Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Mojiri foroshani,Sayed Morteza Saghaian nejad esfahani
محسن مجیری فروشانی (استاد مشاور) سیدمرتضی سقائیان نژاداصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ahmadreza Alaie
احمدرضا علائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Design and Implementation of Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Drive
The permanent magnet synchronous motor drive requires two current sensors and one rotor position sensor to apply different control techniques to control the speed or position of the rotor. Generally, the rotor position is sensed by an optical encoder or detector for high precision applications. The cost of position sensors is approximately as same as the price of a low power motor, which means that the total system cost of such a drive is very uncompetitive compared to other types of motor drives. Of course, the price of the current sensors is not high compared to the rotor position sensor, and other electric drives also require current sensors to control the current. Therefore, the control and performance of the permanent magnet synchronous motor drive without a position sensor can also improve the application of this drive for cost-sensitive applications and can also be used as a control backup for sensor-based drives when the sensor is failed. Permanent Magnet Synchronous motors \\LTRfootnote{PMSM} are increasingly playing an important role in electric propulsion systems. Permanent magnet motors are used in the automotive industry, electric vehicles, submarines, home appliances, underground trains, as well as in areas where high speed and precision are required, such as CNC machines, sonars, fiber optics, robotics and automation systems. In order to successfully use a permanent magnet synchronous motor, it is necessary to know the speed and position information of the rotor. Usually, the rigs and industrial encoders that connect to these motor provide these information. At the same time, in many applications there is no use of these sensors for a variety of reasons, including volume and weight constraints, electromagnetic radiation and radio interference, as well as reliability concerns. Therefore, a new approach and attitude in the development of electrical drives, called sensorless methods have been developed. In some of these methods, the stator voltage and current are used to estimate the rotor position. There are three general strategies for estimating the position of the rotor in these motors, which are known as BEMF methods, signal injections and intelligent methods. Most of these methods have a poor performance at startup and in low speeds. Since the performance of BEMF methods is reduced at low speeds and standstill modes due to the lack of BEMF voltage in this range, in this thesis primarily have been focused on high-frequency injection methods to estimate the initial rotor position and then control the speed of the motor at low speed range. And after detecting the rotor's initial position and controlling the motor in a low speed range, the active Flux Observer Method will be used to control the speed of the motor higher speeds up to the base speed. .In this thesis, acoustic noise and losses caused by high frequency signal injections are investigated and a method is suggested to diminish these issues as much as possible. An appropriate switching function is also introduced to move from the low speed range to the high speed range and vice versa. Simulation results and practical tests are carried out in order to evaluate the method and these results are compared for a sensorless drive with a sensor. It is expected that the proposed method, along with the considerations considered in various research phases, including hardware design, software and drive controllers, can cover a wide range of motor speed control from zero to the base speed.
درایو موتور سنکرون مغناطیس دائم نیاز به دو سنسور جریان و یک سنسور موقعیت روتور به منظور اعمال روش های مختلف کنترلی جهت کنترل سرعت و یا موقعیت روتور دارد. معمولا موقعیت روتور توسط یک انکدر نوری یا یک آشکارساز برای کاربردهای با دقت بالا اندازه گیری می گردد. هزینه سنسورهای موقعیت به اندازه یک موتور توان پایین می باشد که از اینرو هزینه کل سیستم چنین درایوی در مقایسه با دیگر نوع درایوهای موتورهای الکتریکی بسیار غیر رقابتی می باشد. البته قیمت سنسورهای جریان در مقایسه با سنسور موقعیت روتور زیاد نمی باشند و همچنین دیگر درایوهای موتورهای الکتریکی نیز برای کنترل جریان به سنسورهای جریان نیاز دارند. از اینرو کنترل و عملکرد درایو موتور سنکرون مغناطیس دائم بدون یک سنسور موقعیت می تواند کاربرد این درایو را برای کاربردهای حساس به قیمت نیز بهبود دهد و نیز می تواند به عنوان یک پشتیبان کنترلی برای درایوهای مبتنی بر سنسور در هنگام خرابی سنسور باشد. موتورهای سنکرون مغناطیس دائم به طور روزافزونی نقش مهم و تاثیرگذاری در سیستمهای محرکه الکتریکی ایفا می کنند. از موتورهای مغناطیس دائم در صنایع اتومبیل سازی، خودروهای الکتریکی، زیردریایی ها، وسایل خانگی، ترنهای زیرزمینی و نیز در جاهایی که نیاز به سرعت و دقت بالا می باشد نظیر سرودرایوها، دستگاههای فیبر نوری، رباتیک و سیستمهای اتوماسیون استفاده می گردد. به منظور بکارگیری موفق موتور سنکرون مغناطیس دائم، دانستن اطلاعات مربوط به سرعت و موقعیت روتور الزامیست. معمولاً ریزالورها و انکدرهای صنعتی که به محور این نوع موتورها متصل می گردند این اطلاعات را فراهم می سازند. در عین حال در خیلی از کاربردها به دلایل متعددی از جمله محدودیتهای حجم و وزن و نیز مسائل مربوط به تشعشعات الکترومغناطیسی و تداخلات رادیویی و نیز نگرانیهای قابلیت اطمینان، امکان استفاده از این سنسورها وجود ندارد. بنابراین یک رویکرد و نگرش جدید در گسترش درایوهای الکتریکی که اصطلاحاً درایوهای بدون سنسور موقعیت نامیده می شوند بوجود آمده است که گاهاً تحت نامهای بدون سنسور، بدون انکودر نیز شناخته می شوند. در برخی از این روشها از ولتاژ و جریان استاتور جهت تخمین موقعیت روتور استفاده می گردد. سه استراتژی کلی جهت تخمین موقعیت روتور در این موتورها وجود دارد که به روشهای تحریک پایه، تزریق سیگنال و روشهای هوشمند معروف هستند. اکثر این روشها در زمان راه اندازی و نیز در محدوده سرعتهای پایین دارای عملکرد ضعیف هستند. از آنجا که عملکرد روشهای مبتنی بر ولتاژ ضد محرکه در سرعتهای پایین و حالت توقف به دلیل فقدان ولتاژ ضد محرکه در این محدوده کاهش می یابد لذا در این رساله، در ابتدا به روشهای تزریق سیگنال فرکانس بالا که در حالت توقف و سرعتهای پایین عملکرد مناسبی دارند پرداخته می شود و پس از شناسایی موقعیت اولیه روتور و کنترل موتور در محدوده سرعت پایین، از روش مشاهده گر شار پیوندی به منظور کنترل بدون سنسور ماشین سنکرون مغناطیس دائم در سرعتهای بالاتر تا سرعت پایه استفاده خواهد شد. در این تحقیق همچنین مسائل نویز صوتی و تلفات ناشی از تزریق سیگنال فرکانس بالا بررسی می گردد و روشی پیشنهاد می شود تا بتوان تاثیر این مسائل را تا حد امکان کاهش داد. همچنین یک تابع سوئیچینگ مناسب جهت گذر از محدوده سرعت پایین به محدوده سرعت بالا و بالعکس معرفی می گردد. نتایج شبیه سازی و تستهای عملی یه منظور ارزیابی روش مورد نظر انجام می گیرد و این نتایج برای یک درایو بدون سنسور و با سنسور با یکدیگر مقایسه می گردد. انتظار بر آنست تا روش پیشنهادی به همراه ملاحظات در نظر گرفته شده در فازهای مختلف پژوهش، اعم از طراحی سخت افزار، نرم افزار و کنترلرهای درایو بتواند محدوده وسیع کنترل سرعت موتور از لحظه راه اندازی تا سرعت پایه را تحت پوشش قرار دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی