مشخصات این فایل
عنوان: بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی
فرمت فایل : word( قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 136
این مقاله درمورد بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی می باشد.
بخشی از تیترها به همراه مختصری از توضیحات هر تیتر از مقاله بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی
نیروی ترمز گیری قطار
همانطور که می دانید برای توقف قطار در انتهای هر مسیر و یا در مواقع اضطراری به نیروی مقاومی برای ترمزگیری احتیاج داریم. در حالت کلی این نیرو می تواند به دو طریق مکانیکی و یا الکتریکی تأمین شود .
از آنجا که ترمزگیری میکانیکی (Mechanic Braking) دارای استهلاک زیادی است، بنابراین ازآن فقط در سرعتهای پائین و در زمانیکه ترمزگیری الکتریکی میسر نبا شد، استفاده می شود . ترمزگیری الکتریکی (Elctric Braking ) نیز به دو صورت امکان پذیر است. در روش اول، کل انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی موتورهای کششی در یک مقاومت الکتریکی بصورت انرژی حرارتی تلف می شود و بنابر این قطار هیچگونه مبادله انرژی با شبکه برق رسانی انجام نمی دهد. این روش را ترمزگیری دینامیکی (Dynamic Braking ) یا مقاومتی (Resisstance Braking) و یا رئوستایی (Rheostatic Braking ) می نامند.
در روش دوم، موتورها درحالت ترمز گیری بصورت ژنراتور عمل کرده و بخشی از انرژی جنبشی قطار را که در میدان مغناطیسی موتور ذخیره شده است ، بصورت انرژی الکتریکی به شبکه برق رسانی باز می گردانند . در این نوع ترمزگیری ، مسأله مهم یافتن یک مصرف کنندة دیگر در لحظه ترمزگیری یک قطار است.
باید به این نکته توجه داشت که برای کاهش جرک (Jerk ) و ترمزگیری سریع ، سعی براینست که نیروی ترمزگیری قطار با کاهش سرعت آن ثابت بماند. در عمل برای ثابت ماندن نیروی ترمزگیری از هر دو روش ترمزگیری مکانیکی والکتریکی استفاده می شود ، بنحویکه همواره سعی بر آنست ، تا حد ممکن از ترمزگیری الکتریکی استفاده می شود و در سرعتهایی که نیروی ترمزگیری الکتریکی محدود شود نیروی ترمزگیری مکانیکی این نقصان را جبران نماید. بنابر این در نهایت مجموع نیروهای ترمزگیری الکتریکی ومکانیکی ثابت خواهد بود.
از طرفی نیروی ترمزگیری الکتریکی در دو حالت می تواند محدود شود. حالت اول در سرعتهای بالاتر از دور نامی موتورهای الکتریکی قطار است که بدلیل محدودیت ولتاژ وتوان الکتریکی موتور های کششی و همچنین جلوگیری از افزایش ولتاژ خط برق رسانی، قادر به تأمین گشتاور مورد نیاز در سرعتهای بالاتر از دور نامی نیستند. حالت دوم در سرعت پائین (حدود 10 درصد دور نامی موتورهای .....(ادامه دارد)
مقایسه با موتور DC
در مقایسه با ماشین های DC موتورهای القایی قفسه سنجابی مزیت های زیر را برای سیستم های تراکشن دارند:
1) سرعتهای زیاد :
این موتورها به خاطر قابلیت کار در سرعت های زیاد دارای وزن کمتر و ابعاد کوچکتر می باشند که باعث می شود طراحی بوژی آسان شود و جرم های غیر فنری در بوژی کاهش یابند .
2) مقاومت و قابلیت بالا و هزینه نگهداری و تعمیرات کم :
هزینه نگهداری کم مهمترین مزیت موتورهای القایی قفسه سنجابی است که به علت مقاومت و قابلیت اطمینان بالای آنها ست .
3) گشتاور یکنواخت بالا با قابلیت اضافه بار ذاتی :
این موتورها می توانند همیشه در نقطة بهینه مشخصه خود کار کنند و تلفات در این موتورها حداقل است .
4) نسبت توان به وزن بالا:
به علت کاهش ابعاد و وزن موتور توان بیشتری را می توان در فضای موجود ایجاد کرد.
5) قابلیت ترمز احیا کنندة ذاتی :
موتور القایی در حالت ترمزی هم همان مشخصه حالت موتوری را دارد و به خاطر وجود ترمیستورهای ( Gate Turn Off Thyristor GTO ) نظارت آن سوئچ سریع بین وضعیت موتوری و ژنراتوری امکان پذیر می شود.
این موتورها قادر به ایجاد گشتاور ترمزی زیاد در سرعت های بالا می باشند در حالیکه گشتاور ترمزی موتورهای DCتوسط کموتاتورها محدود می شود . ترمز الکتریکی معمولاً در سرعت های بالا مفید است، زیرا ترمز سایشی (لنتی ) ، محدودبت وزن و محدویت های بالا تر از 160KM/H دارد.
6) مشخصه گشتاور – سرعت تند (Hteep ) : .....(ادامه دارد)
معیار طراحی موتور
پس از تعیین مشخصات الکترو مغناطیسی خواسته شده گام بعدی تعیین پارامترهای طراحی موتور
می باشد.
پارامترهای طراحی در نظر گرفته شده عبارتند از: تعداد قطب، نسبت طول رتور به قطر رتور ، تعداد و شکل شیار استاتور و رتور، ضخامت فاصلة هوایی، چگالی شار، چگالی جریان استاتور و رتور.
الف) تعداد قطب
چون به ازای یک چگالی شار ثابت با افزایش تعداد قطب، شار در قطب کاهش
می یابد بنابراین با افزایش تعداد قطب ضخامت یوغ استاتور و رتور نیز کاهش می یابند. همچنین در یک قطر خارجی ثابت تعداد قطب بیشتر به معنی یوغ استاتور نازکتر و در نتیجه قطر رتور بزرگتر می باشد که این به معنی افزایش گشتاور است.
تعداد قطب بیشتر باعث کوتاهتر شدن طول دور آخر (End Turn Length)
می شود که به معنی مقاومت استاتور کوچکتر، تلفات مسی کمتر و نشتی دو انتها (End Turn) کمتر می باشد.
درسرعت رتور یکسان راکتانس مغناطیس کننده با معکوس تعداد قطب متناسب است و بنابراین راکتانس مغناطیس کننده کمتر به معنی جریان مغناطیس کننده بیشتر است و این ضریب توان کمتر و جریان اینورتر بیشتر را سبب می شود.
در سرعت یکسان با افزایش تعداد قطب راکتانس نشتی افزایش یافته و با توجه به معادله جریان مغناطیس کننده (8-5) با افزایش تعداد قطب جریان مغناطیس کننده نیز افزایش می یابد. .....(ادامه دارد)
سیر تکامل درایو AC در سیستم های تراکشن
در سال 1970 لوکوموتیو برقی – دیزلی DE2500 عملی و موثر بودن سیستم درایو AC قطار با تغذیه اینورتر را به اثبات رساند. کمپانی ABB برروی اینورتر منبع جریان( CSI) و اینورتر منبع ولتاژ(VSI) آزمایش های خود را انجام داد و پس از ارزیابی به این نتیجه رسیدکه اینورتر منبع ولتاژ بهترین گزینه برای سیستم درایو قطار می باشد علت اصلی این موضوع آن است که اینورتور منبع جریان احتیاج به دومبدل ( Converter) دارد ؛یکی برای تولید منبع جریان ثابت و دیگری برای تولید شکل موج های سه فاز ، در حالیکه اینورتر منبع ولتاژ تنها نیاز به یک اینورتر برای تولید ولتاژ متغیر و فرکانس متغیر (VVVF)دارد که باعث حذف مقدار قابل توجهی از سخت افزار می شود .
سیستم های عمومی نیروی محرکه برای وسایل نقلیه الکتریکی شامل دو موتور در هر اینورتور منبع ولتاژ می باشد ولی تعداد اینورترها در هر وسیله و تعداد موتورها در هر اینورتر با توجه به مسایل اقتصادی ، نوع عملکرد ومحدودیت های فضا تعیین می شوددر طول توسعه تکنولوژی درایو AC محدودیت های توان وسایل نیمه هادی کاربرد تکنولوژی AC را غیر اقتصادی می ساخت .
پیشرفت نیمه هادی های قدرت از سال 1970 به بعد منجر به تولید ابزارهای نیمه هادی با توان نامی و ولتاژ بیشتر گردید که این باعث تجاری شدن درایو AC به عنوان یک تکنولوژی جدید در صنعت حمل ونقل گردید .
در سال1984 کمپانی های Amtrak , ABB برنامه آزمایشی برروی محرکه AC لوکومتیوهای مسافربری را آغاز کردند در سال 1988 لوکوموتیو مسافربری با سیستم نیروی محرکه سه فاز توسط .....(ادامه دارد)
PWMبا کنترل جریان
Current _Controlled PWM))
روش های PWM به دو دستة کلی تقسیم می شوند دستة‌اول PWM از پیش برنامه ریزی شده نامیده می شود. کلیه روش هایی که تا اینجا مورد بررسی قرار گرفتند از این نوع بودند این دسته روش ها ، پاسخ حالت پایدار ( Steady State) خوبی دارند ولی پاسخ دینامیکی و حالت گذاری مناسبی ندارند دسته دوم PWM کنترل شده با فیدبک لحظه نامیده می شود دراین روش ها ، از جریان موتور نمونه برداری می شود و با توجه به سیگنال جریان نمونه برداری شده موج PWM به صورت داخل خط Online تولید می شود به این ترتیب شکل موج PWM تولید شده متناسب با وضعیت موتور خواهد بود بنابراین منطقی است که پاسخ دینامیکی این دسته روش هاخیلی بهتر از دسته اول باشد ضمن اینکه با یک کنترلر مناسب توان پاسخ حالت ماندگار قابل قبولی نیز بدست آورد .
شکل (12-6) طرح ساده اینورتر منبع ولتاژ سه فاز PWM(VSI-PWM) را با استفاده ازکنترل کننده جریان نشان می دهد در این شکل مشاهده می شود که سیستم از یک منبع تغذیه DC قدرت ( معمولاً‌کنترل نشده ) و اینورتر منبع ولتاژ سه فاز تشکیل شده و یک بلوک کنترل جریان هم وجود دارد که با توجه به فرمان های مرجع ورودی و نمونه هایی از جریان واقعی ، وضعیت اینورتر را کنترل می کند
کنترل کننده جریان وظیفه دارد وضعیت سوئیچ های اینورتر را طوری تعیین کند که جریان موتور جریان مرجع ورودی را دنبال کند سیگنال های مرجع ورودی عموماً‌سینوسی سه فاز متقارن
می باشند پس در حالت ایده ال همانند آن است که موتور توسط منبع جریان سینوسی تغذیه شود .
از آنجایی که کنترل کننده های جریان بر اساس فیدبک لحظه ای از جریان واقعی مدار ، اینورتر را .....(ادامه دارد)
فهرست مطالب مقاله بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی
پیشگفتار
کشش الکتریکی
۱-۱) تعیین مشخصات حرکتی قطار
۱-۱-۱) نیروی محرک قطار
۱-۱-۲) نیروی مقاوم قطار ( Train Resistance )
۱-۱-۳) نیروی ترمز گیری قطار
۱-۱-۴) محاسبه منحی سرعت بر حسب زمان
۱-۲-۲) عملکرد موازی
۱-۲-۳) نوسانهای ولتاژ
۱-۲-۴)محدودیت وزن وحجم
موتورهای تراکشن جریان مستقیم
تاریخچه سیستم های حمل و نقل الکتریکی DC
۲-۲) موتور جریان مستقیم با تحریک موازی
۲-۳) موتورهای جریان مستقیم با تحریک مجزا
۲-۳-۳) کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک مجزا درحالت ژنراتوری
۲-۴) موتور جریان مستقیم با تحریک سری
۲-۴-۱) معادلات ماشین جریان مستقیم با تحریک سری
۲-۴-۲) کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک سری در حالت موتوری
مدارهای کنترل سیستم های تراکشنن جریان مستقیم
۳-۱) موتور جریان مستقیم تحریک سری با کنترل مقاومتی
۳-۲) موتور جریان مستقیم تحریک سری با کنترل چاپر یک ربعی
۳-۳) موتور جریان مستقیم تحریک سری با کنترل چاپر دو ربعی
۳-۴) موتور جریان مستقیم تحریک سری با کنترل چاپر ترکیبی
۳-۵) موتور جریان مستقیم موازی با کنترل چاپر چهار ناحیه ای
۳-۶) نتیجه گیری
ملاحظات کاربردی در سیستم های
تراکشن القایی
۵-۱) کلیات طراحی موتور و اینورتر در سیستم های تراکشن
۵-۲) طراحی موتور القایی برای کاربردهای تراکشن
۵-۲-۲) معیار طراحی موتور
۵-۲-۳) سوئیچینگ تغذیه
۵-۳) فاکتورهای احیا کنندگی (Regeneration Factors)
۵-۴) بررسی نمونه عملی
۵-۴-۱) نیازهای عملکردی
۵-۴-۲) نیازهای ترمزی
۵-۴-۳) طراحی الکتریکی
۵-۴-۴) نوسان های گشتاور
درایوهای تراکشن اینورتری پیشرفته و کنترل آنها
۶-۱) سیر تکامل درایو AC در سیستم های تراکشن
۶-۲) درایوهای تراکشن موتور القایی
۶-۲-۱) چاپر (DC Chopper )DC
۶-۲-۲) درایوهای تراکشن اینورتر منبع جریان تغذیه DC
۶-۲-۲-۱) ترمز احیاء کننده در درایوهای اینورتر منبع جریان
۶-۲-۳) درایوهای تراکشن اینورتر منبع ولتاژ تغذیه DC
۶-۲-۳-۲) درایوهای تراکشن اینورتر دوسطحی
۶-۲-۳-۳) درایوهای تراکشن اینورتر سه سطحی
۶-۲-۴) درایوهای تراکشن VSI تغذیه AC مبدل پالس
۶-۲-۶) بررسی انواع روش های PWM
۶-۲-۶-۲) PWM سینوسی (Sinusoidal PWM)
۶-۲-۶-۳) PWMبا کنترل جریان
دانلود مقاله بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی
