واحد R&D سما آسانبر دانش بنیان
خلاصه
در این مقاله تولید برق برای موتور مجتمع مغناطیس دائمی با واحد بازسازی انرژی (ERU) ارائه شده است. این مطالعه نشان میدهد که موتورهای مغناطیسی دائمی با نرخ 5.5 کیلو وات در آسانسور با انتقال انرژی مکانیکی به برق هنگامی که موتور بدون نیرو چرخش نیز کار میکنند بنابراین موتور میتواند انرژی الکتریکی تولید شده را به سیستم شبکه برگرداند. این وضعیت “حالت احیا کننده” نامیده میشود که انرژی هدر رفته را میتوان یک بار دیگر استفاده کرد. مطالعه توسط شبیهسازی با استفاده از MATLAB / Simulink انجام میشود. ERU و معکوس کننده در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفتند که میتوانند در آینده در سیستم آسانسور موجود استفاده شوند. طرح ERU برای تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC برای همگام سازی شبکه استفاده میشود. ERUمورد بررسی به عنوان ماژول سه فاز عمل میکند. از آزمایش، مشاهده میشود که هنگامی که موتور به عنوان یک ژنراتور کار میکند، ERU ولتاژ DC را از سیستم معکوس کننده آسانسور دریافت میکند و سپس به ولتاژ AC تبدیل میکند که میتواند به سیستم شبکه منتقل شود.
مقدمه:
در حال حاضر حمل و نقل عمودی در ساختمان، برج، مرکز خرید، ساختمانهای اداری و کارخانهها مهم است، به طور معمول بخشی از یک ساختمان آسانسور خواهد داشت. تجهیزات آسانسور به عنوان یک ماشین بزرگ مصرف کننده در نظر گرفته شده است؛ بنابراین، اگر آسانسور بتواند انرژی الکتریکی تولید شده را به سیستم بدهد، این امر میتواند مصرف انرژی را کاهش دهد بنابراین سیستم آسانسور میتواند یک دستگاه مهم برای حفاظت از انرژی باشد. این مقاله به بررسی تولید برق برای موتور مغناطیس دائمی توسط واحد بازسازی انرژی (ERU) خواهد پرداخت. در این مقاله توابع و اجزای سیستم آسانسور، اصل 4 ربع دایره، اصل مبدل بالا زیاد کننده DC، معادلات موتور مغناطیسی دائمی و اصل کنترل سرعت در بخش 2، شبیهسازی سیستم با Matlab / Simulink در بخش 3، نتایج در بخش 4 و نتیجهگیری در بخش 5، نیز توصیف شدهاند.
- نظریه و پیادهسازی
2.1 سیستم آسانسور
به طور معمول، ساختار سیستم آسانسور متشکل از 6 اجزای اصلی است که در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1: اجزاء سیستم آسانسور
شکل 2: مقایسه بین سرعت موتور و گشتاور مختلف.
2.2 اصل عملیات چهارگانه ربع دایره
شکل 2 یک نمودار سرعت و گشتاور کنترل در هر دو جهت مثبت و منفی را نشان میدهد. از شکل 2، روند در ربعهای 1 و 3 به عنوان حالت موتور تعریف شدهاند که به این معنی است که سرعت و گشتاور در جهت یکسان هستند. روند در ربعهای 2 و 4 به یک ژنراتور اختصاص داده میشود، گاهی اوقات به عنوان حالت باز تولید نامیده میشود. حالت باز تولید برای کار بر روی یک موتور دائمی مغناطیسی در سیستم آسانسور چرخش بدون نیرو است. یا ترمز موتور باعث تولید برق برای آسانسور میشود که بر روی آسانسور قرار میگیرد. بار باید کمتر از آونگ وزنی و به عنوان آسانسور برای بارگیری از آونگ جاذبه باشد. هر دو مورد بر نیروی گرانش کششی چرخش موتور تکیه میکنند. بدون اینکه نیروی الکتریکی به آسانسور داده شود. با توجه به نحوه عملکرد سیستم آسانسور میتوان حالات آسانسور را مطابق با جدول 1 تقسیم بندی نمود.
جدول 1: عملیات حالت سیستم آسانسور
2.3 اصول مبدل تقویت DC
یک مبدل تقویت کننده، یک مبدل نیرو DC به DC است که ولتاژ خروجی آن بیشتر از ولتاژ ورودی آن است. مدار یک مبدل تقویت کننده در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل 3: مدار مبدل تقویت کننده DC
معادلات 1 تا 4:
کلید روشن (Switch on)
کلید خاموش (Switch off)
شکل 4: کنترل کننده تولید نیروی کار برای آسانسور با موتور مغناطیس دائمی
2.4 موتور همگام مغناطیس دائمی
ویژگیهای موتور مغناطیس دائمی مطابق معادلات (5) – (8) میباشد که برای آزمودن در برنامه MATLAB / SIMULINK اعمال می شود.
شکل 5: واحد بازتولید انرژی (ERU) توسط برنامه Matlab / Simulink
2.5 اصل کنترل سرعت با استفاده از یک کنترل کننده PI
این سیستم سرعت موتور را اندازهگیری میکند که با سرعت مرجع مقایسه میشود، پاسخ سیستم توسط کنترل کننده PI کنترل میشود؛ بنابراین طراحی سیستم کنترلکننده PI بسیار مهم است. کنترل کننده PI طراحی شده است و برای پارامترهای Kp و Ki برای این شبیهسازی، هر دو ابزار نرمافزار GUI، یک ابزار به نام SISOTOOL در Matlab / Simulink برای کمک به تابع انتقال به شرح زیر استفاده می شود.
شبیه سازی سیستم
در این مقاله، یک سیستم شبیهسازی تولید برق برای موتور مجتمع مغناطیس دائمی توسط واحد باز تولید انرژی توسط Matlab / Simulink، از شکل 4، 5، بخش ورودی موتور درایو، تنظیم شده است. سریهای یکسان کننده برای جریان برق در یک جهت استفاده شدهاند. هنگامی که موتور به عنوان یک ژنراتور کار میکند، نیرو تولید شده به شبکه سیستم بازگردانده میشود. هنگامی که موتور به عنوان یک ژنراتور کار میکند، ERU با استفاده از IGBT، ولتاژ DC را به AC تبدیل میکند.
شکل 6: ولتاژ ورودی ERU
شکل 6 نتایج شبیهسازی Vdc است. قبل از ورود به ERU زمانی که ولتاژ در حالت تولید افزایش مییابد میتواند به شبکه بازگردد. هنگامی که آسانسور حالت تولید خود را خاتمه میدهد و موتور شروع بکار میکند، ERU بازخورد خود را متوقف میکند و حالت خاموش را وارد میکند.
شکل 7: ولتاژ خروجی و نیرو ERU
شکل 7 نمودار نتایج شبیهسازی نیرو سه فاز و خروجی ولتاژ ERU است. نیرو منفی نشان دهنده نیرو بازگشت به شبکه است. همانطور که در شکل 4 مشاهده میکنید، ERU به منظور تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC سه فاز کار میکند.
- 4. نتایج
واحد باز تولید انرژی با استفاده از نرمافزار Matlab / Simulink تولید برق برای آسانسور با موتور مغناطیس دائمی را شبیهسازی نمود. نتایج شبیهسازی در جدول 2 نشان داده شده است.
ERU جدول 2: نتایج شبیهسازی برای
جدول 2 ولتاژ ورودی و خروجی ERU از باز تولید همزمان موتور مغناطیس دائمی را نشان میدهد. خروجی ولتاژ DC از اینورتر (معکوس کننده) نیز ورودی ERU است و سپس به مبدل تقویت کننده DC منتقل میشود که ولتاژ DC را به AC تبدیل میکند. ولتاژ خروجی ERU توسط موج مربعی مشخص میشود و در نهایت از طریق یک سری (دنباله) فیلتر میشود بنابراین شکل موج ولتاژ، موج سینوسی است و بعد از این نقطه ما میتوانیم به سیستم شبکه متصل شویم.
- نتیجهگیری
ERU یک مفهوم است که با استفاده از موتورهای مغناطیس دائمی میتواند به سیستم آسانسور موجود متصل شود. ERU زمانی که موتور آسانسور با نیروی گرانش کار میکند قادر به تولید انرژی الکتریکی میباشد بنابراین ERU ولتاژ DC را از سیستم مبدل آسانسور دریافت و سپس تبدیل به ولتاژ AC میکند، بنابراین این نیرو را میتوان به سیستم شبکه تغذیه بازگرداند؛ بنابراین خروجی نیرو را میتوان به سیستم برای جایگزینی انرژی که مورد استفاده قرار گرفته است، بازگرداند.
منابع:
[1] Sittichai Kantawong and Boonyong Plangklang ,” Study of Power Generation for Permanent Magnet Motor Elevator by Energy Regenerative Unit (EERU) “, Energy Procedia 56 ( 2014 ) 591 – 597.
گردآورنده:کارشناس ارشد فیزیک هستهای مهندس کامران کشیری
