SUPERVISOR
Hamid Reza Karshenas,Sayed Morteza Saghaian nejad esfahani,Mohammad Ebrahimi
حمیدرضا کارشناس (استاد مشاور) سیدمرتضی سقائیان نژاداصفهانی (استاد راهنما) محمد ابراهیمی (استاد راهنما)
STUDENT
Moien Mohamadi
معین محمدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
A Novel Converter for Improving the Performance of Switched Reluctance Motors
Switched Reluctance Motor (SRM) not only operates reliably in harsh and rugged enviroments but also offers a wide speed range for variable speed drives. Moreover, it enjoys high power/weight and torque/weight ratios Due to its double saliant structure, however, a pulsed current flows through its windings by applying appropriate voltages in the magnetization, demagnetization, and freewheeling modes using an Asymmetric HBridge (ASHB) converter, which causes high ripples in its output torque. This drawback coupled with the nonlinearity of converters causes the input to have a low power factor and a high Total Harmonic Distortion (THD). On the other hand, the voltage of the DC link in an SRM needs to be regulated for a variety of reasons that include facilitating SRM operation in the varied operating conditions when used in electric and hybrid vehicles, enhancing its performance, and attaining a wide speedrange in variable speed drive systems.\\ Based on the above considerations, a front end converter is proposed for the SRM drive system in addition to the ASHB. The selection of a front end converter is justified by the fact that impedance converters are capable of boosting and regulating voltage while they are also able to store energy due to the impedance network present in these converters. In the proposed drive system, a Modified Quasi-Z-Source converter (MQZSC) is implemented in which the magnetization and demagnetization ports are decoupled in order to prevent the current from overlapping in subsequent phases while also different voltages may be employed in the magnetization and demagnetizationmodes (i.e., a higher voltage used in the demagnetization mode). Another aspect of the proposed control system for the SRM drive system is the reference voltage of the front end converter derived from a magnetization angle controller which presents the appropriate voltage for the MQZSC based on the magnetization angle. The front endconverter is controlled with an indirect double loop current that is programmed to regulate the DC-link voltage. Moreover, a Peak Current Control (PCC) PFC is embedded in the MQZSC controller to correct the power factor (PFC) and to reduce THD. The turn-on and turn-off angles of the SRM are implemented in the drive system by an angle controller to work alongside the front end converter in reducing the torque ripple and improving the performance of the drive system. The MATLAB/SIMULINK\copyright is also used to execute a computer simulation of the proposedSRM drive system. The results are then compared with those obtained from a conventional drive system and the proposed drive system in the absence of a control. Finally the simulation is verified by building an experimental setup of the drive system in the laboratory. The experimental design of the proposed control system was implemented using TMS320F28335 from TEXAS INSTRUMENTS©, the results of which are compared with those from the conventional drive system and the proposed drive system both in the presence and absence of a control. Key words:Swithced Reluctance Motor, ImpedanceConverters, Voltage Regulation, Power Factor Correction
موتور سوئیچ رلکتانس دارای ساختار ساده، قابلیت تولید انبوه، قابلیت عملکرد در محیطهای با شرایط سخت، و دارای محدودهی کنترل سرعت وسیع است. این موتور دارای وزن به گشتاور و توان به گشتاور بالا است، اما به دلیل ساختار قطب برجستهی دوبل آن برای کشیدن جریان پالسی از مبدل نامتقارن، ولتاژ به فازهای سیمپیچیهای موتور در دورههای مغناطیسشوندگی، مغناطیسزدایی، و گردش آزادانه به موتور اعمال میشود. این امر باعث ایجاد ریپل گشتاور در خروجی میشود، و در عین حال در ورودی ضریب توان و THD نامطلوب میشود. در صورتی که موتور سویچ رلوکتانس برای کاربردهای خاص مانند خودروهای الکتریکی و هیبریدی بکار برده شود، جهت بهبود عملکرد آن نیاز به تنظیم ولتاژ در لینک DC ورودی است. در درایو های با سرعت متغییر برای دستیابی به محدودهی وسیع کنترل سرعت باید ولتاژ لینک DCتنظیم شود. با توجه به نیازهای ذکر شده در درایو موتور سویچ رلکتانس، و همچنین برای بهبود عملکرد سیستم درایو موتور سویچ رلکتانس در انتقال بیشترین توان در هر بازهی انتقال انرژی، یک مبدل طببقهی ورودی علاوه بر مبدل موتور سویچ رلوکتانس، برای این درایو پیشنهاد شده است. مبدلهای امپدانسی با توجه به توانایی بالای آنها در افزایش ولتاژ و تنظیم آن و همچنین مبدل با شبکهی امپدانسی یک کاندیدای بسیار مناسب برای مبدل طبقهی ورودی در سیستم درایو موتور سویچ رلوکتانس است. مبدل شبه امپدانسی با تغییراتی در این پایان نامه به عنوان مبدل طبقهی ورودی انتخاب شده است. این تغییرات به گونهای است که ترمینال مغناطیسکنندگی و مغناطیسزدایی موتور سویچ رلکتانس از هم جدا شدهاند تا علاوه بر جلوگیری از همپوشانی جریان قابلیت اعمال ولتاژهای متفاوت در این دو مد وجود داشته باشد. در سیستم کنترلی ارایه شده برای درایو موتور سویچ رلکتانس ولتاژ مرجع مبدل طبقهی ورودی با کنترل زمان (زاویه) مغناطیسشوندگی تنظیم میشود. متعاقبا مبدل طبقهی ورودی با استفاده از کنترل کنندهی دو حلقهای غیر مستقیم با تنظیم جریان برای کنترل ولتاژ پیشنهاد شده است. همچنین برای اصلاح ضریب توان و کاهش lTHDروش کنترل پیک جریان برای اصلاح ضریب توان در کنترل کنندهی مبدل طبقهی ورودی گنجانده شده است. برای کار هماهنگ با سیستم کنترلی پیشنهادی یک سیستم کنترلی زاویه روشنی و خاموشی جهت کاهش ریپل گشتاور و بهبود عملکرد سیستم درایو برای سیستم کنترلی موتور سویچ رلکتانس اعمال شده است. برای تایید عملکرد سیستم درایو پیشنهادی این سیستم در نرم افزار MATLAB/SIMULINKt شبیه سازی شده است، و سیستم درایو پیشنهادی با سیستم درایو موتور سویچ رلکتانس معمولی و حالت پیشنهادی بدون کنترل مقایسه شده است. همچنین برای اثبات قابلیت پیادهسازی سیستم درایو پیشنهادی در آزمایشگاه یک نمونه آزمایشگاهی از سیستم درایو پیشنهادی ساخته شده، و سیستم کنترلی با استفاده از پردازشگر TMS320F28335 شرکت TEXAS INSTRUMENTSپیاده سازی شده است. نتایج این سیستم عملی با سیستم درایو موتور سویچ رلکتانس معمولی و حالت بدون کنترل مقایسه شده است. نتایج شبیهسازی و آزمایشگاهی کارایی و عملکرد مناسب سیستم درایو پیشنهادی را نشان میدهد کلمات کلیدی: مبدل امپدانسی، تنظیم ولتاژ، اصلاح ضریب توان، موتور سویچ رلکتانس