1
25
سپتامبر

بررسی تولید برق برای موتور مجتمع مغناطیس دائمی با واحد بازسازی انرژی (EERU)

واحد R&D سما آسانبر دانش بنیان

خلاصه

در این مقاله تولید برق برای موتور مجتمع مغناطیس دائمی با واحد بازسازی انرژی (ERU) ارائه شده است. این مطالعه نشان می­دهد که موتورهای مغناطیسی دائمی با نرخ 5.5 کیلو وات در آسانسور با انتقال انرژی مکانیکی به برق هنگامی که موتور بدون نیرو چرخش نیز کار می­کنند بنابراین موتور می­تواند انرژی الکتریکی تولید شده را به سیستم شبکه برگرداند. این وضعیت “حالت احیا کننده” نامیده می­شود که انرژی هدر رفته را می­توان یک بار دیگر استفاده کرد. مطالعه توسط شبیه­سازی با استفاده از MATLAB / Simulink انجام می­شود. ERU و معکوس کننده در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفتند که می­توانند در آینده در سیستم آسانسور موجود استفاده شوند. طرح ERU برای تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC برای همگام سازی شبکه استفاده می­شود.  ERUمورد بررسی به عنوان ماژول سه فاز عمل می­کند. از آزمایش، مشاهده می­شود که هنگامی که موتور به عنوان یک ژنراتور کار می­کند، ERU ولتاژ DC را از سیستم معکوس کننده آسانسور دریافت می­کند و سپس به ولتاژ AC تبدیل می­کند که می­تواند به سیستم شبکه منتقل شود.

مقدمه:

در حال حاضر حمل و نقل عمودی در ساختمان، برج، مرکز خرید، ساختمان­های اداری و کارخانه‌ها مهم است، به طور معمول بخشی از یک ساختمان آسانسور خواهد داشت. تجهیزات آسانسور به عنوان یک ماشین بزرگ مصرف کننده در نظر گرفته شده است؛ بنابراین، اگر آسانسور بتواند انرژی الکتریکی تولید شده را به سیستم بدهد، این امر می­تواند مصرف انرژی را کاهش دهد بنابراین سیستم آسانسور می­تواند یک دستگاه مهم برای حفاظت از انرژی باشد. این مقاله به بررسی تولید برق برای موتور مغناطیس دائمی توسط واحد بازسازی انرژی (ERU) خواهد پرداخت. در این مقاله توابع و اجزای سیستم آسانسور، اصل 4 ربع دایره، اصل مبدل بالا زیاد کننده DC، معادلات موتور مغناطیسی دائمی و اصل کنترل سرعت در بخش 2، شبیه­سازی سیستم با Matlab / Simulink در بخش 3، نتایج در بخش 4 و نتیجه‌گیری در بخش 5، نیز توصیف شده­اند.

  1. نظریه و پیاده‌سازی

2.1 سیستم آسانسور

به طور معمول، ساختار سیستم آسانسور متشکل از 6 اجزای اصلی است که در شکل 1 نشان داده شده است.

1شکل 1: اجزاء سیستم آسانسور

2شکل 2: مقایسه بین سرعت موتور و گشتاور مختلف.

2.2 اصل عملیات چهارگانه ربع دایره

شکل 2 یک نمودار سرعت و گشتاور کنترل در هر دو جهت مثبت و منفی را نشان می­دهد. از شکل 2، روند در ربع­های 1 و 3 به عنوان حالت موتور تعریف شده­اند که به این معنی است که سرعت و گشتاور در جهت یکسان هستند. روند در ربع­های 2 و 4 به یک ژنراتور اختصاص داده می­شود، گاهی اوقات به عنوان حالت باز تولید نامیده می­شود. حالت باز تولید برای کار بر روی یک موتور دائمی مغناطیسی در سیستم آسانسور چرخش بدون نیرو است. یا ترمز موتور باعث تولید برق برای آسانسور می­شود که بر روی آسانسور قرار می­گیرد. بار باید کمتر از آونگ وزنی و به عنوان آسانسور برای بارگیری از آونگ جاذبه باشد. هر دو مورد بر نیروی گرانش کششی چرخش موتور تکیه می­کنند. بدون اینکه نیروی الکتریکی به آسانسور داده شود. با توجه به نحوه عملکرد سیستم آسانسور می­توان حالات آسانسور را مطابق با جدول 1 تقسیم بندی نمود.

1-1جدول 1: عملیات حالت سیستم آسانسور

2.3 اصول مبدل تقویت DC

یک مبدل تقویت کننده، یک مبدل نیرو DC به DC است که ولتاژ خروجی آن بیشتر از ولتاژ ورودی آن است. مدار یک مبدل تقویت کننده در شکل 3 نشان داده شده است.

3شکل 3: مدار مبدل تقویت کننده DC

معادلات 1 تا 4:

کلید روشن (Switch on)

فرمول 1-2

کلید خاموش (Switch off)

فرمول 3-4

ولتاژ

4شکل 4: کنترل کننده تولید نیروی کار برای آسانسور با موتور مغناطیس دائمی

2.4 موتور همگام مغناطیس دائمی

ویژگی­های موتور مغناطیس دائمی مطابق معادلات (5) – (8) می­باشد که برای آزمودن در برنامه MATLAB / SIMULINK اعمال می ­شود.

فرمول 5-8

مقادیر 5-8

5شکل 5: واحد بازتولید انرژی (ERU) توسط برنامه Matlab / Simulink

2.5 اصل کنترل سرعت با استفاده از یک کنترل­ کننده PI

این سیستم سرعت موتور را اندازه­گیری می­کند که با سرعت مرجع مقایسه می­شود، پاسخ سیستم توسط کنترل کننده PI کنترل می­شود؛ بنابراین طراحی سیستم کنترل­کننده PI بسیار مهم است. کنترل کننده PI طراحی شده است و برای پارامترهای Kp و Ki برای این شبیه­سازی، هر دو ابزار نرم­افزار GUI، یک ابزار به نام SISOTOOL در Matlab / Simulink برای کمک به تابع انتقال به شرح زیر استفاده می­ شود.

  1. فرمول 9 شبیه­ سازی سیستم

در این مقاله، یک سیستم شبیه­سازی تولید برق برای موتور مجتمع مغناطیس دائمی توسط واحد باز تولید انرژی توسط Matlab / Simulink، از شکل 4، 5، بخش ورودی موتور درایو، تنظیم شده است. سری­های یکسان کننده برای جریان برق در یک جهت استفاده شده­اند. هنگامی که موتور به عنوان یک ژنراتور کار می­کند، نیرو تولید شده به شبکه سیستم بازگردانده می­شود. هنگامی که موتور به عنوان یک ژنراتور کار می­کند، ERU با استفاده از IGBT، ولتاژ  DC را به AC تبدیل می­کند.

6شکل 6: ولتاژ ورودی ERU

شکل 6 نتایج شبیه­سازی Vdc است. قبل از ورود به ERU زمانی که ولتاژ در حالت تولید افزایش می­یابد می­تواند به شبکه بازگردد. هنگامی که آسانسور حالت تولید خود را خاتمه می­دهد و موتور شروع بکار می­کند، ERU بازخورد خود را متوقف می­کند و حالت خاموش را وارد می­کند.

7شکل 7: ولتاژ خروجی و نیرو ERU

شکل 7 نمودار نتایج شبیه­سازی نیرو سه فاز و خروجی ولتاژ ERU است. نیرو منفی نشان دهنده نیرو بازگشت به شبکه است. همان‌طور که در شکل 4 مشاهده می­کنید، ERU به منظور تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC سه فاز کار می­کند.

  1. 4. نتایج

واحد باز تولید انرژی با استفاده از نرم‌افزار Matlab / Simulink تولید برق برای آسانسور با موتور مغناطیس دائمی را شبیه­سازی نمود. نتایج شبیه­سازی در جدول 2 نشان داده شده است.

2-2ERU جدول 2: نتایج شبیه­سازی برای

جدول 2 ولتاژ ورودی و خروجی ERU از باز تولید هم‌زمان موتور مغناطیس دائمی را نشان می­دهد. خروجی ولتاژ DC از اینورتر (معکوس کننده) نیز ورودی ERU است و سپس به مبدل تقویت کننده DC منتقل می­شود که ولتاژ DC را به AC تبدیل می­کند. ولتاژ خروجی ERU توسط موج مربعی مشخص می­شود و در نهایت از طریق یک سری (دنباله) فیلتر می­­شود بنابراین شکل موج ولتاژ، موج سینوسی است و بعد از این نقطه ما می­توانیم به سیستم شبکه متصل شویم.

  1. نتیجه‌گیری

ERU یک مفهوم است که با استفاده از موتورهای مغناطیس دائمی می­تواند به سیستم آسانسور موجود متصل شود. ERU زمانی که موتور آسانسور با نیروی گرانش کار می­کند قادر به تولید انرژی الکتریکی می­باشد بنابراین ERU ولتاژ DC را از سیستم مبدل آسانسور دریافت و سپس تبدیل به ولتاژ AC می­کند، بنابراین این نیرو را می­توان به سیستم شبکه تغذیه بازگرداند؛ بنابراین خروجی نیرو را می­توان به سیستم برای جایگزینی انرژی که مورد استفاده قرار گرفته است، بازگرداند.

منابع:

[1] Sittichai Kantawong and Boonyong Plangklang ,” Study of Power Generation for Permanent Magnet Motor Elevator by Energy Regenerative Unit (EERU) “, Energy Procedia 56 ( 2014 ) 591 – 597.

گردآورنده:کارشناس ارشد فیزیک هسته­ای مهندس کامران کشیری