محركه ماشين هاي بدون جارويك (Brushless DC Motor) به عنوان يك جايگزين مناسب براي محركه هاي بكار رفته در كاربرد هاي خانگي وتجاري مانند يخچال ها و سيستم هاي تهويه و دمنده و ... مطرح هستند. در چنين كاربرد هايي از محركه هاي رايج القايي تكفاز و يا ماشين هاي جريان مستقيم مرسوم استفاده مي كنند. ماشين هاي القايي تكفاز با راندمان پائين و ماشين هاي جريان مستقيم مرسوم با تعميرات و نگهداري بالا همراه هستند. در مقابل ماشين هاي بدون جاروبك جريان مستقيم داراي راندمان بالا، نگهداري پائين و طول عمر زيادي هستند. هدف از اين نوآوري، كاهش هزينه توليد محركه و افزايش قابليت اطمينان براي محركه موتور هاي بدون جاروبك جريان مستقيم است. در اين پژوهش، يك روش كنترل سرعت ديجيتال بدون حسگر نوين براي ماشين بدون جاروبك جريان مستقيم ارائه شده است. بر خلاف ساير روش هاي كنترل سرعت، در نوآوري مد نظر رگولاتور تناسبي-انتگرال گير (Proportional plus integral regulator) حذف شده است. بنابراين حلقه فيدبك سرعت در محركه مد نظر مينيمم شده است. اين امر به معناي كاهش حافظه مورد نياز تراشه هاي كنترل سرعت صنعتي-تجاري است، كه به كاهش هزينه توليد تراشه منجر مي گردد. از سوي ديگر حذف حسگرهاي موقعيت و مدارهاي واسط براي به كارگيري آنها، به معناي قابليت اطمينان بالا، فضاي مورد نياز كمتر و كاهش هزينه توليد است. روش كنترل مد نظر ساده، بدون محاسبات پيچيده، پايدار و مقاوم است. كنترل سرعت با تغيير دوره كاري سيگنال PWM، صورت مي گيرد. دوره كاري تنها بين دو مقدار از پيش تعيين شده تغيير مي كند. سرعت موتور به طور مستقيم با مرجع سرعت مقايسه مي شود. براي افزايش سرعت، دوره كاري بزرگتر و براي كاهش سرعت، دوره كاري كوچكتر انتخاب مي شود. از آن جايي كه ثابت زماني مكانيكي سيستم به مراتب بزرگ تر از ثابت زماني الكتريكي سيستم است، كنترل سرعت موتور با كليد زني متوالي حاصل مي گردد. پيشنهاد، طراحي و ساخت اين محركه براي نخستين بار در ايران و خارج از كشور صورت گرفته است.

مبدل پيشنهادي از نوع شبه رزونانسي مي باشد كه يكي از انواع مبدلهاي رزونانسي است. اين مبدل مزاياي هر دو مبدل رزونانسي و PWM را در خود دارد، بطوريكه هم قابليت كاركرد در فركانس بالا را دارد و هم بروش PWM قابل كنترل است. همچنين داراي بازدۀ بالا مي باشد. در اين پژوهش مبدل شبه رزونانسي براي كاربرد در پيل سوختي معرفي، طراحي و يك نمونه از آن ساخته شده است. مبدلهاي شبه رزونانسي داراي خواص ويژه اي هستند سبب برتري آنها نسبت به ساير مبدل هاي متداول در زمينه هايي مانند: سيستمهاي هوا و فضا (هواپيما ها ، ماهواره ها)، منازل (استفاده بصورت توليد گرما و برق (CHP))، مناطق دور افتاده، جهت تامين برق مورد نياز، سيستم هاي سيار، استفاده بصورت وسيع در سيستم هاي قدرت (كاربرد در توليد پراكنده)، شده است. هدف اصلي در ارائۀ اين مبدل، بهره برداري از انرژي توليدي پيل سوختي است، در شرايطي تلفات كليدزني كمتر، بازده و بهرۀ ولتاژ بالاتر باشد. اين مبدل شبه رزونانسي تغذيه شده با جريان، نسبت به مبدلهاي PWM داراي ويژگي هاي زير است: 1- فركانس كليدزني بالاتر است. 2- استرس جريان كليدها كمتر است. 3- تلفات كليدزني كمتر در نتيجه بازده بالاتر است. 4- حجم و وزن مبدل كمتر است.

‏اين اخترع در واقع پياده سازي عملي يك مبدلل تصحيح كننده ضريب قدرت بوست با كنترل ديجيتال و ‏مدولاسيون سيگما-دلتا با استفاده از پردازنده سيگنال ديجيتال ( DSP ‏) مي باشد. DSP ‏ استفاده شده اين ‏پروژه مد ل TMS320F28l2 ‏شركت تگزاس اينسترومنت مي باشد. اين پردازنده به علت داشتن سرعت بالا و امكانات مختلف مورد نياز در كنترل ، گزينه بسيار مناسبي براي پياده سازي سيستم هاي كنترل الكترونيك قدرت به شمار مي رود. ‏مبدل هاي تصحيح كننده ضريب قدرت امروزه يكي از عناصر اصلي مدارات الكترونيك قدرت به شمار مي آيند. اين مبدل ها براي نگه د‏اشتن سطح هارمونيك هاي ولتاژ و جريان در حد قابل قبول، امروزه به طور ‏گسترده اي مورد استفاده قرار مي گيرند. كنترل معمول در اين مبدل ها كنترل آنالوگ و مدولاسيون پهناي پالس است. اما مشكل مدولاتور پهناي پالس پرش هايي است كه در طيف توان خروجي مبدل قرار دارد كه به نوبه ي خود مشكل تداخلات الكترو مغناطيسي را به وجود مي آورد. مدولاتور سيگما_دلتا با تغيير دادن فركانس كليد زني مي تواند تا حد زيادي اين مشكل را حل نمايد. اما استفاده از مدولاسيون سيگما-دلتا در كنار كنترل كننده هاي آنالوگ قديمي پاسخ ديناميكي مبدل را تضعيف مي كند. در اين اخترع به كمك يك كنترل ديجيتال ‏پيشنهادي و استفاده از مدولاسيون سيگما-دلتا پاسخ ديناميكي مبدل تا حد زيادي بهبود مي يابد و قابل مقايسه ‏با همتاي آنالوگ خود خواهد شد. اين در حالي است كه تداخلات الكترومغناطيسي مبدل تا حد زيادي كاهش پيدا مي كند. نتايج عملي گرفته شده صحت اين مطلب را به درستي نشان مي دهد.

در اين اختراع مبدل فلاي بك فوروارد نيم پل غير متقارن داراي قابليت سوئيچ زني در ولتاژ صفر با تعداد عناصر نيمه هادي كم، طراحي و ساخته شد. در اين ساختار دو مبدل فلاي بك و فوروارد با هم موازي شده بودند و هر دو مبدل در ولتاز صفر كليدزني مي شدند، از طرف ديگر فقط از دو سوئيچ در ساختار مبدل استفاده شده است به عبارتي ديگر هر سوئيچ به عنوان سوئيچ كمكي براي ديگري بود، بنابراين نياز به هيچ مدار كمكي براي كليدزني در ولتاز صفر نبوديم. از ديگر مزيت هاي اين طرح كاهش ريپل جريان و ولتاژ خروجي به دليل عملكرد يك درميان مبدل ها بود، در واقع مبدل هاي فلاي بك وفوروارد به صورت يك درميان جريان بار خروجي را تامين مي كردند، و اين ويژگي باعث مي شود كه مبدل ريپل ولتاژ پائيني داشته باشد همجنين در اين ساختار استرس ولتاز روي سوئيج ها برابر ولتاژ ورودي است. علاوه بر موارد گفته شده ساختار موازي باعث كاهش تلفات مسي ترانسفورمرها و تلفات هدايتي ديودها در خروجي شد. در اين مبدل سيم پيچي هاي دو ترانسفورمر بر روي يك هسته EE پيجيده شدند. استفاده از يك هسته مغناطيسي علاوه بر اينكه كاهش حجم و قيمت تمام شده مبدل را به دنبال داشت، به دليل ايجاد كوپلينك بين سيم بيچيهاي دو ترانسفورمر با كاهش ريبل جريان در ورودي شد، علاوه بر اين شارژ ac در پايه وسط صفر مي شود كه كاهش تلفات هسته را به دنبال داشت. بنابراين با توجه به نكات گفته شده اين ساختار داراي راندمان بالائي است ودر كاربردهاي ولتاز ورودي بالا به دلييل استرس ولتاژ پائين سوئيچ ها و همچنين كاربردهاي جريان زياد در خروجي به دليل تقسيم جريان ميان دو مبدل ميتواند مورد استفاده قرار گيرد.

‏در اين دستگاه از توپولوژي اينورترPush-Pull ‏ منبع جرياني استفاده شده است. اين ساختار براي اولين بار در صنعت كوره القايي پيشنهاد شده است. در راستاي اين پژوهش نيز تاكنون سه مقاله بين المللي از اينجانب به چاپ رسيده است و در اين متن به منظور توضيح بيشتر به اين مقالات ارجاع داده شده است. نمونه ديگري از اين ساختار، توپولوژي تمام پل مي باشد كه براي توان هاي متوسط مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين پژوهش تنها يك نمونه آزمايشگاهي از اين طرح پياده سازي شده است كه ولتاژ نامي آن ( ac input: 60V (rms ‏ و توان نامي آن 300W ‏ مي باشد. در اين اينورتر هركدام از كليدهاي power MOSFET ‏ با يك ديود شاتكي MUR860 ‏ سري شده اند تا از اتصال كوتاه شدن خازن رزونانس تانك توسط كليدهاي قدرت در زمان هاي گذرا جلوگيري كنند ‏در اين دستگاه به منظور كاهش ميزانTHD در جريان كشيده شده از شبكه برق، از يك ساختار ساده PFC ‏ استفاده شده است. در اين روش ساده ميزان SUR ‏ كليدها كاهش مي يابد، اما در مقابل آن THD ‏ پايين بدست خواهد آمد ‏در اين ساخننار روش كنترلي مورد نظر روش مرسوم Integral Cycle ‏ است. براي اين منظور از ميكروكنترلر ATmega8 ‏ به عنوان پردازنده مدار كنترلي استفاده شده است و از طريق پايه ي وقفه INT1 ‏ تعداد سيكل هاي سپري شده را شمارش مي كند. ‏در اين اينورتر از مدار PLC ‏ به منظور رسيدن به سوئيچ زني نرم استفاده شده است. در اين روش مدار PLL ‏ همزمان فركانس رزونانس را دنبال مي كند. در مدار PLL ‏ از آي سي HC/HCT4046A ‏ استفاده شده است كه به منظور توليد سبگنال مرجع از يك ( PT (Potential Transformers ‏ استفاده شده است.