طراحي موتور سنكرون رلوكتانسي و ساخت موتور سنكرون رلوكتانسي در گارگاه وانجام آزمايش و تست هاي لازم بر روي موتور سنكرون رلوكتانسي

‏امروزه پهپادها به طور وسيع داراي مصارف گوناگون تجاري و نظامي مي باشند. به همين دليل مسئله كنترل سطوح فرمان آن ها اهميتي ويژه پيدا مي كند. كنترل سطوح فرمان پهپاد ها توسط سروو موتور انجام مي گيرد و با توجه به موقعيت عملكردي پهپاد، سروو موتور ها بايد از راه دور كنترل گردند. در حال حاضر كنترلر هاي راديويي جهت كنترل پهپاد استفاده مي شوند. اما در مصارفي كه بيم اختلال امواج در آن ها وجود دارد، از جمله مصارف نظامي پهپاد، كنترلرهاي راديويي معمولي كارآمد نخواهند بود. كنترلر راديويي سروو موتور در پهپاد كه در برابر اختلال امواج مقاوم شده است، يك اختراع مي باشد كه ضمن حل اين مشكل، مسائل و مشكلات ديگري را نيز حل مي نمايد. اين اختراع علاوه بر مقاوم بودن در برابر اختلال امواج، ويژگي هايي چون هفت كاناله بودن و نيز از بين بردن دغدغه افزايش كانال صفحه نمايش لمسي نسبتا بزرگ با منوهاي ذخيره اطلاعات پروازي، قابليت هرگونه تغيير دلخواه در كنترل سروو موتور و غيره را نيز دارا مي باشد.

مدار راه انداز و كنترل موتور رلوكتانس سوييچي با قابليت راه اندازي سه نوع موتور، مداري با كاربرد ويژه است. استفاده از موتور رلوكتانس سوييچي در كاربردهايي كه در آن ها نياز به سرعت متغير است، يكي از مصارف مورد توجه اين دسته خاص از موتور هاست. گرچه مزايايي چون ساختار ساده، عدم نياز به سيم پيچ روتور و جاروبك، بازدهي بالا، محدوده وسيع سرعت كاري، نياز كم به تعمير و نگهداري، قابليت كار در محيط هاي با شرايط سخت و غيره سبب شده است كه اين موتورها رقيبي جدي براي موتورهاي مرسوم جريان مستقيم و متناوب باشند. اما به دليل نياز اين موتور به يك مدار راه انداز با قابليت كشف موقعيت زاويه اي روتور نسبت به استاتور كه در نگاه اول باعث به وجود آمدن حس الزام استفاده از سنسور موقعيت مي گردد، باعث كاهش ارزش و ناديده گرفته شدن بسياري از مزاياي چشمگير اين موتور مي شود. آنچه كه مشخص است اين است كه براي راه اندازي و كنترل موتور رلوكتانس سوييچي موقعيت زاويه اي روتور نسبت به استاتور بايد در اختيار باشد. براي كشف اين موقعيت روش هاي مستقيم و غير مستقيم بسياري وجود دارد و محققين نيز هر روز به دنبال ارائه روشي نوين هستند، زيرا هر چه روش كشف موقعيت زاويه اي روتور و مدار راه انداز موتور رلوكتانس سوييچي ساده تر باشد، اقبال به استفاده از آن بيشتر مي گردد كه اين معني دستيابي به مزاياي بسياري است كه اين موتور خاص نسبت به ديگر انواع مرسوم موتور دارد. به طور عادي، اتصال يك شفت انكودر يا سنسور هال به شفت موتور به عنوان يك روش مستقيم براي كشف موقعيت زاويه اي روتور نسبت به استاتور است. مدار نوين ارائه شده قابليت راه اندازي و كنترل سه نوع موتور رلوكتانس سوييچي را داراست. اين موتورها عبارتند از موتور 6 به 4 رلوكتانس سوييچي، موتور پنج لايه 4 به 4 و موتور هفت لايه 4 به 4.

مدار راه انداز رزونانسي موتور سه فاز رلوكتانس سوئيچي با سه سوئيچ در هر فاز با قابليت كاهش ريپل گشتاور براي راه اندازي موتور رلوكتانس سوئيچي بسيار مناسب است. مدارهاي قطع و وصل در هر موتور رلوكتانسي شامل دو بخش مي باشد، يك كليد كنترل شونده جهت اتصال ولتاژ منبع به سيم پيچ ها تا جريان مورد نظر درآن ها راه اندازي گردد و نيز ايجاد يك مسير تخليه به هنگام قطع كليد تا انرژي ذخيره شده در سيم پيچ هاي فازها بتواند در جاي ديگري استفاده گردد. اين امر علاوه بر افزايش راندمان، ترانزيستورهاي قطع و وصل كننده را از ضربه جريان قوي بهنگام قطع مصون مي دارد. رايج ترين مبدل هايي كه براي راه اندازي موتورهاي رلوكتانس سوييچي استفاده مي شود، شامل مبدل هاي تك سوئيچه و نيز دو سوئيچ در هر فاز مي باشد كه در نوع اول راندمان موتور پايين است و در نوع دوم تلفات سوئيچينگ و هزينه ساخت افزايش چشمگيري مي يابد. در مدار راه انداز طراحي شده، با استفاده از يك سوئيچ جهت روشن كردن در هر فاز، همچنين به همراه ايجاد رزونانس در لحظه تخليۀ انرژي فاز(خاموشي فاز) به كمك سوئيچ ديگر، ريپل گشتاور كاهش مي يابد. ايده اصلي اين اختراع بر پايه اين مسئله است: ساخت مدار كنترلي و راه‏اندازي موتور در جهت كاهش ريپل گشتاور آن.

مدار راه انداز موتور رلوكتانس سوييچي6 به 4 با قابليت كاهش ريپل گشتاور براي حل مشكل ذاتي موتور رلوكتانس سوييچي ارائه شده است. از آنجا كه وضعيت موتور رلوكتانس سوييچي در زمان روشن كردن فاز در حالت عدم همپوشاني مي‏ باشد، اندوكتانس سيم پيچي قطب ها كم است. در نتيجه جريان با يك شيب تند افزايش مي يابد و سلف طبق رابطۀ V=L di/dtسريع شارژ مي شود. در لحظۀ همپوشاني كامل كه اندوكتانس سيم پيچي ماكزيمم مقدار خود را دارد، فاز خاموش شده و فاز مجاور در جهت چرخش مطلوب روتور روشن مي گردد. در اين حالت جريان به علت بالا بودن اندوكتانس فاز خاموش شده، به آهستگي دشارژ مي شود و در نتيجه زمان شارژ و دشارژ جريان در يك فاز تفاوت چشم گيري دارد. اين پديده منشاء اصلي ريپل گشتاور مي باشد. از آنجا كه ريپل گشتاور از مشكلات ذاتي موتور رلوكتانس سوئيچي است، با طراحي مبدلي با راندمان بالا با استفاده از دو سوئيچ در هر فاز و كاهش دم جريان به صورت سخت افزاري با استفاده از پديدۀ رزونانس در لحظه تخليۀ انرژي فاز(خاموشي فاز)، موتور را بهينه كرد. ايده اصلي اين اختراع بر پايه اين مسئله است: ساخت مدار كنترلي و راه‏اندازي موتور در جهت كاهش ريپل گشتاور و افزايش راندمان.

مدار راه انداز و كنترل بدون سنسور موتور رلوكتانس سوييچي 12 به 8 با استفاده از منحني مغناطيس‏ كنندگي خطي‏ شده جهت درايو ماشين رلوكتانس سوييچي است كه با ساختار ها و خصيصه هاي گوناگون براي كاربردهاي خاص طراحي و ساخته مي شود. از آن جا كه اين نوع ماشين داراي قابليت بسياري براي استفاده در مصارف گوناگون است، طراحي و ارائه اين ماشين ها و درايور هاي آن ها با بازده بيشتر و هزينۀ تعمير و نگهداري كمتر همواره مورد توجه متخصصين ومحققين اين رشته بوده است. به دليل فراواني مشكلات آورده شده براي اغلب روش هاي مستقيم، در چند دهه اخير طراحي و ساخت مدارات راه انداز و كنترل موتورهاي رلوكتانس سوييچي اغلب با استفاده از روش هاي غير مستقيم يا به اصطلاح روش هاي بدون سنسور انجام مي پذيرد. در روش بدون سنسور تشخيص موقعيت روتور با استفاده از پارامترهاي موجود موتور انجام مي گيرد. پارامترهايي از قبيل اندوكتانس، شار، ولتاژ ضد محركه، جريان و غيره از جمله مشخصه هايي هستند كه با تغيير موقعيت زاويه اي روتور نسبت به استاتور تغيير مي نمايند. بدين ترتيب از اين تغيير مي توان براي كشف موقعيت زاويه اي روتور بهره برد. از آن جا كه نوع ارتباط اين پارامترها خطي نيست، اطلاعات و نيز پردازش مربوط به آن ها حجم زيادي از قطعه كنترلر را اشغال مي كند و سبب مي گردد كنترلر گرانتر و بزرگتري مورد نياز باشد. در صورتي كه بتوان يك رابطۀ خطي بين اين پارامترها به وجود آورد حجم اطلاعات به طرز چشمگيري كاهش يافته و باعث مي شود حجم و هزينه كنترلر پايين تر بيايد. ايده اصلي اين اختراع بر پايه اين مسئله است: كنترل موتور با استفاده از روابط خطي شده بين پارامترهاي مختلفي موتوري انجام پذيرد.

موتور رلوكتانس سوييچي 4 به 4 هفت لايه يك نوع موتور رلوكتانس سوييچي است. استفاده از موتور رلوكتانس سوييچي در كاربردهايي كه در آن ها نياز به سرعت متغير است، يكي از مصارف مورد توجه اين دسته خاص از موتور هاست. گرچه مزايايي چون ساختار ساده، عدم نياز به سيم پيچ روتور و جاروبك، بازدهي بالا، محدوده وسيع سرعت كاري، نياز كم به تعمير و نگهداري، قابليت كار در محيط هاي با شرايط سخت و غيره سبب شده است كه اين موتورها رقيبي جدي براي موتورهاي مرسوم جريان مستقيم و متناوب باشند. يكي از عيوب چشم گير موتورهاي رلوكتانس سوييچي مقدار ريپل گشتاور بالاي آنهاست. از آنجا كه وضعيت موتور رلوكتانس سوئيچي در زمان روشن كردن فاز در حالت عدم همپوشاني مي باشد، اندوكتانس سيم پيچي قطب ها كم است. در نتيجه جريان با يك شيب تند افزايش مي يابد و سلف طبق رابطه V=L di/dt سريع شارژ مي شود. در هنگام خاموشي به علت بالا بودن اندوكتانس فاز خاموش شده، جريان به آهستگي دشارژ مي شود و در نتيجه زمان شارژ و دشارژ جريان در يك فاز تفاوت چشم گيري دارد. در اين حالت، روتور در جهت فاز روشن شده حركت مي كند و فاز قبلي به دليل كامل نشدن دشارژ جريان سلف، در خلاف جهت حركت روتور، روتور را به سمت خود مي كشد و اين يك گشتاور منفي ايجاد مي كند. (دم جريان فاز قبلي، در فاز بعدي ظاهر مي شود) اين پديده منشاء اصلي پديده ريپل گشتاور مي باشد. در موتور جديد هفت لايه ارائه شده، 4 قطب برجسته استاتور و روتور در هر لايه وجود دارند كه يك فاز را تشكيل مي دهد. در موتور هفت لايه، سه لايه مي توانند با هم روشن شوند كه اين سبب مي شود اين موتور ميزان گشتاور بيشتري با ريپل گشتاور كمتري نسبت به موتورهاي معمولي تك لايه توليد مي كند.

موتور رلوكتانس سوييچي 4 به 4 پنج لايه يكي از انواع موتور رلوكتانس سوييچي است. استفاده از موتور رلوكتانس سوييچي در كاربردهايي كه در آن ها نياز به سرعت متغير است، يكي از مصارف مورد توجه اين دسته خاص از موتور هاست. گرچه مزايايي چون ساختار ساده، عدم نياز به سيم پيچ روتور و جاروبك، بازدهي بالا، محدوده وسيع سرعت كاري، نياز كم به تعمير و نگهداري، قابليت كار در محيط هاي با شرايط سخت و غيره سبب شده است كه اين موتورها رقيبي جدي براي موتورهاي مرسوم جريان مستقيم و متناوب باشند. يكي از عيوب چشم گير موتورهاي رلوكتانس سوييچي مقدار ريپل گشتاور بالاي آنهاست. از آنجا كه وضعيت موتور رلوكتانس سوئيچي در زمان روشن كردن فاز در حالت عدم همپوشاني مي باشد، اندوكتانس سيم پيچي قطب ها كم است. در نتيجه جريان با يك شيب تند افزايش مي يابد و سلف طبق رابطه V=L di/dt سريع شارژ مي شود. در هنگام خاموشي به علت بالا بودن اندوكتانس فاز خاموش شده، جريان به آهستگي دشارژ مي شود و در نتيجه زمان شارژ و دشارژ جريان در يك فاز تفاوت چشم گيري دارد. در اين حالت، روتور در جهت فاز روشن شده حركت مي كند و فاز قبلي به دليل كامل نشدن دشارژ جريان سلف، در خلاف جهت حركت روتور، روتور را به سمت خود مي كشد و اين يك گشتاور منفي ايجاد مي كند. (دم جريان فاز قبلي، در فاز بعدي ظاهر مي شود) اين پديده منشاء اصلي پديده ريپل گشتاور مي باشد. در موتور جديد پنج لايه ارائه شده، 4 قطب برجسته استاتور و روتور در هر لايه وجود دارند كه يك فاز را تشكيل مي دهد. در موتور پنج لايه، دو لايه مي توانند با هم روشن شوند كه اين سبب مي شود اين موتور ميزان گشتاور بيشتري با ريپل گشتاور كمتري نسبت به موتورهاي معمولي تك لايه توليد مي كند.

كنترلر سطوح فرمان جهت استفاده در تجهيزات بدون سرنشين و براي كنترل سروو موتورهايي انجام مي گيرد كه وظيفه كنترل آن تجهيز را دارند. امروزه تجهيزات بدون سرنشين به طور وسيع داراي مصارف گوناگون تجاري و نظامي مي باشند. به همين دليل مسئله كنترل سطوح فرمان آن ها اهميتي ويژه پيدا مي كند. كنترلرهاي تجهيزات بدون سرنشين در انواع و شكل هاي گوناگون و براي كاربردهاي مختـلف در سراسـر جهان توليد و عرضه مي گردنـد. اما متاسفانه مسئله تحريم ها باعث شده است، اين دستگاه كارآمد به راحتي در دسترس نباشد و از طرفي انواع در دسترس آن نيز اغلب داراي كيفيت مطلوب نباشند. نكته مهم و جديد اين است كه اين كنترلر براي هر گـونه وسيـله اي كه با سروو كنترل مي شود، اعم از پهپاد، قايق و غيره قابل استفاده است. اين اختراع علاوه بر جديد بودن، ويژگي هايي چون هفت كاناله بودن و نيز از بين بردن دغدغۀ افزايش كانال، صفحۀ نمايش لمسي نسبتاَ بزرگ با منوهاي ذخيرۀ اطلاعات، قابليت هر گونه تغيير دلخواه در كنترل سروو موتور و غيره را نيز دارا مي باشد.

مدار راه انداز رزونانسي دو سوئيچ در هر فاز موتور رلوكتانس سوييچي6 به 4 با قابليت افزايش راندمان و كاهش ريپل گشتاور مداري كارآمد مي باشد. مدارهاي قطع و وصل در هر موتور رلوكتانسي شامل دو بخش مي باشد، يك كليد كنترل شونده جهت اتصال ولتاژ منبع به سيم پيچ ها تا جريان مورد نظر درآن ها راه اندازي گردد و نيز ايجاد يك مسير تخليه به هنگام قطع كليد تا انرژي ذخيره شده در سيم پيچ هاي فازها بتواند در جاي ديگري استفاده گردد. اين امر علاوه بر افزايش راندمان، ترانزيستورهاي قطع و وصل كننده را از ضربه جريان قوي بهنگام قطع مصون مي دارد. رايج ترين مبدل هايي كه براي راه اندازي موتورهاي رلوكتانس سوييچي استفاده مي شود، شامل مبدل هاي تك سوئيچه و نيز دو سوئيچ در هر فاز ميباشد كه در نوع اول راندمان موتور پايين است و در نوع دوم تلفات سوئيچينگ و هزينه ساخت افزايش چشمگيري مي¬يابد. اين مدار طراحي شده، مبدلي با راندمان بالا است كه با استفاده از يك سوئيچ جهت روشن كردن در هر فاز تلفات سوئيچ زني را كاهش مي دهد و يك سوئيچ ديگر جهت تخليه رزونانسي فاز مزاياي دو مبدل تك سوئيچه و دوسوئيچه را توامان دارد. همچنين به همراه كاهش دم جريان با استفاده از ايجاد رزونانس در لحظه تخليۀ انرژي فاز(خاموشي فاز)، ريپل گشتاور كاهش مي يابد. ايده اصلي اين اختراع بر پايه اين مسئله است: ساخت مدار كنترلي و راه‏اندازي موتور در جهت افزايش راندمان و كاهش ريپل گشتاور.