توصيفگر ها :
درايوهاي الكتريكي , آسانسور بدون جعبه دنده , موتور سنكرون مغناطيس دائم , كنترل بهينه , تزريق سيگنال فركانس بالا , تخمين پارامتر
چكيده فارسي :
موضوع استفاده از آسانسور براي جابهجايي عمودي در ساختمانها از سالهاي دور مطرح گرديده است. توسعهي روزافزون صنعت به همراه افزايش تقاضا براي مسكن منجر به كمبود جدي فضا در شهرهاي مدرن گرديده است. در نتيجه از ساختمانهاي با طول بلند ميتوان بعنوان يك بخش جدانشدني از زندگي روزمره نام برد. با اين اوصاف در حال حاضر آسانسور بعنوان يكي از اصليترين مصرفكنندههاي انرژي در صنعت ساختمان شناخته ميشود و اندكي بهبود در راندمان آن ميتواند سبب ذخيره بسيار زياد انرژي گردد. علاوه بر مباحث بيان شده، آسانسور را ميتوان يكي از حساسترين انواع بارهاي مكانيكي دانست، به اين دليل كه عمدتاً مصرف كنندهي آن انسان ميباشد، لذا بايد با نهايت كيفيت و در كمترين زمان با درنظر گرفتن ايمني كامل حركت انجام گيرد. لذا دستيابي به اين دو مهم در كنارهم ميتواند نيازهاي اين صنعت را برطرف سازد. استفاده از موتورهاي با راندمان بالاتر نظير موتورهاي سنكرون مغناطيس دائم با تعداد قطب زياد ميتواند بعنوان يك گام موثر در كاهش مصرف انرژي باشد. زيرا كه علاوه بر داشتن راندمان بالاتر سبب حذف المانهاي مكانيكي نظير جعبه دنده خواهد شد. در ميان انواع موتورهاي سنكرون مغناطيس دائم، استفادهي از موتور سنكرون مغناطيس دائم دروني با استراتژي كنترلي حداكثر گشتاور بر جريان ميتواند بدليل برخورداري از گشتاور رلوكتانسي، به خوبي و با مصرف انرژي كم گشتاور مورد نياز در كاربرد آسانسور را فراهم سازد. در اين پژوهش در راستاي كاهش تلفات موتور و تحقق استراتژي حداكثر گشتاور بر جريان در ابتدا مدل اين موتور با درنظر گرفتن تلفات آهن بيان ميشود. در ادامه با استفاده از رابطه تلفات موتور و روشهاي بهنيهسازي نظير روش پونترياگين يك منحني سرعت مرجع با توجه به بار، مسافت و پارامترهاي موتور معرفي ميگردد. اين منحني در هر بار حركت آسانسور منحصراً محاسبه شده و علاوه بر داشتن ويژگيهاي حركتي مناسب براي آرامش سرنشين نظير حداكثر سرعت مجاز، شتاب و تكان(مشتق شتاب)، تلفات موتور را حداقل ميكند. ديده ميشود كه روشهاي بيان شده به منظور كاهش تلفات و افزايش راندمان نظير استفادهي از استراتژي كنترلي حداكثر گشتاور بر جريان و ساخت سرعت مرجع متناسب با بار و مسافت، وابستگي به پارامترهاي موتور نظير اندوكتانسها خواهند داشت. اين پارامترها تحت تاثير عواملي نظير دما و جريان استاتور ميتوانند تغيير كنند. لذا در اين پژوهش يك روش تخمين پارامتر بر مبناي تزريق سيگنال فركانس بالا پيشنهاد شده است به نحوي كه قادر خواهد بود قبل از حركت و در راهاندازي كه جريان موتور زياد ميباشد اندوكتانس موتور را با دقت و ديناميك مناسب تخمين زند. در روش پيشنهادي با تزريق سيگنال فركانس بالا به استاتور و با استفاده از حلقه قفل فاز بهبود يافته در مدت زمان كوتاهي مقادير اندوكتانس ماشين و همچنين موقعيت اوليه رتور با دقت بالا تخمين زده ميشود. لذا با بكارگيري آن ميتوان وابستگي روش بهبود تلفات ماشين را به پارامتر اندوكتانس ماشين كاهش داد. ضمن اينكه ميتوان از قابليت حذف حسگر موقعيت در سرعتهاي پايين نيز بهره گرفت. همچنين ميتوان با تخمين موقعيت اوليه از انكودرهاي با قيمت پايينتر نظير انكودرهاي افزايشي استفاده نمود. كارايي و عملكرد روشهاي پيشنهادي در ابتدا در محيط شبيهسازي سيمولينك متلب بررسي شده و با روشهاي مرسوم مقايسه ميگردد. همچنين به منظور اعتبار سنجي شبيهسازيهاي انجام شده روش تزريق سيگنال فركانس بالا بصورت عملي پيادهسازي ميگردد.
چكيده انگليسي :
The topic of using elevators for vertical transportation in buildings has been discussed for many years. The continuous development of the industry, coupled with an increase in demand for housing, has led to a serious shortage of space in modern cities. As a result, tall buildings have become an integral part of everyday life. In this context, elevators are now recognized as one of the major energy consumers in the construction industry, and even a slight improvement in their performance can result in significant energy savings. Additionally, elevators are considered one of the most sensitive types of mechanical loads because they primarily transport people. Therefore, they must operate with the utmost quality and in the shortest possible time, while ensuring complete safety. Achieving these two goals together can meet the needs of this industry. The use of high-efficiency motors, such as high-pole permanent magnet synchronous motors, can be an effective step in reducing energy consumption. This is because, in addition to having higher efficiency, they eliminate mechanical elements such as gearboxes. Among various types of permanent magnet synchronous motors, the use of an interior permanent magnet synchronous motor with a maximum torque per current control strategy can provide the required torque for elevator applications efficiently due to its reluctance torque characteristics and low energy consumption. In this research, in order to reduce motor losses and achieve the maximum torque per current control strategy, the motor model is initially presented, considering iron losses. Then, by using the motor loss relationships and optimization methods such as the Pontryagin's method, a reference speed curve is introduced based on load, distance, and motor parameters. This curve is calculated exclusively for each elevator movement and minimizes motor losses while ensuring passenger comfort features such as maximum allowable speed, acceleration, and jerk (derivative of acceleration). It is observed that the methods mentioned, such as using the maximum torque per current control strategy and creating a reference speed curve proportional to load and distance, depend on motor parameters such as inductances. These parameters can change due to factors such as temperature and stator current. Therefore, in this research, a parameter estimation method based on high-frequency signal injection is proposed in such a way that it can accurately and dynamically estimate the motor inductances before movement and during the start-up, when the motor current is high. Thus, by applying this method, the dependency of the loss reduction improvement method on motor parameters can be reduced. Moreover, the capability to eliminate position sensors at low speeds can be utilized. Furthermore, with the estimation of the initial position from lower-cost encoders such as incremental encoders, it is possible to enhance the motor control system's performance. The performance of the proposed methods is initially evaluated in the Simulink-MATLAB simulation environment and compared with conventional methods. Additionally, to validate the simulations, the high-frequency signal injection method is implemented practically.