طراحی و ساخت یک اینورتر با قابلیت سوئیچینگ نرم برای درایو موتور bldc

ac مغناطیس دائم است که بدلیل شباهت بسیار زیاد مشخصه ورودی آن به ماشین جریان مستقیم، به این نام خوانده می شود. این ماشین از نظر طراحی و ساختار ظاهری با ماشین مغناطیس دائم سنکرون دارای شباهتهای بسیار است. یکی از تفاوتهای این دو نوع ماشین مغناطیس دائم در پروفایل ولتاژ القا شده در فازهای استاتور آنهاست. به همین دلیل گاهی این ماشین را ماشین مغناطیس دائم جریان متناوب ذوزنقه ای می نامند. برای درایو این ماشین یک اینورتر پالسهای جریانی سنکرون با موقعیت روتور به فازهای موتور اعمال می کند. با توجه به خصوصیات این ماشین مانند نسبت گشتاور به حجم بالا، عدم نیاز به نگهداری، اینرسی کم و سادگی تبادل حرارت با محیط خارج، افقهای جدیدی برای کاربرد این ماشین به وجود آمده است. به این ترتیب بهبود مشخصه های روشهای درایو این ماشین، همگام با گسترش کاربرد آن، مد نظر مهندسان قرار گرفته است. یکی از شاخصه های بهبود عملکرد سیستمهای مبتنی بر این ماشین، کاهش تلفات سوئیچینگ و تداخلات الکترومغناطیسی اینورتر بکار رفته در درایو آن، بدون افزایش چشمگیر هزینه های اینورتر است. برای نیل به این هدف، عموما استفاده از روشهای سوئیچینگ نرم برای اینورتر بکار رفته در سیستم ماشین- درایو، در دستور کار طراحان قرار دارد. در روشهای سوئیچینگ نرم، با افزودن مدارهای کمکی به مدار اصلی اینورتر، همپوشانی زمانی تغییرات ولتاژ و جریان سوئیچها تقریبا از بین رفته و تلفات سوئیچینگ حذف می گردد. از دیگر شاخصه های مورد توجه در مدار درایو این ماشین، می توان به کاهش هزینه و بهبود مشخصه های کیفیت توان در سمت ورودی مدار درایو اشاره کرد. در این پایان نامه، ابتدا ماشین جریان مستقیم بدون جاروبک سه فاز و اصول حاکم بر عملکرد آن معرفی می گردند. سپس انواع دیگر این ماشین به همراه روشهای پایه درایو آن ذکر می شود. سپس با ارائه یک دسته بندی سعی می شود اصول حاکم بر اینورترهای سوئیچینگ نرم بیان گردد. در ادامه با توجه به فاکتورهای مد نظر طراحان برای ارائه توپولوژی های مختلف درایو این ماشین، چند نمونه از این توپولوژی های دارای قابلیت خاص، به همراه نحوه عملکرد آنها ارائه می شود. هدف از انجام این پایان نامه، با توجه به روشهای به کار گرفته شده برای ارائه توپولوژی های مختلف درایو این ماشین و اینورترهای سوئیچینگ نرم، ارائه یک توپولوژی سوئیچینگ نرم با المانهای کاهش یافته است. به این ترتیب در فصل پنجم یک توپولوژی به همراه روش درایو ماشین پیشنهاد می گردد. در ادامه با توضیح نحوه عملکرد توپولوژی و روش پیشنهادی درایو، کارکرد آن تحلیل می شود. سپس با ارائه روش طراحی مقادیر مورد نیاز، یک نمونه از این توپولوژی پیشنهادی- با توجه به مشخصات یک نمونه موتور در دسترس- طراحی می شود. با توضیح روش شبیه سازی و مدل سازی المانهای به کار رفته در نرم افزار، مثال طراحی شده شبیه سازی گشته، و نتایج حاصل از آن برای بررسی صحت تحلیلهای صورت گرفته، ارائه می گردد. برای پیاده سازی این اینورتر از یک پردازنده سیگنال دیجیتال استفاده شده است. این پردازنده ضمن دریافت و تحلیل داده های به دست آمده از حسگرهای اثر هال، وظیفه محاسبه سرعت لحظه ای و پیاده سازی حلقه کنترلی و تولید سیگنالهای کنترل کننده را نیز بر عهده دارد. برای پیاده سازی نهایی این توپولوژی، مدارات شکل دهنده سیگنال مورد نیاز و مدارات واسط درایو سوئیچهای قدرت نیز طراحی و ساخته شد. در انتها با راه اندازی مجموعه نتایج حاصل از پیاده سازی عملی یک نمونه آزمایشگاهی از توپولوژی پیشنهادی در پایان نامه ارائه گشته است. با بررسی عملکرد این نمونه عملی، دسترسی به هدف پایان نامه مورد تایید قرار می گیرد. با جمع بندی نتایج و ارائه پیشنهاداتی برای ادامه کار، پایان نامه به اتمام می رسد.