بررسی تأثیر تزویج سیم‏پیچ‏های گشتاور و تعلیق بر عملکرد سامانه کنترل تعلیق مغناطیسی BPMSM

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

صنعتی مالک اشتر

چکیده

در موتور سنکرون آهنربای دائم بدون یاتاقان، سیم­پیچ‏های گشتاور و تعلیق مغناطیسی به‌طور مشترک در شیارهای استاتور قرار دارند. زمانی­که رتور در مرکز استاتور نباشد بین دو سیم­پیچ تزویج ایجاد می­شود. در اغلب تحقیقاتی که پیرامون کنترل‏کننده این موتور گزارش‌شده از تزویج بین سیم­پیچ­ها صرف‌نظر شده است. در این مقاله اثر تزویج بین این دو سیم­پیچ بر عملکرد سامانه کنترل تعلیق مغناطیسی بررسی‌شده است. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهد تزویج بین دو سیم­پیچ قابل‌چشم‌پوشی نیست و اختلال­هایی نظیر تغییر ناگهانی سیگنال­های مرجع مؤلفه­های جابجایی شعاعی رتور و نیروهای شعاعی خارجی وارد بر محور موتور می­توانند نقطه تعادل رتور را جابجا نمایند. همچنین در این مقاله کنترل­­کننده مناسبی جهت دست­یابی به عملکرد مطلوب موتور در برابر تغییر ناگهانی سیگنال­های مرجع مؤلفه­های جابجایی شعاعی رتور با لحاظ تزویج سیم‏پیچ‏ها طراحی‌شده است. نتایج شبیه­سازی ضرورت مدل‏سازی اثر تزویج و صحت روش پیشنهادی را تأیید می­کند.

کلیدواژه‌ها


 

[1]      T. Schuhmann, W. Hofmann, and R. Werner, “Improving operational performance of active magnetic bearings using Kalman filter and state feedback control,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 2, 2012.##
[2]      X. Sun, L. Chen, and Z. Yang, “Overview of bearingless permanent magnet synchronous motors,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 12, 2013.##
[3]      A. Chiba, T. Fukao, O. Ichikawa, M. Ooshima, M. Takemoto, and D. Dorrell, “Magnetic bearings and bearingless drives,” The Netherlands, Elsevier, 2005.##
[4]      T. Reichert, T. Nussbaumer, and J. Kolar, “Bearingless 300 W PMSM for bioreactor mixing,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 3, 2012.##
[5]      J. Asama, Y. Hamasaki, T. Oiwa, and A. Chiba, “Proposal and analysis of a novel single drive bearingless motor,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 1, 2013.##
[6]      X. Wang, Q. Zhong, Z. Deng, and S. Yue, “Current controlled multiphase slice permanent magnetic bearingless motors with open circuited phases: Fault tolerant controllability and its verification,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 5, May 2012.##
[7]      B. Warberger, R. Kaelin, T. Nussbaumer, and J. W. Kolar, “50 Nm/2500 W bearingless motor for high purity pharmaceutical mixing,” IEEE Transaction on Industrial Electronics, vol. 59, no. 5, May 2012.##
[8]      T. Schneider, J. Petersen, and A. Binder, “Influence of pole pair combinations on high-speed bearingless permanent magnet motor performance,” IET Conference on Power Electronics, Machines and Drives, pp. 707–711, 2008.##
[9]      M. Ooshima, S. Miyazawa, T. Deido, A. Chiba, F. Nakamura, and T. Fukao, “Characteristics of a permanent magnet type bearingless motor,” IEEE Transactions on Industrial Application, vol. 32, no. 2, Mar./Apr. 1996.##
[10]      X. Sun, H. Zhu, and T. Zhang, “Sliding mode variable structure control for radial suspension forces of bearingless permanent magnet synchronous motor based on inverse system method,” IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference, pp. 1844–1847, 2009.##
[11]      H. Grabner, W. Amrhein, S. Silber, and W. Gruber, “Nonlinear feedback control of a bearingless brushless DC motor,” IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 15, no. 1, Feb. 2010.##
[12]      K. Inagaki, A. Chiba, M. A. Rahman, and T. Fukao, “Performance characteristics of inset-type permanent magnet bearingless motor drives,” IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, pp. 202–207, 2000.##
[13]      M. Ooshima, A. Chiba, A. Rahman, and T. Fukao, “An improved control method of buried-type IPM bearingless motors considering magnetic saturation and magnetic pull variation,” IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 19, no. 3, Sep. 2004.##
[14]      P. Li, X. Yan, and J. Liu, “PDF control of bearingless permanent magnet synchronous motors based on inverse system method,” IEEE International conference on computer, mechatronics, control and electronic engineering, pp. 177-182, 2010.##
[15]      X. sun, L. Chen, Z. yang, and H. Zhu, “Speed-sensorless vector control of a bearingless motor with artificial neural network inverse speed observer,” IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 18, no. 4, Dec. 2013.##
[16]      S. Zhang and F.L. Luo, “Direct control of radial displacement for bearingless permanent magnet type synchronous motor,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 2, 2009.##
[17]      J. Fang and Y. Ren, “Decoupling control of magnetically suspended rotor system in control moment gyros based on an inverse system method,” IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 17, no. 6, Dec. 2012.##
[18]      X. Sun, L. Chen, H. Jiang, and Z. Yang, “High-performance control for a bearingless permanent magnet synchronous motor using neural network inverse system scheme plus internal model controllers,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, This article has been accepted for publication in a future issue of this journal, 2016.##
[19]      W. S. Bu, C. L. Zhu, and C. X. Lu, “Inverse system analysis and modeling of bearingless induction motor and its combined control strategy,” Hindawi Publication Corporation, Mathematical Problems in Engineering, vol. 2014, Article ID 698171.##
[20]      Y. Zhou, Y. He, and H. Nian, “The integrated mathematic model of a permanent magnet type bearingless motor,” IEEE Internantional Conference on Electrical Machines and Systems, pp. 898–902, 2005.##
[21]      W. Amrhein, S. Silber, and K. Nenninger, “Levitation forces in bearingless permanent magnet motors,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 35, no. 5, pp.        4052–4054, Sep. 1999.##
[22]      H.  Zhu and H. Li, “Magnetic field equivalent current analysis-based radial force control for bearingless permanent magnet synchronous motors,” Energies, 2015. www.mdpi.com/journal/energies ##