بازسازی جریان فازهای موتور سوییچ رلوکتانس با هدف کاهش حسگر جریان+ کد ها+ فیلم

ابتدا میتوانید یک ویدیو از این مطلب ببینید.

خب سیستم این شبیه‌سازی را آمدیم یک مقدار تغییر دادیم. یک بلوکی اینجا ایجاد کردیم. (ω to position):

که این قبلاً هم بود و ما آمدیم آن را به‌صورت یک بلوک درآوردیم به این جهت که وجودش باعث می‌شود که یک مقدار سیم‌بندی‌های ما و این سیم‌هایی که اینجا قرار دارد یک شکل و شمایل بهتری بگیرد و آن شلوغی اولیه را نداشته باشد.

ω می‌آید توی این Encoder1:

همان چیزی که قبلاً بود و داخل یک gain می‌شود:

حالا gainاش هم مشخص هست که هست:

و بعد از اینکه داخل این gain شد، می‌آید و ω را برحسب rpm می‌گیرد و به rad/sec تبدیلش می‌کند و بعد وارد یک بلوک pid می‌شود:

و بعد وارد mod می‌شود:

و خروجی آن به‌عنوان position برای ما به‌وجود می‌آید:

و حالا یک سری خروجی‌های دیگر هم داشت که این خروجی‌ها فعلاً‌ توی این Encoder به درد ما نمی‌خورد:

و به همین جهت فقط از positionاش استفاده می‌کنیم و همچنین این position به‌عنوان ورودی دو تا lookup table هست که مشخصات سیستم ما را برای ما معین می‌کند که اولین lookup table یک lookup table یک‌بعدی و یک‌ورودی هست:

و دومی دو ورودی دارد که ورودی دوم آن خروجی lookup table اول هست:

و اینها در شبیه‌سازی قبلی ما هم وجود داشتند. کار اصلی ما هم که اینجا انجام دادیم convertor هست:

که آمدیم convertor را تک‌سنسوره کردیم:

چهار سنسوری که قرار داشت را به‌نحوی حذف کردیم و ترمینال‌هایش را بستیم:

و با تک‌سنسور الآن سیستم ما کار می‌کند و برای جایگزین کردن آن سنسورها راهی را اندیشیدیم و آن این بود که یک‌سری تأخیرهایی را به این سنسور اولی دادیم:

و با سه تا بلوک تأخیر شبیه‌سازی را نتیجه گرفتیم و می‌شود حالا تک‌سنسوره را با چهارسنسوره با همدیگر مقایسه کنیم و نتایج را درنهایت ببینیم. حالا اگر شبیه‌سازی را Run بکنیم و منتظر بمانیم که Run شود:

می‌بینیم که شبیه‌سازی به‌راحتی Run می‌شود و مشکلی از جهت Runشدن ندارد و حالا خروجی‌ها را می‌شود دید و با خروجی‌های قبلی مقایسه کرد که ω هست، flux هست و گشتاور و میزان جریان ما هستند که خروجی‌های جریان ما را تشکیل می‌دهند. حالا اگر بیایم اینجا روی scope می‌بینیم که خروجی‌ها به چه نحوی تغییر کردند و مسلما با حالت تک‌سنسوره با همدیگر متفاوت هستند:

بررسی و تحلیل مدار

از این رو، همه‌ي جریان‌های مغناطیس‌زدایی مشمول نیستند و تنها مجموع جریان‌های تحریکی در جریان dc-link نمونه مشمول شدند.

شکل 1 روش نمونه‌گیری جریان dc-link

توابع سوییچ مبدل به صورت زیر تعریف شده است:

جریان dc-link به صورت عبارت‌هایی از جریان‌های فازی و توابع سوییچ به صورت زیر بیان شده است:

رابطه‌ی بین جریان dc-link و حالت‌های تغییروضعیت مبدل در دنباله‌ي تحریک فاز در جدول 1 ارائه شده است. وقتی که جریان A فاز در جریان dc-link در نظر گرفته شده، حداکثر 3 تغییر وضعیت وجود دارد

جدول 1 رابطه‌ی بین جریان dc-link و تغییر وضعیت‌ها

اگر جریان‌های فاز در مناطق تحریک همپوشانی شوند، جریان dc-link ظاهرا جریان فازی در منطقه‌ي فعال فاز است، و همه‌ی جریان‌های فازی می‌توانند مستقیما با ضرب جریان dc-link و سیگنال‌های محرک بدون تزریق پالس با فرکانس بالا، به دست آيند.

اگر دو جریان فازی در مناطق تحریک همپوشانی شوند، یکی بازسازی جریان فاز‌ A را به طور مثال بر می‌دارد. همانطور که در معادله‌ی 3 نشان داده شده است، جریان dc-link در ناحیه‌ی I برابر مجموع جریان‌های فاز‌ A و D است. در این نقطه، اگر سوییچ-پایین فاز D خاموش باشد، جریان dc-link تنها برابر جریان فاز A خواهد بود؛ اگر سوییچ-پایین فاز A خاموش باشد، جریان dc-link برابر جریان فاز D خواهد بود. با این حال، تنها جریان فاز A در جریان dc-link در ناحیه‌ي II مشمول شده است. در ناحیه‌ي III، جریان dc-link برابر مجموع جریان‌های فاز A و B است. در نتیجه، اگر سوییچ-پایین فاز B خاموش باشد، جریان dc-link تنها برابر جریان فاز A است؛ و اگر سوییچ-پایین فاز A خاموش باشد، جریان dc-link تنها برابر جریان فاز B است.

بنابراین جریان d-link در ناحیه‌ي همپوشانی را می‌توان به صورت زیر بسط داد:

به منظور بازسازی جریان فاز A، پالس فرکانس بالا، PWM_1، با یک سیکل وظیفه‌ی گسترده به سوییچ-پایین فاز‌های B و D در ناحیه‌ي همپوشانی I و III تزریق شده است و یک کانال مبدل A/D، A/D_1، راه اندازی شد تا جریان DC-LINK را در مکث میانی PWM_1 نمونه گیری کند، که می‌تواند جریان فاز A را در نواحی I و III بازسازی نماید.

از انجا که جریان DC-LINK در ناحیه‌ي II برابر جریان فاز A است، جریان نمونه‌گرفته شده در ناحیه‌ي برابر جریان فاز A بازسازی‌شده در ناحیه‌ي روشن (فعال) است.

به طور مشابه، به منظور بازسازی جریان فاز D در ناحیه‌ی I و جریان فاز B در ناحیه‌ي III، یک پالس اضافی فرکانس بالا، PWM_2 با سیکل وظیفه‌ی مشابه و چند فاز-شیفت از PWM_2 نیاز است تا به سوییچ-پایین فاز A در نواحی I و III تزریق شود، و یک کانال مبدل A/D دیگر، A/D_2 راه‌اندازی شده تا از جریان DC-LINK ذر مکث میانی PWM_2 نمونه گیری کند.

پالس‌های فرکانس بالای دوتایی و نمونه‌گیری نمونه‌های A/D در نواحی همپوشانی فاز A و B، و فاز A و D، در شکل 7 نشان داده شده‌اند. PWM_1 و PWM_2 توسط شیفت داده شده‌اند.

تعریف به صورت نیم دوره‌ي PWM_1،

سیکل وظیفه‌ی PWM، ، به صورت زیر بیان شده است:

که در آن و زمان‌های روشن و خاموشی در یک دوره از پالس‌های با فرکانس بالا هستند.

فرکانس‌ها و سیکل‌های وظیفه‌ي PWMهای تزریق شده باید به اندازه‌ي کافی بزرگ باشند تا تضمین کنند که جریان DC-LINK می‌تواند با یک دقت بالا نمونه‌گیری کند. با این حال، به دلیل سنجیدن تلرانس سنسورهای جریان، بیشترین مقادیر سیکل وظیفه باید محدود شود، با در نظر گرفتن این واقعیت که سنسور DC-LINK زمان کافی دراد تا جریان را اندازه بگیرد.

شکل 7- پالس‌های فرکانس بالا و نمونه‌های نمونه‌گیری A/D با استفاده از یک سنسور جریان منفرد در DC-LINK. (a) جریان‌ها همپوشاننده‌ي نواحی فاز A و D. (b) جریان‌های همپوشاننده‌ی نواحی فاز A و B.

شکل 8، دیاگرام حالت‌های تزریق پالس‌های فرکانس بالای دوتایی را نشان میدهد. پالس فرکانس بالا، PWM_1، به ترتیب به سوییچ‌های پایین فاز B و D تزریق می‌شود؛ در حالی‌که، پالس فرکانس بالا، PWM_2، به سوییچ‌های پایین فاز A و C تزریق می‌شود تا بازسازی جریان فاز را برای فاز‌های A، B، C و D اجرایی کند.

شکل8. دیاگرام حالت‌های تزریق پالس‌های فرکانس بالا دوتایی

در دیاگرام، نشاندهنده‌ی تزریق پالس فرکانس بالا، PWM_1، به سوییچ پایین فاز B در ناحیه‌ي همپوشانی فاز A و B، است و راه‌اندازی مبدل A/D، A/D_1، تا جریان DC-LINK را در مکث میانی PWM_1 نمونه‌گیری کند تا جریان فاز A را بازسازی نماید.

به همین صورت، نشان دهنده‌ي تزریق پالس فرکانس بالا، PWM_2، شیفت یافته توسط از PWM_1، به فاز A و B است، و راه‌اندازی کننده مبدل A/D، A/D_2، تا جریان DC-LINK را در مکث میانی PWM_2 نمونه‌گیری نماید تا جریان فاز B را بازسازی کند.

از تحلیل بالا، 4 جریان فازی با استفاده از معادله زیر به طور کامل بازسازی شده‌اند:

که در آن و ، ، و ، جریان‌های بازسازی شده، ، ، و جریان‌های نمونه‌گرفته شده‌ی dc-link با تزریق پالس‌های فرکانس بالا‌ي دوتایی و ، ، و سیگنال‌های تحریک تنظیمی هستند.

III. شبیه‌سازی‌های عددی

برای تایید صحت روش بازسازی جریان فازی ارائه شده، یک SRM قطب- 8/6 150 واتی به کار گرفته شد تا به عنوان مورد مطالعه‌ي مدل غیرخطی سیستم موتور عمل کند. اتصال شار و داده های گشتاور موتور به دست آمده با استفاده از نرم افزار ANSOFT، استفاده شده‌اند تا مدل شبیه‌سازی را در متلب سیمولینک اجرا کند. مبدل قدرت با استفاده از مدول‌های سیستم‌های سیم‌پاور ساخته شده‌اند و سیگنال‌های تحریک از PWMها با خروجی‌های منطقی تولید شده‌اند. شکل 9 مدول‌های بازسازی جریان را در ناحیه‌ی همپوشانی فاز A و D با تزری پالس‌های فرکانس بالای 2تایی نشان می‌دهد. همانطور که در مدول‌ها نشان داده شده است، و سیگنال‌های تحریک منظمی در سوییچ‌های پایین فاز A و D هستند، در حالی‌که و سیگنال‌های تحریک واقعی پس از تزریق پالس‌های فرکانس بالای 2 تایی هستند (PWM_1 و PWM_2).

شکل 9. مدول‌های بازسازی جیران در ناحیه‌ی همپوشاننده‌ی فازهای A و D. (a) بازسازی جریان برای فاز A. (b) بازسازی جریان برای فاز D.

در شبیه‌سازی‌های CCC، ولتاژ DC-LINK به 30 ولت ثابت شده است، منبع جریان روی 0.73 آمپر تنظیم شده و پهنای هیسترزیس جریان به 0.03 آمپر تنظیم شده است. شکل 10 جریان DC-LINK و جریان‌های 4 فازی را در حالت‌های همپوشانی جریان و غیرهمپوشانی جریان در سیستم CCC نشان می‌دهد. در شکل 10 (a)، زاویه‌ی روشن شدن روی 0 درجه و زاویه‌ي خاموش بودن روی 15 درجه تنظیم شده است، و جریان‌های فاز تحریک در هر ناحیه‌ي فعال (روشن) همپوشانی نشده است. در این نقطه، جریان dc-link برابر مجموع دو جریان فازی همپوشانی است و جریان‌های فازی کل در ناحیه‌ی روشن می‌تواند با استفاده از تزریق پالس‌های فرکانس‌ بالای دوتایی بازسازی نمود.

به منظور بازسازی مجدد این جریان‌های فازی در نواحی همپوشانی، دو نوع از پالس‌های فرکانس بالا با شیفت-پالس و سیکل‌های وظیفه‌ي بزرگ، به ترتیب به سوییچ‌های پایین تزریق شده‌اند. فرکانس‌های PWM تزریق شده روی 10 kHz و سیکل‌های وظیفه روی 0.95 تنظیم شده‌اند. شکل 11(a) موردی را نشان می‌دهد که PWM_1 به سوییچ‌های پایین فاز B و D در ناحیه‌ی همپوشانی فاز A و B، و ناحیه‌ی همپوشانی فاز A و D تزریق شده‌اند تا جریان فازی A را بازسازی نمایند؛ شکل 11(b) موردی را نشان می‌دهد که PWM_2 به سوییچ-پایین فاز A در ناحیه‌ی همپوشانی فاز A و D تزریق شده است تا جریان فازی D را بازسازی نماید.

در شبیه‌سازی‌های SPC، ولتاژ DC-LINK برابر 12 ولت تنظیم شده است. شکل 12 جریان DC-LINK و جریان‌های 4 فازی را در وضعیت همپوشانی و غیرهمپوشانی جریان‌ها در سیستم SPC نشان می‌دهد. در شکل 12(a)، زاویه‌ی فعالسازی و خاموشی به ترتیب روی 0 و 15 درجه تنظیم شده‌اند. در شکل 12(b) این دو مورد به ترتیب برابر 0 و 22 درجه تنظیم شده‌اند. شکل 13 جریان dc-link، جریان‌های فازی، و سیگنال‌های تحریک را با استفاده از روش تزریق پالس‌های فرکانس بالا دوتایی نشان می‌دهد تا جریان‌های فازی را در سیستم SPC بازسازی نماید.