توضیحات پروژه

  دارای 116 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه و مقالات آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه

فصل اول: موتورهای Dc بدون جاروبک(BLDC)
1- تعریف موتور BLDC  
2- مزایا و معایب موتور BLDC  
3-ساختمان موتور BLDC  
3-1-استاتور  
3-1-1-موتور BLDC با تغذیه ولتاژ سینوسی (BLAC)  
3-1-2-موتور BLDC با تغذیه ولتاژ ورودی ذوزنقه‌ای  
3-2-روتور  
3-3-سنسورهای هال  
4- مواد مغناطیس دائم  
5- اصول عملکرد موتور BLDC  
5-1-تبیین مفهوم کموتاسیون در یک موتور کموتاتورDC  
5-2-مقایسه موتور BLDC با موتورهای DC و القایی  
5-3-کموتاسیون در موتورBLDC  
6-کنترل حلقه‌ بسته موتورBLDC  
7-نتیجه‌گیری  
فصل دوم: مدل‌سازی و شبیه‌سازی درایو الکتریکی موتور BLDC سه‌فاز
1- مقدمه  
2- بررسی مدلهای ارائه‌شده برای درایو موتور BLDC   
3- مدلسازی بر مبنای تابع سوئیچینگ  
3-1- ویژگیها  
3-2- تئوری عمومی تابع سوئیچینگ   
3-3- یک مثال: مدلسازی اینورتر VSI سه‌فاز SPWM بر مبنای توابع سوئیچینگ   
4- مدلسازی درایو موتور BLDC بر مبنای تابع سوئیچینگ  
4-1- آنالیز سیستم درایو موتور BLDC   
4-2- مدلسازی و پیاده‌سازی درایو موتور BLDC در محیط Matlab/ Simulink  
5- شبیه‌سازی درایو موتور BLDC  
6-نتیجه‌گیری  
فصل سوم:تعریف زبانC
1- تعریف زبان C  
2- توصیف پایه های LCD  
3- انواع داده ها   
4- متغیر ها  
5- تعریف متغیرها   
6- تعریف ثابتها   
7- PWM چیست ؟  
برنامه IC PWM  
برنامه Main Controler   
نتیجه گیری  
مراجع  

بخشی از منابع و مراجع پروژه

 [1]. C.C.Chan,” The State of the Art of Electric and Hybrid, Vehicles” Proceedings of the IEEE, vol. 90, NO. 2, February 2002, pp. 245-

[2]. S. Plotkin, D. Santini, A. Vyas, J. Anderson, M. Wang, J. He, and D. Bharathan; “Hydrid Electric Vehicle Technology Assessment: Methodology, Analytical Issues, and Interim Results”, Center for Transportation Research, Energy Systems Division, Argonne National Laboratory, ANL/ESD/02-2, October 2001,

[3]. Jih-Sheng(Janson) Lai, “Electric Vehicles and powr electronics”, Presentation at Universidad Technica Federico Santa Maria Valparaiso, Chili, August 16.2001, Virginia Polytecnic Institute and StateUniversityCenter for Power Electronics Systems

[4]. K. M. Rahman, and M. Ehsani, “Performance Analysis of Electric Motor Drives for Electric and Hybrid Electric Vehicle application”, Power Electronic in transportation. IEEE 1996, pp.49-

[5]. Y. Gao, H. Maghbelli, M. Ehsani and G. Fraxier, “Investigation of Proper Motor Drive Chracteristics for EV and HEV Propulsion Systems”, SAE 2000 World Congress, Paper No. 03FTT

[6]. Z. Rahman. M. Ehsani and K.L. Butler, “An Investigation of Electric Motor Drive Chracteristics for EV and HEV Propulsion”, SAE 2003 Word Congress, Paper No.  2000-01-3066, pp. 1-

[7]. N. Schofield, M. K. Jenkins, “High Performance Brushless Permanent Magnet Traction Drives for Hybrid Electric Vehicles”, Machines and Drives for Hybrid Electric Vehicles(Digest No: 1996/152), IEE Colloquium on 1996, page(s): 4/1-4/

[8]. R.M. Cuenca, L. L. Gaines, and A.D. Vyas; “Evaluation of Electric Vehicle Production and Operation Costs”, Center for Transportation Research, Energy Systems Division, Argonne National Laboratory, ANL/ESD-41, November

[9]. Brendam Conlon,” A Comparison of Induction, Permanent Magnet, and Switched Reluctance Electric Drive Perfomance in Automotiv Traction Applications”, 2001, General motors Corp

[10]. K. Rahman, B. Fahimi, G. Suresh, A. Ragarathnam, M. Ehsani, ” Advantages of Switched Reluctance Motor Applicationsto EV and HEV: Design and Control Issues”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 36, no. 1, pp 111-121, jan./Feb

[11]. J. F. Gieras, M. Wing; ” Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications”; Second Edition, 2002, Marcel Dekker, Inc

[12]. A. Kusko and S. M. Peeran; “Definition of the Brushless DC Motor,” in Conf. Rec. IEEE-IAS, pp. 20-22,

[13]. T. J. E Miller; Brushless Permanent-Magnet and Reluctance Motor Drives”, Oxford: Clarendon Press,

[14]. B.K. Lee and M. Ehsani; ” Advanced BLDC Motor Drive for Low Cost and High Performance Propulsion System in Electric and Hybrid Vehicles”, IEEE 2001 International Electric Machines and Drives Conference,   2001, Cambridge, MA, June 2001, pp. 246-

[15]. Padmaraja Yadamale; “Brushless DC(BLDC) Motor Fundamentals” , Application Note AN885,2003, Microchip Technology Inc., DS00885A

[16].  B. K. Lee; ” Advanded Low Cost and High Perfomance Brushless DC Motor Drives for Mass Production”, Ph.D. Thesis, December 2001, Dept. of Electrical Engineering, Texas A&M University

[17].  D.C. Hanselman; “Brushless Permanent-Magnet Motor Design”, New York; McGraw-Hill,

 [18]. P. Wood; “Theory of Switching Power Converter”, New York: Van Nostrand-Reinhold,

[19]. P. D. Ziogas, E. P. Wiechmanm, V. R. Stefanvic; “A Computer-Aided Analysis and Design Approach for Static Voltag Source Inverter”, IEEE Trans. Ind. Applicat., Vol. IA-21, no. 5, pp.1234-1241, Sep./ Oct

[20]. E. P. Wiechmanm, P. D. Ziogas, V. R. Stefanovic; “Generalized Functional Model for Three Phase PWM Inverter/Rectifier Converters”, in Proc. IEEE IAS’85, 1985, pp. 984-

[21]. L. Salazar, G. Joos; “PSPICE Simulation of Three-Phase inverters by Means of switching Functions”, IEEE Trans. Power Electron., Vol. 9, no. 1, pp. 35-42,Jan

[22]. P.N.Enjeti, P. D. Ziogas; “Analysis of A Static Power Converter under Unbalance: A Novel Approach”, IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 37, no. 1, pp. 91-93, Feb

[23]. Matlab Manual Version 5.3.1, the Math Works Ine.,

[24]. P. D. Evans, D. Browns;”Simulation of brushless DC drives”, IEEE Proceeding of Electric Power Applications, 1990, Vol. 137, No. 5, pp. 299-

[25].  P.C. K Luck, C. K. Lee; “Efficient modeling for a brushless DC motor drive”, International Conference of Industrial Electronics, Control and Instrumentation, 1994, IECIN ’94, pp. 188-

[26]. P. P. Muresan, A. Forrsi, K. A. Biro; “Mathematical Modeling and control of Brushless DC Drives-Unified Approach”, IEEE Optimization of Electrical and electronic Equipments, 1998, pp. 557-

[27]. F. Bodin, S. Siala; “New refrence frame for brushless DC motor drive”, IEE Seventh International Conference on Power Electronics and Variable Speed Drives, 1998, pp. 554-

[28]. D. Grenier, L. A. Dessaint; “A Park-Like Transformation for the Study and the Control of a Non-Sinusoidal Brushless DC Motor”, Proceedings of the IEEE Indusrial Electronics, Control, and Instrumentation, 1995, IECON 21, pp. 837-

[29]. F. Bonvin, Y. Perriard; , “BLDC motor control in multiple dq axes”, Eighth International Conferece on IEE Power Electronics and Variable Speed Drives, 2000, pp. 500-

[30]. P. L. Chapman, S. D. Sudhoff, C. A. Whitcom; “Multiple refrence frame analysis of non-sinusoidal brushless DC drives”, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 14, Issue: 3, Sept. 1999, pp. 440-

[31]. Y. S. Jeon, H. S. Mok, G. H. Choe. D.K. Kim, J.S. Ryu;”A new simulation model of BLDC motor with real back EMF waveform”, The 7th Workshop onComputers in Power Electronics, COMPEL 2000, 16-18 July 2000, pp. 217-

[32]. N. Franceschatti, M. G. Simoes; “A new approach for analysis, modeling and simulation of the IEEE Industrial Electronics Society, 2001. IECON ’01, pp. 1423-

[33]. H.N Phyu, M.A. Jabbar, L. Zhejie, B. Chao; “Modeling and simulation of brushless permanent magnent DC motor in dynamic conditions by time stepping technique”, IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2003. IEMDC’03, pp. 376-

[34]. P. Zhou, W. N. Fu, D. Lin, S. Stanton, Z. J. cendes and Longya Xu; “Numerical Modeling of Electrical Machines and Its Application”, 37^th IEEE TAS Annual Meeting, 2002, pp. 1936-

[35].  K. Nakamura, K. Saito, O. Ichinokura; “Dynamic analysis of interior permanent magnet motor based on a magnetic circuit model”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 39, no. 5, September 2003, pp. 3250-

[36]. Y. ChiaChou, N.A.O. Demerdash; “A study of the effects of machine winding space harmonics and advanced phase current switching on torque and performance quality in brushless DC motors using PSpice modeling”, IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2003. IEMDC’03, Vol.: 2, pp. 326-

[37]. Joon-Hwan Lee, Sung-Chan Ahn, Dong-Seok Hyun; “A BLDCM drive with trapezoidal back EEMF using four-switch three phase inverter”, IEEE Industry Applications Conference, 2000. Vol. 3, pp. 1705-

[38]. B. K. Lee, B. Fahimi, M. Ehsani; “Dynamic Modeling of Brushless DC Motor Drives”, European Conference on Power Electronics and Application(EPE’2001), Graz, Austria

[39]. R. Carlson, M. Lajoie-Mazenc, and C. dos S. Fagundes; “Analysis of torque ripple due to phase commutation in brushless dc machines”, IEEE Trans. Ind. Applicat. Vol. 28, no. 3, pp. 632-638, May/June

***[40]. E. P. Wiechmann, P. D. Ziogas, V. R. Stefanovi;, “Generalized Functional Model for here Phase PWM Inverter/Rectifier Converters”; in Conf. Rec. IEEE-IAS, pp. 984-993,

[41]. B. K. Lee and M. Ehsani; “A simplified functional model for 3-phase voltage-siurce inverter using switching function concept”, in Conf. Rec. IEEE-IECON, pp. 462-467,

[42]. S. P. Natarajan, C. Chellamuthu, B. Karki, C. A. Kumar; “Siimulation and performance evalution of permanent magnet brushless DC motor using saber package”, The 7^th Workshop on Computers in Power Electronics, 2000. COMPEL 2000, pp. 235-

- تعریف موتور BLDC

موتور BLDC در مراجع مختلف دارای تعاریف متفاوتی می‌باشد. استاندارد انجمن ملی سازندگان تجهیزات الکتریکی (NEMA)ف موتور BLDC را این‌گونه تعریف می‌نماید

یک موتور بدون جاروبک، ماشین دوار خود سنکرونی است که دارای روتور مغناطیس دائم بوده و از موقعیت‌های مشخصی از شافت دوار روتور، جهت کموتاسیون الکترونیکی استفاده می‌شود. این موتور می‌تواند همراه با درایوهای الکترونیکی مربوطه به‌صورت مجتمع باشد یا این‌که موتور از درایو مربوطه جدا باشد

KUSKO نیز تعریف زیر را بیان می‌کند[12]

یک موتور که دارای سیم‌پیچی استاتور بوده و یک موتورم مغناطیس دائم برجسته از جنس آهن نرم دارد. سیم‌پیچ‌های استاتور از یک منبع تغذیه اولیه DC و به توسط یک ماتریس از سوئیچ‌های حالت جامد تغذیه گشته و عمل کنترل با استفاده اط سنسورهای وضعیت و با منطقی مشخص انجام می‌شود.در غیاب یک ریگلاتور، سرعت موتور متناسب با ولتاژ DC اولیه می‌باشد

موتور BLDC اساساً دارای ساختاری مشابه یک مغناطیس دوار همراه با یک مجموعه از هادی‌های حامل جریان می‌باشد. از این‌نظر، مشابه با یک موتور کموتاتور DC معکوس شده نیز می‌باشد که مغناهطیس می‌چرخد اما هادی‌های جریان، ایستان باقی می‌مانند. در هر دو حالت، برای ثابت‌ماندن جهت گشتاور در یک جهت، جریان در هادی‌ها می‌بایست در هر زمان که یک قطب مغناطیسی از روبروی آن عبور می‌کند، پلاریته‌اش نیز معکوس شود. در یک موتور کموتاتور DC، معکوس شدن پلاریته با کموتاتور و جاروبک‌ها انجام می‌شود. چون کموتاتور نسبت به روتور ثابت می‌باشد، لحظات سوئیچ زنی به‌طور اتوماتیکن با تغییر پلاریته میدان مغناطیسی هادی‌ها سنکرون می‌گردد. در یک موتور BLDCف معکوس شدن پلاریته با کلید‌زنی ادوات الکترونیک قدرت انجام می‌گردد. پروسه‌ کموتاسیون در هر دو نوع ماشین، شبیه به هم بوده و سنکرون با وضعیت روتور می‌باشد و لذا معادلات دینامیکی مربوطه و مشخصه‌های سرعت-گشتاور آن‌ها یکسان می‌باشند.[1113]

2- مزایا و معایب موتور BLDC

موتور‌های BLDC مغناطیس دائم که در صنایع اتومبیل‌سازی و هوافضا، مورد استفاده قرار‌می‌گیرند شامل مزایای ذیل می‌باشند[14,16]

·نویز پایین: به‌دلیل عدم نیاز به هیچ‌گونه جاروبک مکانیکی یا حلقه‌های لغزان در موتور‌های مغناطیس دائم BLDC، تمام نویز‌های مکانیکی به استثنای نویزهای مربوط به بلبرینگ‌ها، کوپلینگ‌ها و بار حذف می‌شوند
·بهره بالا: برای موتور‌های BLDC ثابت شده است که بالاترین بهره را در بین موتور‌های موجود دارند. بهره بالاتر موتور‌های BLDC در اصل بواسطه وجود میدان مغناطیس دائم موتور می‌باشد که میدانی پیوسته و ثابت بوده و مصرف توان الکتریکی ندارد. خصوصیت مهم دیگر مغناطیس‌ها، طول عمر درازشان می‌باشد که تحت شرایط کاری مناسب، ضریب مغناطیس‌زدایی پایینی دارند
·کاهش ملزومات تحریک: همان‌طور که اشاره گردید مغناطیس‌های دائم یک میدان مغناطیسی ثابت ایجاد می‌کنند که بهره را با کاهش نیاز به ایجاد یک میدان تحریک الکترومغناطیسی که در دیگر انواع موتورها لازم است، افزایش می‌دهند
·نگه‌داری کم و طول عمر بیشتر: چون هیچ جاروبک مکانیکی وجود ندارد و اثری از حلقه‌های لغزش نمی‌باشد، طول عمر موتور وابسته به طول عمر عایقی بلبرینگ‌ها و عمر مغناطیسی می‌باشد
·سهولت در کنترل: در موتور BLDC، گشتاور خروجی مستقیماً متناسب با جریان موتور است که در نتیجه عمل کنترل به‌راحتی انجام می‌گردد. لذا بسیاری از سازندگان نیمه‌هادی‌ها، برای موتور‌های BLDC، ادوات نیمه هادی قدرت با مدارات درایو گیت در بسته‌های 6تایی مجتمع طراحی می‌کنند تا نیازهای اینورتر درایو موتور را برآورده سازند و لذا قیمت کلی سیستم و درایو کاهش می‌یابد
·ساختار مجتمع و متراکم: کاربردهای هوافضا و اتومبیل، نیاز به تجهیزات با وزن کمتر و حجم کوچکتری دارند تا بهره سوخت مصرفی را افزایش دهند و لذا نیاز به ذخیره‌سازی انرژی کمتری داشته‌باشند. اخیراً مواد مغناطیسی با دانسیته بالا نظیر سارماریوم-کبالت و نئودیمیم- آهن- بور (Nd Fe B) به بازار مصرف عرضه‌شده‌اند که دانسیته انرژی ماشین‌ را برای این کاربردها افزایش می‌دهند

با وجود مزایای ذکر شده، این موتور‌ها دارای مشخصات و معایب ذاتی می‌باشند که عبارتند‌از

·قیمت مواد مغناطیسی: قیمت‌های مواد مغناطیسی دائم با دانسیته انرژی بالاتر، مانع از استفاده از آن‌ها در کاربرهایی که قیمت و هزینه استفاده از این موارد بیشتر از ایجاد مزایای مذکور می‌باشد، می‌شود. به‌عنوان مثال سرامیک‌ها، کمترین قیمت را دارند و از طرفی دارای کمترین دانسیته انرژی نیز می‌باشند. مغناطیس دائم از نوع (Nd Fe B) بالاترین دانسیته انرژی را دارد که در حدود سه‌برابر قیمت سرامیک می‌باشد. مکنت ساماریوم-کبالت، دانسیته انرژی قابل مقایسه‌ای با مکنت (Nd Fe B) داشته ولی در حدود 6 برابر سرامیک، قیمت دارد
·احتمال مغناطیس زدایی: در استفاده از مواد مغناطیس دائم باید مراقبت زیادی در برابر مقادیر بالای نیروهای مغناطیس‌زدا و یا درجه حرارت‌ها بالا که می‌توانند اثر مغناطیسی مکنت را ازبین ببرندف به‌عمل آید

علاوه‌بر موارد فوق می‌توان به خطرات ناشی از وقوع خطاهای اتصال کوتاه در مبدل برای سیم‌بندی‌های استاتور، ناحیه توان ثابت محدود و قابلت کم عملکرد در سرعت‌های بالا نیز اشاره نمود

3-ساختمان موتور BLDC

موتور‌های BLDC یک نوع خاص از موتورهای سنکرون می‌باشند. این مطلب به آن معناست که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط استاتور و میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط روتور با فرکانسی واحد دوران می‌کنند. موتورهای BLDC فاقد پارامتری بنام لغزش، مشابه آن‌چه در موتورهای القایی مشاهده می‌شود هستند. موتورهای BLDC در ساختارهای تکفاز، دوفاز، سهفاز، پنج فاز و همچنین با تعداد فاز بالاتر وجود دارند. متناظر با هر یک از انواع مذکور، استاتور نیز به همان تعداد دارای سیم‌پیچ است. اما نوعی که فراگیر بوده و بیشتر مورد استفاده قرار‌می‌گیرد، نوع سه فاز می‌باشد. در ادامه به شرح اجزای اساسی تشکیل دهنده یک موتور BLDC پرداخته می‌شود

3-1-استاتور

استاتور موتور BLDC شامل ورقه‌های فولادی دسته‌بندی شده‌ای است که به‌همراه سیم‌پیچ‌ها در اسلاتهایی جاسازی شده‌اند که دو سر آن‌ها در راستای محیط داخلی موتور قراردارند. شکل 1 استاتور یک موتور BLDC را نمایش می‌دهد

 استاتور موتور BLDC شبیه به استاتور موتور القایی می‌باشد اما الگوی سیم‌بندی متفاوتی دارد. اغلب موتورهای BLDC دارای سه سیم‌پیچ استاتور می باشند که به‌صورت ستاره به یکدیگر متصل شده‌اند. هر سیم‌پیچ منشکل از تعدادی زیاد حلقه بوده که متوالیا و با ارایشی خاص به یکدیگر متصل هستند. هر سیم‌پیچ در داخل استاتور به نحوی توزیع ‌شده‌است تا تشکیل یک قطب را بدهد. دو نوع آرایش سیم‌بندی برای استاتور وجود دارد که در نتیجه آن موتور‌های BLDC ذوزنقه‌ایی و موتور‌های BLDC سینوسی مطرح می‌شوند. این تفاوت از نحوه اتصال کویلهای استاتور ظاهر می‌گردد که در نتیجه دو نوع مختلف ولتاژ ضد محرکه الکترومغناطیسی (Back-EMF) پدید می‌آید

3-1-1-موتور BLDC با تغذیه ولتاژ سینوسی (BLAC)

در نوع تغذیه سینوسی که در واقع همان ماشین سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) می‌باشد برای ایجاد شار سینوسی علاوه بر این‌که توزیع سیم‌پیچی فازهای استاتور سینوسی است، ولتاژ اعمالی به فازهای استاتور نیز سینوسی می‌باشد. لذا دانستن مقدار لحظه‌ای موقعیت روتور الزامی بوده و در نتیجه باید از اینکودرهای موقعیت دقیق استفاده نمود. مقدار گشتاور لحظه‌ایی در این نوع موتور بسیار صاف بوده و ریپل گشتاور ناچیز می باشد. با این وجود ایجاد سیم‌بندی سینوسی با پیچیدگی بیشتری همراه بوده و تعداد اتصالات داخلی بیشتری را می‌طلبد. در مجموع، ساخت استاتور با اتصال سینوسی هزینه بیشتری را تحمیل می‌نماید. این موتور بنام موتور BLAC نیز شناخته می‌شود[11]. شکل 2 شکل موج ولتاژ ضدمحرکه یک موتور BLAC را نمایش می‌دهد

 3-1-2-موتور BLDC با تغذیه ولتاژ ورودی ذوزنقه‌ای

در این نوع موتور توزیع سیم‌پیچی فازهای استاتور به‌صورت ذوزنقه‌ایی بوده و ولتاژ اعمالی به فازها نیز به‌صورت ذوزنقه‌ای یا مربعی می‌باشد. در این ساختار، نیازی به دانستن مقدار لحظه‌ایی موقعیت روتور نبوده و می‌توان از سهس سنسور وضعیت از نوع اثر هال که در فواصل 120 درجه نسبت به یکدیگر قرار‌گرفته‌اند استفاده نمود. محاسبات و عمل کنترلی در این نوع موتور نسبت به نوع سینوسی بسیار ساده‌تر می‌باشند. در چگالی شار و اندازه‌ یکسان برای هر دو نوع موتور ذوزنقه‌ایی و سینوسی، نوع ذوزنقه‌ایی بدلیل توزیع سیم‌بندی ذوزنقه‌ایی، بمقدار 15% گشتاور بیشتری تولید می‌کند.اما از طرف دیگر به‌دلیل همپوشانی کموتاسیون فازها، ریپل گشتاور در این نوع موتور بیشتر از نوع سینوسی است[11]. شکل 3 شکل موج ولتاژ ضد محرکه یک موتور BLDC ذوزنقه‌ای را نمایش می‌دهد

 موتورهای BLDC در مقادیر ولتاژ تغذیه مختلفی ساخته‌ می‌شوند. برای کاربردهای رباتیک و سیستم‌های Servo سطح ولتاژ 48 ولت و یا کمتر انتخاب می‌شود. در حالی‌که موتورهای با تغذیه 100 ولت به بالا در اتوماسیون و کاربردهای تراکشن به‌کار می‌روند

3-2-روتور

روتور یک موتور BLDC از مواد مغناطیسی ساخته می‌شود و تعداد زوج قطب‌ها از یک تا 8 عدد تغییر می‌نماید. برحسب چگالی میدان مغناطیسی مورد نیاز در رتورف مواد مغناطیسی مناسب برای ساخت روتور استفاده می‌گردد. مگنت‌های فریت معمولاً برای ساخت مغناطیس دائم به‌کار می‌رود. فریت‌ها ارزان‌ قیمت هستند ولی چگالی فلوی پایینی دارند. آلیاژهای مواد مغناطیس دائم کمیاب مانند نئودیم (Nd)، ساماریوم-کبالت(SmCo) موادی با چگالی بالا بوده که گران قیمت می‌باشند. در بخش 2-4 درباره مواد مغناطیسی و خصوصیات آن‌ها به تفصیل بحث می‌گردد. رتور موتورهای مغناطیس دائم معمولاً در پیکر‌بندی‌های ذیل ساخته می‌شوند

1- نوع مغناطیس داخلی(Interior-Magnet Rotor)

2- نوع مغناطیس سطحی یا خارجی(Surface-Magnet Rotor)

3-  Inset-Magnet Rotor

در نوع Interiorف به‌دلیل آن‌که در سطح روور، ناحیه مغناطیس دائم کوچکتر از ناحیه قطب می‌باشد چگالی شار فاصله هوایی در قیمت مدار باز کوچکتر از مقدار آن در ئداخل مگنت می‌باشد. اندوکتانس محور d نیز از اندوکتانس محور q کمتر می‌باشد. در این پیکربندیف مگنت بسیار خوب محافظت شده و برای کاربردهای سرعت بالا بسیار کاربرد داردو. موتور نوع Surface Magnet دارای ساختار ساده‌تری بوده و مگنت نیز چندان محافظت نمی‌شود. کاربرد این موتور برای کابردهای سرعت متوسط تا بالا می‌باشد. بیشترین کاربردشان موتورهای درایوهای دیسک ثابت کامپیوترها می‌باشد. این کاربرد نیاز به یک سرعت یکنواخت و ثابت داشته و اینرسی بالای روتور مغناطیس سطحی یک مزیت در بدست‌آوردن این اهداف می‌باشد. برای سایر موارد به مرجع [11] مراجعه شود. شکل 4 نمای چند نمونه از موتورهای مغناطیس دائم را نمایش می‌دهد

 3-3-سنسورهای هال

برخلاف موتور DC جاروبک‌دار، کموتاسیون یک موتور BLDC به‌صورت الکترنیکی صورت می‌گیرد. برای چرخش موتور، سیم‌پیچ‌های استاتور باید با ترتیبی مناسب تحریک گردند. برای تحریک سیم‌پیچ‌های استاتور، دانستن وضعیت روتور بسیار اهمیت دارد. وضعیت روتور توسط سنسور هال می‌باشند. هر زمان که قطب‌های مغناطیسی روتور از نزدیکی یک سنسور هال عبور می‌نمایند یک سیگنال High یا Low که مبین عبور قطب N یا S از نزدیکی سنسور می‌باشد، ایجاد می‌نمایند. براساس ترکیب سیگنال‌های ایجاد شده توسط این سه سنسورف ترتیب دقیق کموتاسیون قابل تعیین است. شکل 5 برش محوری یک موتور BLDC را نشان می‌دهد. جاسازی سنسورهای هال بر روی استاتور فرآیند ساده‌ای نمی‌باشد زیرا غیر هم محور بودن سنسورها نسبت به مکنت‌های روتور نمنجر به ایجاد خطا در تعیین وضعی روتور می‌شود. برای سهولت عمل جاسازی سنسورهای هال بر روی استاتور از سه عدد مگنت کوچک بر روی روتور استفاده می‌شود که این مگنت‌ها نزدیک به سنسورهای هال قرار دارند. براساس مکان فیزیکی، سنسورهای هال دو نوع آرایش وجود دارد. سنسورهای هال می‌توانند در مکان‌های 60 درجه یا 120 درجه نسبت به یکدیگر قرار گیرند. ترتیب کموتاسین باید بر اساس نوع آرایش به‌کار رفته تعیین گردد.[15]

 4- مواد مغناطیس دائم

امروزه، انواع محتلفی از مواد مغناطیس دائم وجود دارند که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از» آلنیکو، فریت(سرامیک)، ساماریوم- کبالت و نئودیوم- آهن- بودف در کاربردها با عمل‌کرد بالا مرسوم می‌باشند زیرا نسبت به ساماریوم-کبالت ارزان‌تر می‌باشند. هر نوع از این مگنت‌ها، خواص مغناطیسی متفوامتی داشته که منجر به ایجاد محدودیت‌ها و سطوح مختلف عملکردی در موتورهای BLDC می‌شود. در ادامه فقط خواص عمومس مگنت‌ها بررسی می‌گردد[17]

مواد مغناطیس دائم (PM) موادی هستند که دارای حلقه هیسترزیس پهن می‌باشند. بنابراین منحنی عملکرئ PMها در ربع‌های اول و دوم از حلقه هیسترزیس، در شکل 6 نمایش داده‌شده‌است. برای راحتی کار محور شدت میدان مغناطیس با  مقیاس شده است که در نتیجه، هر دو محور دارای واحد تسلا می‌باشند. حلقه هیسترزیس نمایش‌داده‌شده در شکل 6 با اعمال یک میدان مغناطیسی بسیار قوی و سپس قطع آن بر یک ماده خام مناسب بوجود می‌آید. این عملیات سبب می‌گردد که مطابق منحنی، خاصیت مغناطیسی در ماده القا گردد(Relax) و یا این‌که ماده به حالت نخستین بازگردد(Recoil)

 اگر دو انتهای مگنت توسط یک ماده با پرمانس بی‌نهایت به یکدیگر متصل گردند، گفته می‌شود که قابلت مغناطیسی در ماده ماندگار شده و آخرین نقطه‌کار H=0 خواهد بود. چگالی شار بجا مانده در مگنت در این نقطه به‌نام پسماند شناخته شده و با اندیس B_r نمایش داده می شود. B_r، حداکثر چگالی شاری است که مگنت به تنهایی قادر به ایجاد آن می‌باشد. از طرف  دیگر اگر نفوذ‌پذیری مغناطیسی اطراف مگنت، صفر باشد، هیچ شاری از مگنت خارج نخواهد شد وآخرین نقطه بدست آمده، B=0 خواهد بود. در این مقطهف دامنه چگالی میدان در امتداد مگنت معادل با H_C است. برای پرمانس‌های بین صفر و بی‌نهایتف نقاط کار، در ربع دوم مابین B_r و H_C قرار دارند. مقدار مطلق شیب خط بار از نقطه کار تا مبدا که با ضریب نرمالیزه شده‌است به‌عنوان ضریب پرمانس (PC) شناخته می‌شود. لذا کارکرد در نقطه B_r دارای یک مقدار PC بی‌نهایت می‌باشد. کار در نقطه H_C دارای PC صفر بوده و کار در دقیقا بین این دو نقطه، دارای PC=1 می‌باشد

مواد مغناطیس دائم سخت نظیر ساماریوم- کبالت و (Ne Fe B) دارای منحنی‌های مغناطیس زدایی نظیر شکل 7 می‌باشند. شیب این خطوط برابر با  بوده که ، ضریب نفوذ مغناطیسی نسبی این مواد است. مقدار نمونه  برابر با 10 تا 11 می‌باشد. در دماهای بالاتر، منحنی مغناطیسی میل به نزدیکی به مبدا را دارند. با وقوع این عمل مقدار شار مگنت افت نموده و لذا خواص مغناطیسی کاهش می‌یابد. این رفتار کاهشی، برگشت‌پذیر بوده و با کاهش مجدد دما منحنی مغناطیس‌زدایی به منحنی بالاتر برمی‌گردد[17]

 علاوه‌بر این‌که با افزایش دما منحنی به سمت مبدا میل می‌کند، نقطه زانویی عملکرد مغناطیس زدایی ممکن است از ربع سوم به‌طرف ربع دوم حرکت نماید. این انحراف از خط راست سبب می‌گردد که دانسیته شار سریع تر یه سمت H_C میل نماید. عملکرد در ناحیه زانویی سبب می‌گردد که برگشت‌پذیری مغناطیسی به‌تدریج ازبین برود زیرا خاصیت مغناطیسی مگنت در امتداد خط پایین‌تری به حالت اولیه باز‌می‌گردد(خط‌ نقطه‌چین در شکل 7). با وقوع این اتفاق B_r و H_C موثر کاهش یافته و لذا عملکرد مغناطیسی کاهش می‌یابد. لذا باید اطمینان حاصل نمود که مگنت‌ها به دور از نقطه H_C و در مقدار نسبتا بالایی از PC کار می‌کنند[17]

5- اصول عملکرد موتور BLDC

در این بخش بدلیل تشابه ذاتی عملکرد و ساختار موتور BLDC با تغذیه ورودی با موتور‌های سنکرون از نوع مغناطیس دائم از بیان آن صرف‌نظر نموده و بحث فقط معطوف به موتور BLDC با تغذیه ورودی ذوزنقه‌ای می‌گردد[11]. لذا منظور از موتور BLDC در این بخش تغذیه با ولتاژ ورودی ذوزنقه‌ای می‌باشد. عمل کموتاسیون برای موتور BLDC و کنترل آن بسیار حیاتی و اساسی می‌باشد. در ادامه بحث، اساس کموتاسیون موج مربعی موتور BLDC با نشان دادن کموتاسیون در یک موتور کموتاتورDC بسادگی بیان می‌شود

5-1-تبیین مفهوم کموتاسیون در یک موتور کموتاتورDC

شکل 8 یک موتور کموتاتورDC را نمایش می‌دهد که در یک میدان مغناطیسی ثابت دوران می‌کند. میدان مغناطیسی توسط یک مغناطیس دائم تولید می‌گردد. این میدان دو قطبی بوده، زیرا فقط یک قطبN و یک قطب S در هر دور کامل وجود دارد. تنها محور یک کویل در شکل 8 نمایش داده‌شده است که با محور مرجع زاویه می‌سازد

 بین مقادیر   و  ، شار نشتی از مقدار ماکزیمم منفی تا مقدار ماکزیمم افزایش می‌یابد. در این حالت تمام شار به‌طور یکنواخت از کویل عبور می‌نماید. بدلیل وجود دو فاصله هوایی بین دو قطبN و S مگنت، شار نشتی حدود چند درجه کمتر از مقدار وضعیت ، بدون ایجاد هیچ تغییری، ثابت باقی می‌ماند. این افزایش سطح تحت شار نشتی در شکل 9 نشان داده‌شده‌است[11,17]

 شکل موج نیروی ضد محرکه با استفاده از قانون فارادی، از شکل موج شار نشتی قابل دست‌یابی است. لذا  برابر با نرخ تغییرات یا شیب شکل موج شار نشتی و به‌صورت ذیل می‌باشد

که در آن،  سرعت زاویه‌ای روتور می‌باشد. اگر N سرعت برحسب دور بر دقیقه باشد درنتیجه خواهیم‌داشت . نرخ تغییرات شار نشتی بر حسب وضعیت روتور از شکل موج‌های نشان‌داده‌شده در شکل 9 قابل محاسبه می‌باشد

کموتاتور، جریان منبع DC(i_a) را به کویل با همان پلاریته نیروی ضد محرکه (e_a) کلیدزنی می‌نماید، به‌طوری‌که توان تغذیه شده به‌صورت e_ai_a خواهد بود. شکل موج جریان i_a در شکل 9 نشان داده‌شده‌است. اگر سرعت زاویه‌ای ثابت نگه‌داشته‌شود و از تلفات نیز صرفنظر گردد، توان الکتریکی ورودی به توان مکانیکی تبدیل خواهد شد که  گشتاور تولید‌شده یک کویل می‌باشد و به‌دلیل هماهنگی پلاریته‌های جریان و نیروی ضد‌محرکه، همواره در یک جهت ثابت باقی خواهد ماند. با این وجود، گشتاور تولید‌شده صفر است. علت این پدیده همان‌طور که قبلاً نیز بیان شد به وجود فاصله هوایی بین قطب‌های مگنت برمی‌گردد. شکل 10، شماتیک عملکرد یک موتورکموتاتورDC  سبیه به شکل 8 را با این تفاوت که سه کویل در فواصل برابر  نسبت به یکدیگر روی موتور قرار گرفته‌اند

  کویل‌ها در یک نقطه به یکدیگر متصل بوده و سر دیگر آن‌ها به سه نقطه کموتاتور که بازه هر کدام   است قرار دارند. شکل موج‌های گشتاور تولید‌شده توسط کویل‌های 2 و 3 مشابه با شکل موج   بوده اما نسبت به   دارای اختلاف فاز  و می‌باشند. گشتاور کل تولید شده یعنی  همواره ثابت می‌باشدو موتور DC با سه قطعه کموتاتور، تقریبا دارای عملکردی مشابه موتور BLDC سه فاز می‌باشد. جاروبک‌ها و کموتاتورها وظیفه‌ای همانند مدار PWM شکل 11 دارند که از ادوات کلی‌زنی الکترونیک قدرت استفاده می‌کند و شکل موج‌های ولتاژ شکل 9 نیز به موتور BLDC اعمال می‌گردند

 بسیاری از مشخصه‌های این دو موتور نظیر شکل موج‌های جریان فازها، مشابه یکدیگر می باشند. هر دو موتور در هر لحظه از زمان دقیقا دو فاز در حال هدایت می‌باشند. کموتاتور، ثابت ماندن جریان منبع DC را تضمین می‌نماید. اهمیت شکل موج جریان DC ثابت در آنست که نیازی به استفاده از فیلترهای خازنی متصل به تغذیه DC نبوده و عملیات فیلتراسیون کاهش خواهد یافت

5-2-مقایسه موتور BLDC با موتورهای DC و القایی

برای دریافت پروژه اینجا کلیک کنید