ترابری خودرو کنترل موتور DC فصل ۳ – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه مکانیک
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات
چگونگی سفارش مقاله
الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۵۵
کد مقاله
MEC55
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
کنترل یک موتور DC بدون جاروبک در یک سیستم تعویض دنده الکترونیکی پروژه سیستمهای ترابری و خودرو – فصل ۳
نام انگلیسی
Controlling a Brushless DC Motor in a Shift-by-Wire System Master’s thesis performed in Vehicular Systems: chap 3
تعداد صفحه به فارسی
۲۵
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۸
کلمات کلیدی به فارسی
موتور DC بدون جاروبک- سیستم تعویض دنده الکترونیکی / سیستم کنترل فرمان الکترونیکی- گیربکس اتوماتیک- سنسورهای هال- مدولاسیون پهنای پالس
کلمات کلیدی به انگلیسی
Brushless DC motor- Shift-by-Wire- Automatic transmission – Hall sensors- Pulse width modulation
مرجع به فارسی
بخش سیستمهای ترابری و خودرو
دپارتمان مهندسی الکترونیک
دانشگاه لینکوپینگز
مرجع به انگلیسی
Division of Vehicular Systems-
Dept. of Electrical Engineering-
Linkopings universitet
کشور
سوئد
کنترل یک موتور DC بدون جاروبک در یک سیستم تعویض دنده الکترونیکی
پروژه سیستمهای ترابری و خودرو
فصل ۳
۳- موتورهای DC بدون جاروبک
۱-۳٫ اصول
یک موتور DC معمولی شامل یک روتور داخلی با یک کویل و یک استاتور خارجی با مگنت می باشد. به هنگامی که جریان برق در امتداد کویل در داخل روتور عبور می کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد شده که در تعامل با مگنت های داخل استاتور می باشد. چنین عملی سبب چرخش روتور خواهد شد. این چرخش سبب ایجاد تغییر مسیر جریان به سمت کویل شده، که خود منجر به ایجاد حرکت چرخشی بطور پیوسته می شود. ارسال جریان به / از روتور به وسیله جاروبک هایی کنترل می شود که بر روی استاتور بسته شده و در برابر روتور قرار گرفته اند، البته این مورد را می توان به عنوان نقطه ضعف یک موتور DC به حساب آورد. چرا که استهلاک سبب فرسایش و کاهش کارایی آن خواهد شد.
یک موتور DC بدون جاروبک به سادگی به عنوان یک موتور DC معمولی مدنظر است که کاملا حالت وارونگی دارد. این بدان معناست که کویل در بخش بیرونی و مگنت ها در قسمت داخلی قرار گرفته اند. به شکل ۱-۳ رجوع شود. نکته مدنظر در اینجا آن است که هیچ گونه تماس فیزیکی بین استاتور و روتور وجود ندارد. استاتور حاوی چندین کویل می باشد که جریان از طریق آنها عبور نموده و سبب ایجاد میدان مغناطیسی می شود که خود چرخش روتور را سبب خواهد شد. در اینجا از سه فاز بطور غالب استفاده شده که سبب ایجاد شش روش مختلف عبور جریان برق به سمت کویل ها خواهد شد. یک فرکانس میکروکنترلر اقدام به تغییر جهت جریان نموده و سبب می شود تا میدان مغناطیسی با قابلیت تغییر سریع سبب چرخاندن روتور شود. به منظور اعمال موثر و کارای این وظیفه میکروکنترلر می بایست از موقعیت روتور آگاه باشند و چنین اطلاعاتی به وسیله حسگرهای هال حاصل می گردد. ارزیابی موقعیت و هدایت جریان خود به عنوان یک معضل محاسباتی برای میکروکنترلر به شمار می آید که خود دلیل اصلی این مسئله به شمار می آید که چرا موتورهای بدون جاروبک در گذشته مقبولیت چندانی نداشته اند. با این حال، این امر هم اکنون دیگر یک مشکل تلقی نمی شود. مزیت های موتور BLDC در مقایسه با موتور DC به شرح ذیل می باشند:
اصطکاک کمتر بوده و دوام آن نیز بهتر می باشد، چرا که هیچ گونه سیستم جاروبکی در آن وجود نداشته و بنابراین سبب فرسایش نخواهد شد.
شکل ۱-۳: یک موتور BLDC سه فاز
علاوه براین هیچ گونه گرد و خاک متعلقه نیز در کار نبوده که خود به عنوان یک مقوله مهم به حساب می آید چرا که اجزای داخل روغن گیربکس ممکن است سبب صدمه دیدگی گیربکس شوند.
یک موتور BLDC دارای ضریب گشتاور/ حجمی بالایی می باشد و از طریق استقرار کویل در بخش بیرونی خنک کردن موتور آسان خواهد بود.
احتمالا مزیت اصلی آن است که یک موتور BLDC را می توان به صورت کاملا مهر و موم و بدون منفذ تولید نمود. این امر خود بسیار مهم است، آن هم به هنگامی که موتور به طور کامل در روغن گیربکس، داخل گیربکس، در حال چرخش باشد.
ترابری خودرو کنترل موتور DC فصل ۳
۲-۳٫ کنترل یک موتور BLDC
دو پارامتر یک موتور DC معمولی قابلیت کنترل بسیار آسانی دارند، یعنی پارامترهای سرعت و مسیر. جهت کنترل سرعت، لازم است ولتاژ ورودی متغیر باشد. به منظور تغییر مسیر، باید به سادگی اقدام به معکوس نمودن قطبیت نمود. سرعت غالبا با استفاده مدولاسیون پهنای پالس کنترل می شود که برای موتورهای معمولی و بدون جاروبک یکسان است. به منظور به کار اندازی موتور بدون جاروبک، حصول اطلاعات، به طور مثال داده های حسگرهای هال، در خصوص موقعیت زاویه ای روتور، قابل توجه و ضروری می باشد. جریان را نیز می بایست به سمت دو فاز از سه فاز هدایت نمود. موقعیت روتور مشخص کننده آن است که کدامیک از فازها را می بایست فعال ساخت.
۱-۲-۳٫ مدولاسیون پهنای پالس
مدولاسیون پهنای پالس، PWM، به عنوان یک روش بسیار معروف برای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی به شمار می آید. این اصل ساده می باشد. به طور مثال، در صورتی که سرعت می بایست ۵۰% سرعت حداکثری باشد، ولتاژ نباید به ۵۰% کاهش یابد. در مقابل، ولتاژ به سرعت بالا و پایین رفته و نتیجه آن یک ولتاژ میانگین ۵۰ درصدی خواهد بود. در صورتی که به ولتاژ ۷۵ درصدی نیاز باشد، یک چرخه کاری ۷۵% مدنظر خواهد بود. که بر این مبنا قطع ولتاژ به اندازه ۲۵% زمان مد نظر است. به شکل ۲-۳ رجوع شود. در صورتی که فرکانس کلید زنی / سوئیچینگ به میزان کفایت بالا باشد موتور به واسطه اینرسی و اندوکتانس آن در یک سرعت یکنواخت حرکت می نماید. این روش دارای برخی از مزیت های قابل توجه به شرح ذیل می باشد:
پیاده سازی آن در یک میکروکنترلر آسان است. تنها به یک پین خروجی جهت کنترل سرعت نیاز است.
عدم اتلاف نیروی باتری در سرعت های پایین، در صورتی که ولتاژ متغیر مورد استفاده قرار گیرد، این احتمال وجود خواهد داشت که یک مقاومت را به صورت سری به گونه ای قرار داد که قابلیت جذب برخی از ولتاژها را داشته باشد. با این وجود، این به معنای آن خواهد بود که باتری هنوز تامین کننده ولتاژ حداکثری بوده و نیرو در مقاومت همچنان به هدر خواهد رفت.
یک موتور کننده شده به وسیله PWM تولید کننده گشتاور بیشتری، به هنگامی که پالس ها از منبع کامل نیرو در بازه های کوتاه استفاده می کنند، می باشد.
ترابری خودرو کنترل موتور DC فصل ۳
۲-۲-۳٫ حسگرهای هال
داشتن اطلاعات در خصوص موقعیت زاویه ای روتور برای میکروکنترلر الزامی می باشد. بدون این اطلاعات، سیستم قابلیت بکارگیری ولتاژ سه فاز جهت ایجاد گشتاور را نخواهد داشت. موقعیت زاویه ای بر این مبنا به وسیله حسگرهای هال تامین می شود.
۳-۲-۳٫ تولید گشتاور
به منظور ایجاد گشتاور حداکثری، زاویه بین شار استاتور و شار روتور می بایست در ۹۰ درجه حفظ شود. موتورهای BLDC با قابلیت استفاده از دو یا چهار فاز وجود دارند، اما در اینجا تنها موتورهای سه فاز مورد بحث قرار می گیرند. از طریق بکارگیری ولتاژ برای دو فاز از این سه فاز چنین میدانی را می توان در ۶ مسیر مختلف، نشان داده شده در شکل ۳-۳، هدایت نمود. نتیجه آن است که زاویه را نمی توان در ۹۰ درجه حفظ کرد، در مقابل این زاویه بین ۶۰ و ۱۲ درجه متغیر خواهد بود. فرآیند ارتباطات در شکل ۴-۳ نشان داده شده است. در این لحظه روتور از حالت هال ABC [110] خارج شده و به حالت ABC [100] وارد می شود، که خود سبب می شود تا جریان به روش مختلفی به سمت سیم پیچ ها هدایت شده که منجر به تغییر شار استاتور به میزان ۶۰ درجه بر خلاف عقربه های ساعت خواهد شد. بر این مبنا لازم است تا زاویه بین شار استاتور و موتور نزدیک ۹۰ درجه جهت حصول گشتاور حداکثری حفظ شود. این تغییر جریان تحت عنوان کوموتاسیون / جابجا گری خوانده می شود.
ترابری خودرو کنترل موتور DC فصل ۳
۴-۲-۳٫ بازنگری سیستم
یکی از روش های خلاصه نمودن چگونگی استفاده از موتور DC بدون جاروبک در شکل ۷-۳ نشان داده شده است. حسگرهای هال به طور پیوسته اقدام به تامین موقعیت زاویه ای موتور برای دسته کموتاسیون می نمایند. از طریق برآورد آنکه حسگرهای هال چند وقت یکبار اقدام به تغییر وضعیت می نمایند، قابلیت محاسبه آسان سرعت وجود خواهد داشت. کنترلر دیجیتال از سرعت هدف و سرعت حقیقی جهت تشخیص چرخه جدید کار استفاده می نماید. بعلاوه، این سیستم قابلیت ارسال مسیر مطلوب به دسته جابجاگردی / کوموتاسیون را خواهد داشت. این مورد از جدولی همانند جدول ۱-۳ استفاده نموده و اقدام به ارسال شش سیگنال به گیت بریج / درایور دروازه پل شش سوییچ می نماید. مولد PWM نیز اقدام به تولید سیگنال مناسبی از چرخه کار نموده یا آن را به درایور گیت بریج ارسال می کند. سوییچ هایی که برای باز شدن تنظیم گردیده اند، به صورت دائمی باز نمانده بلکه یک حالت باز و بسته شدن را در فرکانس PWM بالا خواهند داشت. این مورد سبب ایجاد شدت یا دامنه مناسب و مسیر متناسب جریان خواهد شد. در نهایت، ولتاژ های فراتر از سه فاز مشابه با ولتاژ های نشان داده شده در شکل ۸-۳ می باشند.
ترابری خودرو کنترل موتور DC فصل ۳
۳-۳٫ موتور بدون جاروبک MM41 35-3L
موتور مورد استفاده به وسیله شرکت فرانسوی MMT، شرکت فناوری آهن ربای گردان، فراهم شده است. این موتور دارای ۵ جفت قطب می باشد که به معنای آن است که روتور حاوی ۵ آهن ربا است که مجموعا شامل ۱۰ قطب می شود. به شکل ۹-۳ رجوع شود. پس از هر بار چرخش، هر یک از حسگرهای هال برای ده بار اقدام به سوییچینگ نموده به گونه ای که هیچکدام در یک زمان سوییچ نشوند. این بدان معناست که وضعیت هال برای ۳۰ دفعه در طی یک چرخش تغییر می کند. جهت اجتناب از عدم درک این موضوع، دو گردش مجزا را می بایست تعریف نمود. یک گردش مکانیکی، ۳۶۰ درجه مکانیکی به عنوان هر دور برای موتور مدنظر می باشد. اما در طی این زمان، ۵ گردش الکتریکی نیز به واسطه آنکه اقدام به عبور از ناحیه شمال و جنوب روتور به میزان ۵ بار می شود، تولید می شود. در یک مثال مانند شکل ۱-۳، هیچ گونه تفاوتی بین این دو وجود ندارد چرا که این مورد تنها دارای یک جفت قطب می باشد. جفت های قطبی بیشتری قابلیت آهسته کردن موتور را خواهند داشت، چرا که می بایست اقدام به تغییر مسیر جریان برای ۳۰ بار چرخش در مقایسه با تنها ۶ بار نمایند. مزیت داشتن قطبهای بیشتر آن است که گشتاور بیشتر خواهد بود.
۱-۳-۳٫ مشخصات
مشخصات موتوری که در طی مدلسازی این موتور مورد استفاده قرار گرفته است در جدول ۲-۳ نشان داده شده است. گشتاور وقفه / stall کاملا بالای حدود ۲۰۰ mNm می باشد که بعنوان مورد حداکثری در شکل ۳-۲ مطرح است، که به معنای آن خواهد که موتور از قدرت کافی برخوردار است.
ترابری خودرو کنترل موتور DC فصل ۳
۴-۳٫ رانندگی بدون حسگر
توسعه موتورهای BLDC هم اکنون با حرکت بسمت استفاده از موتورهای بدون حسگر تداوم یافته که خود به معنای آن است که حسگرهای هال حذف خواهند شد. بر این مبنا موقعیت روتور را می بایست به طرق دیگری مورد سنجش قرار داد. حداقل سه دلیل برای این رویه وجود دارد.
هزینه های تولید. در صورتی که سیستمی همانند این مورد به نقطه تولید انبوه برسد، تولید کننده می بایست سعی در کاهش هزینه های تولید نماید. هر پوندی که در هر ماشین صرفه جویی شود با توجه به تولید یک سری ۱۰۰۰۰۰ ماشین می تواند مهم باشد. هزینه حسگرها و سیم کشی ها نیز قابل توجه هستند.
عدم امکان ایجاد اتصالات بیشتر بین موتور و دستگاه کنترل. با توجه به کنترل BLDC معمولی اطلاعات حس شده را می بایست به دستگاه کنترل با استفاده از سه کابل اضافه ارسال داشت. این مورد غالبا امکان پذیر نخواهد بود.
خطا در سیستم ها همانند این مورد غالبا در سیم و سوکت ها رخ می دهند. کابل های کمتر منجر به بروز خطاهای بالقوه کمتری خواهد شد.
این موضوع نشان داده شده است که از طریق حس ولتاژ در فاز سوم، فازی که به برق متصل نیست، موقعیت روتور را می توان مورد ارزیابی قرار داد. این روش معمولا تحت عنوان حسگری نیروی برق وارانی پس – back-EMF خوانده می شود که در اینجا مورد بحث قرار خواهد گرفت.
ترابری خودرو کنترل موتور DC فصل ۳
۱-۴-۳٫ حس نیروی برق وارانی (back-EMF)
به هنگامی که جریان تحت فرایند جابجاگری و هدایت و تغییر قرار گرفت، ولتاژهای نیروی برق وارانی (back-EMF) در سیم پیچ های استاتور القا می شوند. حال اجازه دهید تا فازهای A و B به وسیله سیگنال PWM برق دار گردند و فاز C بدون اتصال باقی ماند، همانند آنچه در سناریوی ذیل مشخص شده است. به علاوه به شکل ۱۰-۳ رجوع کنید. uVC و uVB پتانسیل های شاخه ای یا منشعب شده می باشند، همانند ولتاژ بین یک مرحله توان خروجی و زمین. uiA، uiB وuiC فاز ولتاژهای القایی نیروی برق وارانی می باشند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
