طراحی اقتصادی و بهینه محرکه موتور جریان مستقیم بدون جاروبک (bldc) برای کاربردهای خودرو برقی

اخیراً، به دلیل این که آلودگی محیط زیست و بحران انرژی به صورت جهانی رشد می کند تمایلات زیادی برای توسع? خودروهای برقی به وجود آمده است. خودروهای برقی دارای بازده بسیار بالاتری از خودروهای احتراق داخلی با سوختهای فسیلی هستند. خودروهای برقی به طور کلی شامل پنچ قسمت هستند: سیستم کنترلی، موتور، باتری ها، بدنه خودرو و شارژر. موتور و محرکه اش به عنوان محرک اصلی خودرو به طور مستقیم عملکرد تمامی قسمت های خودرو را تعیین می کنند. تاکنون ماشین ها و محرکه های الکتریکی زیادی برای مقاصد خودرو برقی استفاده شده است. از میان این ماشین ها و محرکه های الکتریکی، چهار نوع مهم محرک های الکتریکی که به شکل وسیع در سیستم خودروهای برقی مورد استفاده قرار گرفته اند عبارتند از: محرکه های جریان مستقیم (dc)، القایی(im) ، سوئیچ رلوکتانس(sr) و جریان مستقیم بدون جاروبک(bldc) . به دلیل ساختار ساده، عملکرد قابل اطمینان، راندمان بالا، گشتاور راه اندازی بالا، موتور bldc به طور وسیع در زمینه خودروهای برقی استفاده شده است. با وجود این، وجود سنسور در محرکه موتور bldc از جمله سنسورهای جریان و سنسور موقعیت مکانیکی و همچنین کلیدهای ترانزیستوری اضافی برای کموتاسیون، در بسیاری موارد ایجاد نویز می کنند و عملکرد موتور و خودرو برقی را از حالت عادی خارج می کنند. قیمت موتور bldc هم به دلیل وجود المان های ذکر شده افزایش می یابد. بنابراین تحقیقات بر روی طراحی اقتصادی و بهینه درایو موتور bldc در سال های اخیر متمرکز شده است. این تحقیقات شامل حذف سنسور موقعیت، کاهش سنسورهای جریان و در بعضی موارد کاهش تعداد سوئیچ های اینورتر یا چهار سوئیچه کردن اینورتر درایو موتور bldc است. در این پایان نامه محرکه موتور bldc با توجه به مزایای اشاره شده و به ویژه بازده و چگالی گشتاور بالا به عنوان محرکه الکتریکی خودرو انتخاب و عملکرد آن در کاربردهای کششی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در بخش اول به بررسی خود موتور و معادلات دینامیکی و الکتریکی حاکم بر آن و روش های کنترلی مناسب موتورهای bldc برای به کارگیری در خودروهای برقی پرداخته شده و در بخش دوم عملکرد ساختارها و روش های کنترلی پیشنهادی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. نتایج و امکانات ساختارها و استراتژی های کنترلی پیشنهادی را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد: در ساختار پیشنهادی شماره 1، یک محرکه مقرون به صرفه و با کارآیی بالاتر برای موتور bldc ارائه شده است. در این ساختار، برای نمونه برداری از جریان فازها در هر لحظه از یک سنسور جریان بدون نیاز به اطلاعات جریان دیودهای چرخش آزاد یا علامت جریان استفاده شده است. بنابراین، حجم محرکه موتور کاهش یافته است. در مقایسه با محرکه های موتور bldc مرسوم، محرکه پیشنهادی دارای ساختاری ساده است و نیاز به سخت افزارهای پیچیده برای اجرا در آن حذف شده است. هم چنین کنترل کننده pid تنظیم شده با الگوریتم pso برای بهبود پاسخ دینامیکی و کاهش خطای حالت ماندگار سرعت موتور استفاده شده است. در ساختار پیشنهادی شماره 2، یک استراتژی جدید با استفاده از دو سنسور برای ولتاژ و جریان لینک dc برای ساختن جریان فازهای موتور bldc استفاده شده است. به دلیل امتیازات بیشتر این استراتژی پیشنهادی، طرح کنترلی آن بسیار مناسب برای کاربردهای با کارآیی بالا همانند کاربردهای با موقعیت و سرعت متغیر است. برای کاهش ریپل گشتاور و هم چنین ظرفیت کنترل جریان بالای موتور bldc، از کنترل جریان هیسترزیس با شکل دهنده جریان استفاده شده است. بعلاوه، روش پیشنهادی به دلیل وزن، اندازه و قیمت کمتر بسیار جالب برای کاربردهای موتور bldc است. در ساختار پیشنهادی شماره 3، یک محرک? با قیمت کمتر برای موتور bldc پیشنهاد شده است. کاهش قیمت در این ساختار پیشنهادی با کاهش تعداد کلیدهای قدرت اینورتر، سنسورهای جریان و سنسورهای موقعیت روتور صورت گرفته است. برخلاف استراتژی های کنترل جریان مرسوم، استراتژی کنترل با یک سنسور جریان با حلقه کنترل سرعت بیرونی برای بهبود عملکرد کنترل سرعت نتایج بهتری را برای محرکه سه فاز چهار- سوئیچ نسبت به شش- سوئیچ داده است. سیگنالهای مجازی سنسورهای هال با آشکارسازی نقاط گذر از صفر اختلاف ولتاژهای ترمینال های موتور ساخته شده اند. در طرح بدون سنسور پیشنهادی، دیگر نیازی به هیچ شیفت دهنده فاز که برای بیشتر تکنیک های بدون سنسور مورد نیاز است، نیست. در نهایت اساس عملکرد ساختارهای پیشنهادی و روشهای کنترلی ارائه شده با شبیه سازی در محیط نرم افزار matlab/simulink ارائه گردیده است.