست آمده است، به ازای هر وضعیت روتور یک مدار معادل مغناطیسی جداگانه ارائه می گردد. به منظور سادگی بدون آنکه در دقت مسئله تاثیر زیادی ایجاد گردد، می توان تعداد مدلهای مورد استفاده را به دو مدل تقلیل داد. مدل اول در موقعیت همپوشانی قطبهای روتور و استاتور مورد استفاده قرار می گیرد و مدل دوم وقتی که قطبهای روتور و استاتور هیچگونه همپوشانی ندارند، استفاده می گردد.
۲-۸-۳- مدل مبتنی بر آنالیز اجزای محدود
روش مدلسازی موتور سوئیچ رلوکتانس در این تحقیق بر اساس روش آنالیز اجزای محدود است که در بخش ۲-۱۰ به تفصیل شرح داده خواهد شد.

• 1. 1. مدار سوئیچینگ موتور سوئیچ رلوکتانس ]۲۰[

   

گشتاور تولید شده در موتور SR، متناسب با مجذور جریان تحریک فاز بوده، پس مستقل از جهت جریان است، لذا جریان تحریک موتور می تواند یکطرفه باشد. این مسئله باعث ساده تر شدن مدارهای کنترلی موتور نسبت به سایر موتورها می گردد. مدارهای مختلفی برای کنترل SRM ارائه شده است ] ۳۴-۳۷[. تغذیه DC موتورسوئیچ رلوکتانس معمولا توسط یک پل یکسوکننده دیودی همراه با فیلتر LC فراهم می گردد. از کلید های نیمه هادی قابل کنترل در مدار سوئیچینگ موتورSR استفاده می شود. از ویژگیهای مهم کانورترهای تغذیه موتور SR نسبت به کانورترهای تغذیه ماشین های جریان متناوب، عدم رویداد اتصال کوتاه در باس DC کانورتراست که به سهم خود باعث افزایش قابلیت اطمینان سیستم می گردد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در شکل (۲-۶) برخی از مدارهای سوئیچینگ موتورسوئیچ رلوکتانس سه فازنشان داده شده است. درمدارشکل (۲-۶-a)، برای موتورSR سه فاز، شش کلید بکاررفته است. درحالت کلی اگرتعداد فازهای موتور برابر با n باشد، در روش کنترلی فوق تعداد کلید های نیمه هادی کنترل شده ۲n، خواهدشد. دراین مدار کلید های قسمت بالا و پائین هر فاز باید در شروع هر پریود هدایت یا گام کارکرد، بطور همزمان روشن شده و در لحظه کموتاسیون بطور همزمان خاموش گردند. در مواقعی که جریان فاز از حد مجاز بیشتر گردد،کنترل کننده عمل برش، را انجام داده و سطح جریان فاز را در یک باند هیسترزیس قرار می دهد. به این منظور در مدار فوق کلیدها قطع شده و جریان فاز در مسیری که توسط سیم پیچی و دیودهای چرخش آزاد فراهم می گردد،کاهش می یابد. در این مدار ولتاژ ورودی به هر فازموتور وابسته به زوایای کنترلی است و می توان این ولتاژ را بصورت زیر نشان داد:
(۲-۱۳)  زوایای اتصال (  ) و هدایت (  ) نقش مهمی در عملکرد وکنترل موتور سوئیچ رلوکتانس دارند. برای بررسی دقیقتر در شکل (۲-۷)، منحنی موج جریان ایده آل، شارمغناطیسی و اندوکتانس نشان داده شده است. در زاویه  ، ولتاژ (  ) ودر زاویه  ، ولتاژ(  ) به سیم پیچی فاز استاتور اعمال می گردند. تغییرات شار مغناطیسی بصورت خطی و ایده آل با توجه به رابطه  ، بدست می آید. زاویه روشن شدن(  )یاید جلوتر از ناحیه افزایش اندوکتانس باشد، زیرا در این ناحیه اندوکتانس مقدار حداقل خود را دارا بوده و جریان فرصت لازم را برای رسیدن به مقدار مناسب قبل از ناحیه تولیدگشتاور دارد. با ورود به ناحیه تولیدگشتاور به دلیل وجود نیروی ضدمحرکه و افزایش اندوکتانس سیم پیچی، جریان کاهش می یابد .هرچه سرعت موتور بیشتر باشد، باید زاویه  ، زودتر اعمال گردد. کلید نیمه هادی در زاویه  ،خاموش شده و ولتاژ(  ) باعث کاهش شار مغناطیسی می گردد. در زاویه  ، عبور جریان از سیم پیچی متوقف می شود. در طول زاویه هدایت (  ) انرژی از منبع تغذیه به موتور ودر طول زاویه (  ) انرژی از فاز موتور به منبع تغذیه یا فاز دیگری که روشن شده انتقال می یابد. زاویه  معمولاً قبل از ناحیه حداکثر اندوکتانس انتخاب می گردد، تااطمینان حاصل شود که عبور جریان قبل از ناحیه تولید گشتاور منفی به اتمام رسیده است. در سرعتهای بالا، باید زاویه‌  بقدرکافی جلوتر از ناحیه تولیدگشتاور مثبت انتخاب گردد، تا زمان لازم برای ایجاد جریان مورد نیاز تامین گردد. در سرعتهای کم، زمان کافی برای افزایش جریان وجود دارد بنابراین باید از افزایش بیش از حد جریان جلوگیری گردد. لذا در این حالت از یک محدودکننده جریان استفاده می شود. این محدودکننده جریان با روش PWM باند هیسترزیس جریان را طوری کنترل می کند که جریان از یک باند معین تجاوز نکند. سطح مرکزی این باند توسط سطح لازم جریان برای تولید گشتاور خروجی مطلوب تعیین می گردد.

شکل (۲-۶): مدارهای سوئیچینگ موتور سوئیچ رلوکتانس ]۲۰[
با توجه به توضیحات داده شده می توان استراتژیهای کنترلی موتور سوئیچ رلوکتانس را بصورت زیر تقسیم بندی نمود:

• حالت کنترل تک پالس^([۵])، برای سرعتهای بالا

- حالت کنترل برشی^(۲)، درسرعتهای کم

شکل(۲-۷): شکل موج ایده آل جریان، شار و اندوکتانس سیم پیچی ]۲۰[
در درایو های کوچک بهتر است ازکنترل PWM در تمام محدوده سرعت استفاده شود. در این نوع درایو ها بهتر است از مدارکنترلی مطابق شکل (۲-۶ – b ) استفاده نمود. در این مدارعمل برش توسط یک کلید بطور مشترک در تمام فازها صورت می گیرد، این مدار به ازاء n فاز موتور نیاز به n+1 کلید نیمه هادی کنترل شده دارد. کوششهای زیادی توسط محققین جهت کاهش تعداد کلید های نیمه هادی کنترل شده انجام شده است. نمونه ای از این مدارها در شکل(۲-۶c- ) و (۲-۶ -d) نشان داده شده اند. در این مدار به ازای n فاز موتور n کلید نیمه هادی کنترل شده بکار رفته است. در شکل (۲-۶-c) تعداد سیم پیچی هرقطب نسبت به مدارهای کنترلی دیگر شکل(۲-۶) دو برابر شده و در هنگام قطع کلید فاز موتور ولتاژهای بزرگی بر روی کلید قرارمی گیرد. در شکل(۲-۶-d) برای تغذیه هر فازتنها از یک کلید کنترل شده و یک دیود استفاده شده است. همانطورکه از شکل مدار مشخص است، منبع تغذیه DCباید سر وسط داشته باشد. به همین منظوراز یک مقسم خازنی استفاده شده است. در این روش کنترلی باید ولتاژ منبع تغذیه نسبت به روش های کنترلی دیگر شکل (۲-۶) دو برابرباشد. از طرف دیگر برای حفظ تساوی سطح ولتاژ بین دو نیمه تغذیه باید بارگذاری بصورت متعادل انجام گردد، لذا این توپولوژی برای ماشین هائی با تعداد فاز زوج مناسب می باشد.

• 1. 1. مدل سازی موتور سوئیچ با بهره گرفتن از روش اجزای محدود

   

یک موتور سوئیچ رلوکتانس ساخت شرکت اولتون با مشخصات ۵/۴ کیلو وات و ۲۶۰ ولت برای آنالیز به روش اجزای محدود و مدل سازی موتور انتخاب شده است . ابعاد و پارامترهای موتور انتخاب شده در جدول ۲-۱ و شکل ۲-۸ ارائه گردیده است . سرعت پایه موتور ۱۰۰۰ دور در دقیقه می باشد.

شکل ۲-۸- ساختار موتور ]۲۰[
جدول ۲-۱- پارامترهای موتور انتخاب شده ]۲۰[
SRM parameters (all dimensions in millimeters)

Shaft radius
۱۵.۰

Inner radius of rotor
۳۰.۳

Outer radius of rotor
۴۷.۸۲