پروژه برق - درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی

معرفی فایل دانلودی پروژه تحقیقاتی و مقاله بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی

پیشگفتار

در گذشته بیشتر ماشین های حمل و نقل از ولتاژ DC ثابت ریل سوم بوسیله درایوهای DC تغذیه می شدند. موتورها بوسیله کنترل کننده های نوع مقاومتی، که شتاب لازم را برای ماشین فراهم می کردند، کنترل می شدند. این سیستم ها همچنین شامل ترمز دینامیکی برای کم کردن شتاب و شامل سیستم های ترمز سایشی جهت پشتیبانی یا تکمیل سیستم های ترمز دینامیکی می باشند.

ولی امروزه الکترونیک قدرت عامل عمده در بهبود سیستم های محرکه پیشرفته شده است. وجود عناصر نیمه هادی و تولید اینورترها باعث کاهش هزینه های راهبری شده اند. گام اول جایگزینی کنتاکتورها با مقاومت ها و بi وسیله یکسو کننده های کنترل شده و چاپرهای DC جهت کنترل توان موتورهای DC بوده است. در گام دوم کاربرد موتورهای قفس سنجابی با پیشرفت اینورترهای با ولتاژ و فرکانس متغیر (VVVF) ممکن شده است. حتی در این زمینه، راه آهن به عنوان پیشگام در سیستم های الکترونیک قدرت شناخته شده است.

سیستم محرکه AC درجه بالایی از ترمز احیا کننده را با مقدار بسیار کم تجهیزات ایجاد می کند. مقدار توان احیا شده به فاکتورهای زیادی از جمله مکان ایستگاه و شدت ترافیک بستگی دارد. مطالعات رایانه ای نشان داده اند که احیای توان در سیستم های محرکه AC ، 40 تا 50 درصد در مقایسه با ماشین های معادل که با کنترل کننده های مقاومتی و ترمز دینامیکی کار می کنند بیشتر می باشد.

در نتیجه در حال حاضر اهداف طراحان، سازندگان و استفاده کنندگان سیستم های تراکشن الکتریکی بر اساس قابلیت اطمینان حداکثر، دسترسی آسان، حداقل سرویس و نگهداری و ... همگی با لوکوموتیوهای مدرن با تراکشن القایی تحقق یافته است. در واقع رسیدن به این هدف ناشی از موارد زیر می باشد

الف) امکان استفاده از موتورهای تراکشن القایی ساده و محکم.

ب) الکترونیک قدرت و کنورترهای مدرن.

پ) کنترل و نظارت میکروپروسسوری قوی و خیلی سریع.

این پایان نامه به بررسی و تحلیل درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی می پردازد.

فصل اول

کشش الکتریکی

برای بررسی خصوصیات روشهای مختلف محرک لوکوموتیو، ابتدا باید مشخصات حرکتی (Synematic Characteristics) لوکوموتیوها در حالت کلی بررسی شود و سپس روشهای مناسب برای ایجاد آن مشخصات حرکتی انتخاب گردد.

در این فصل، ابتدا معادلات حرکتی و دینامیکی ( Synematic & Dynamic Equations ) حاکم بر قطار بدست آمده و در نهایت ویژگیهای موتورهای الکتریکی لکوموتیو در حالت ایده آل نتیجه خواهد داد.

تعیین مشخصات حرکتی قطار

همانطور که می دانید، برای تعیین نحوه حرکت قطارها در هر مسیر از راه آهن، از یک جدول زمانبندی (Time Table) استفاده می شود که دارای سه بعد: 1- شماره قطار، 2- مسافت قطار، 3- زمان می باشد. از طرفی تعیین جدول زمانبندی یک مسیر نیازمنددانستن دو دسته اطلاعات برای هر قطار است.

دسته اول شامل اطلاعات مربوط به لحظات خارج بودن قطار از مسیر هستند مانند: زمان توقف در هر ایستگاه (Dwell Time) ، زمان تعویض مسیر ( Time Shunting) و ... که با توجه به طراحی اولیه معلوم فرض می شوند.

دسته دوم شامل اطلاعات مربوط به لحظات حرکت قطار در مسیر هستند که از حل معادلات حرکتی قطار بدست می آیند. برای حل این معادلات، باید در هر لحظه نیروهای وارد بر قطار را که شامل نیروی کششی (Tractive Effort) قطار، نیروی مقاوم (Drag Resistance) یا نیروی کند کننده قطار و نیروی ترمزگیری (Braking Effort) یا متوقف کننده قطار هستند، تعیین شوند. در ادامه به محاسبه این نیروها می پردازیم.

نیروی محرک قطار

به طور کلی نیروی محرک قطار، تابع نوع موتورهای کششی (Traction Motors) موجود در لکوموتیو و سیستم کنترل آنها بوده و مشخصه این نیرو توسط کارخانه سازنده برای هر نوع لکوموتیو به صورت منحنی نیروی کششی بر حسب سرعت قطار تعیین می گردد.

شکل (1-1) منحنی نیروی کششی F بر حسب سرعت V یک لکوموتیو را نشان می دهد. همانطور که می بینید این منحنی شامل دو ناحیه است. در ناحیه اول نیروی محرک زیاد و به طور تقریبا ثابتی از لحاظ راه اندازی تا سرعت پایه (Base Speed) به لکوموتیو اعمال می شود، به نحوی که سرعت قطار با شتابی زیاد و به صورت تقریباً ثابتی افزایش یابد. در ناحیه دوم که قطار دارای سرعتی بیش از سرعت پایه است، نیروی محرک قطار با افزایش سرعت، کاهش می یابد، به نحوی که حاصل ضرب آنها که همان توان مکانیکی قطار است تقریبا ثابت بماند.

....

مطالب پروژه درایوهای تراکشن جریان مستقیم و القایی

پیشگفتار

فصل اول

کشش الکتریکی

تعیین مشخصات حرکتی قطار

نیروی محرک قطار

نیروی مقاوم قطار (Train Resistance)

نیروی ترمز گیری قطار

محاسبه منحی سرعت بر حسب زمان

تعیین مشخصات موتورهای کششی

مشخصه گشتاور سرعت موتورهای الکتریکی

عملکرد موازی

نوسانهای ولتاژ

محدودیت وزن و حجم

فصل دوم

موتورهای تراکشن جریان مستقیم

تاریخچه سیستم های حمل و نقل الکتریکی DC

موتور جریان مستقیم با تحریک موازی

موتورهای جریان مستقیم با تحریک مجزا

معادلات ماشین جریان مستقیم با تحریک مجزا

در زیر به نحوه ی کنترل موتور در دو ناحیه مذکور می پردازیم

ناحیه اول موتوری

کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک مجزا درحالت ژنراتوری

ناحیه اول ژنراتوری

ناحیه دوم ژنراتوری

ناحیه سوم ژنراتوری

موتور جریان مستقیم با تحریک سری

کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک سری در حالت موتوری

در زیر بنحوه کنترل موتور در دو ناحیه موتوری می پردازیم

الف) ناحیه اول موتوری

ب) ناحیه دوم موتوری

کنترل ماشین جریان مستقیم با تحریک سری در حالت ژنراتوری

نحوه کنترل ژنراتور در سه ناحیه مذکور می پردازیم

ناحیه اول ژنراتوری

ناحیه دوم ژنراتوری

ناحیه سوم ژنراتوری

فصل سوم

مدارهای کنترل سیستم های تراکشن جریان مستقیم

فصل چهارم

ملاحظات کاربردی در سیستم های تراکشن القایی

تاریخچه سیستم های حمل و نقل الکتریکی AC

مقایسه کاربرد موتورهای القایی قفسه سنجابی با انواع دیگرسیستم های کشنده

مقایسه با موتور DC

سرعتهای زیاد

مقاومت و قابلیت بالا و هزینه نگهداری و تعمیرات کم

گشتاور یکنواخت بالا با قابلیت اضافه بار ذاتی

نسبت توان به وزن بالا

قابلیت ترمز احیا کننده ذاتی

مشخصه گشتاور سرعت تند (Hteep)

عملکرد پایدار با اتصل موازی

مقایسه با موتور سنکرون

ایجاد گشتاور در موتور القایی سه فاز

عملکرد فرکانس متغیر

عملکرد HP ثابت (Constant-Horse Power)

فصل پنجم

طراحی و مقادیر نامی موتور و اینورتر در سیستم های تراکشن القایی

مشخصه های مورد نظر سیستم تراکشنن الکتریکی مناسب بدین صورت خلاصه می شود

چگالی گشتاور بالا، چگالی توان بالا، کمترین ابعاد

ناحیه توان ثابت وسیع، کمترین توان ظاهری اینورتر [KVA]

راندمان بالا

معیار طراحی موتور

نسبت طول رتور به قطر رتور

ضخامت فاصله هوایی

وسیله نقلیه الکتریکی اغلب در ناحیه تضعیف میدان کار می کند

فاکتورهای احیا کنندگی (Regeneration Factors)

بررسی نمونه عملی

فصل ششم

درایوهای تراکشن اینورتری پیشرفته و کنترل آنها

سیر تکامل درایو AC در سیستم های تراکشن

درایوهای تراکشن موتور القایی

درایوهای تراکشن اینورتر منبع جریان تغذیه DC

درایوهای تراکشن VSI تغذیه AC مبدل پالس

PWM موج مربعی(Square &ndash Wave PWM)

PWM سینوسی (Sinusoidal PWM)

مقایسه سیستم های محرک انواع لوکوموتیو و انتخاب سیستم مناسب برای حمل و نقل ریلی

داده های مربوط به موتورهای کششی

منابع