کاهش ریپل گشتاور در موتورهای سوئیچ رلوکتانس با بهره‌گیری از منطق فازی جهت کنترل دینامیکی پارامترهای تابع توزیع گشتاور در سرعت‌های پایین
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترحسن مرادی چشمه‌بیگی 1 * , احسان نوری 2
1 - دانشگاه رازی
2 - دانشگاه رازی
کلید واژه: موتور سوئیچ رلوکتانسکاهش ریپل گشتاورتابع توزیع گشتاورمنطق فازیزاویه روشنی,
چکیده مقاله :
در موتورهای سوئیچ رلوکتانس نقطه کار در ناحیه اشباع و رفتار غیر خطی سبب شده علاوه بر ناحیه کموتاسیون در ناحیه غیر کموتاسیون نیز ریپل گشتاور ایجاد گردد. در این تحقیق جهت کاهش ریپل گشتاور در سرعت‌های پایین، در ناحیه غیر کموتاسیون به جای تزریق یک جریان ثابت از تزریق یک جریان متغیر بر حسب موقعیت روتور بهره گرفته شده و جهت کاهش ریپل گشتاور در ناحیه کموتاسیون از روش تابع توزیع گشتاور اصلاح‌شده استفاده گردیده است. از آنجا که در روش تابع توزیع گشتاور با افزایش سرعت موتور به علت کاهش مدت زمان کموتاسیون و خاصیت سلفی سیم‌پیچ‌های استاتور، جریان موتور نمی‌تواند در این زمان کوتاه از جریان مرجع پیروی کند، لذا با بهره‌گیری از یک کنترل‌کننده فازی جهت اصلاح تابع توزیع گشتاور بهره گرفته شده است. در روش تابع توزیع گشتاور اصلاح‌شده، با فیدبک از سرعت موتور و اعمال به یک کنترل‌کننده فازی، بر حسب میزان سرعت، زاویه هم‌پوشانی اصلاح‌شده به گونه‌ای که با افزایش زاویه هم‌پوشانی مدت زمان کموتاسیون افزایش داده شده و شیب تغییرات جریان مرجع کندتر شده که موجب می‌شود جریان واقعی موتور بتواند در این زمان بیشتر خود را با جریان مرجع تطبیق دهد و از به وجود آمدن ریپل گشتاور جلوگیری نماید. در روش پیشنهادی سرعت موتور، خطای گشتاور و مشتق خطای گشتاور به عنوان ورودی به کنترل‌کننده فازی می‌باشند که زاویه روشنی و زاویه هم‌پوشانی بین فازها به صورت تابعی از سرعت موتور تغییر کرده و گشتاور مرجع فاز مجاور نیز به صورت تابعی از خطای گشتاور و مشتق خطای گشتاور اصلاح می‌شود. در این روش تابع توزیع گشتاور به صورت دینامیکی و لحظه‌ای اصلاح می‌گردد. در پایان نتایج شبیه‌سازی به کمک نرم‌افزار متلب- سیمولینک با استفاده از مدل یک موتور سه‌فاز سوئیچ رلوکتانسی 6 به 4 برای رنج سرعت 0 تا 1500 دور بر دقیقه ارائه شده که صحت الگوریتم پیشنهادی را تأیید می‌نماید.
In this paper, in order to reduce torque ripple for low speed range in non-commutation region, instead of exciting by a DC current, a adjustable current according to rotor position is injected. Also, to reduce torque ripple in commutation region the modified torque sharing function (TSF) method has been used. In the proposed method, TSF is modified by a feedback from the motor speed and applying it to a fuzzy controller according to speed value. In the proposed method, motor speed, torque error, and torque error derivative are used as fuzzy controller inputs, which Turn-On and overlap angles between the phases are changed as a function of motor speed. Also reference torque of adjacent phase is modified as a function of torque error and torque error derivative. In this method, TSF is modified dynamically and momentary. The exact simulation based on Matlab/Simulink for a 3-phase 6/4 SRM are carried out to verify the effectiveness of the proposed novel method for 0 to 1500rpm speed range.
[1] P. Vujicic, "Minimization of torque ripple and copper losses in switched reluctance drive," IEEE Trans. Power Electron, vol. 27, no. 1, pp. 388-389, Jan. 2012.
[2] M. Dowlatshahi, S. M. Saghaiannejad, J. W. Ahn, and M. Moallem, "Copper loss and torque ripple minimization of switched reluctance motors considering nonlinear and magnetic saturation effects," J. of Power Electronics, vol. 14, no. 2, pp. 351-361, Mar. 2014.
[3] Y. Z. Xu, R. Zhong, S. L. Lu, and L. Chen, "Analytical method to optimize turn-on angle and turn-off angle for switched reluctance motor drives," IET Electric Power Applications, vol. 6, no. 9, pp. 593-603, Nov. 2012.
[4] X. D. Xue, K. W. E. Cheng, and S. L. Ho, "Optimaization and evaluation of torque sharing functions for torque ripple minimizationin switched reluctance motor drives," IEEE Trans. on Power Electron, vol. 24, no. 9, pp. 2076-2090, Sept. 2009.
[5] M. Dowlatshahi, S. M. Saghaiannejad, J. W. Ahn, and M. Moallem, "Minimization of torque-ripple in switched reluctance motors over wide speed range," J. Electr Eng Technol, vol. 9, no. 2, pp. 478-488, Dec. 2014.
[6] Q. Sun, J. Wu, C. Gan, Y. Hu, and J. Si, "OCTSF for torque ripple minimization in SRMs," IET Power Electron., vol. 9, no. 14, pp. 2741-2750, Nov. 2016.
[7] J. Ye, B. Bilgin, and A. Emadi, "An offline torque sharing function for torque ripple reduction in switched reluctance motor drives," IEEE Trans. Energy Convers, vol. 30, no. 2, pp. 726-735, Jun. 2015.
[8] J. Ye, B. Bilgin, and A. Emadi, "An extended-speed low-ripple torque control of switched reluctance motor drives," IEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no. 3, pp. 1457-1470, Mar. 2015.
[9] Y. Hu, C. Gan, W. Cao, et al., "Central-tapped node linked modular fault-tolerance topology for SRM applications," IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 2, pp. 1541-1554, Feb. 2016.
[10] H. Moradi Cheshmehbeigi, S. Yari, A. R. Yari, and E. Afjei, "Self-tuning approach to optimization of excitation angles for switched reluctance motor drives using fuzzy adaptive controller," in Proc. Conf. 13th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE’09, 10 pp., Barcelona, Spain, 8-10 Sept. 2009.
[11] S. K. Sahoo, S. Dasgupta, S. K. Panda, and J. X. Xu, "A Lyapunov function based robust direct torque controller for switched reluctance motor drive system," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 27, no. 2, pp. 555-564, Feb. 2012.
[12] J. Castro, P. Andrada, and B. Blanque, "Minimization of torque ripple in switched reluctance motor drives using direct instantaneous torque control," in Proc. Int. Conf. on Renewable Energies and Power Quality, pp. 1021-1026, Santiago de Compostela, Spain, Mar. 2012.
[13] R. Gobbi and K. Ramar, "Practical current control techniques for torque ripple minimization in SR motors," in Proc. 2nd IEEE Int. Conf. on Power and Energy, vol. 2, pp. 743-748?, Johor Baharu, Malaysia, Dec. 2008.
[14] R. Krishnan, Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation, Analysis, Design and Application, Boca Raton, FL: CRC CRC Press, 2001.