ترجمه تخصصی اصول عملیاتی ماشین های الکتریکی

پس از قرار دادن سیم ها در شکاف، هر دو طرف عایق شکاف تازده و پیچیده شد. سپس شکاف با استفاده از شکاف و گوه بسته ای می شود که معمولاً از رزین اپوکسی ساخته شده است. در ماشین های الکتریکی، معمولاً فازهای مختلف از نظر ولتاژ جذر میانگین مربعات (RMS) از پتانسیل های مختلفی برخوردار هستند. بنابراین، سیم پیچ های فازهای مختلف واقع در همان شکاف با یک عایق انعطاف پذیر از جنس پارچه پوشانده شدند تا ایزولاسیون الکتریکی حفظ شود. این امر در ماشین های  AC  با سیم پیچ های تک لایه، در چرخش های آخر اعمال می شود.

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

از شکل 5.45 می توان مشاهده نمود که مواد عایق فضای قابل توجهی را در شکاف ایجاد می کنند و ضریب پر شدن رسانا را محدود می کنند. به همین دلیل، بسته به شرایط عملیاتی طراحی در ماشین الکتریکی، فضایی که عایق اشغال می کند باید در طول اندازه گیری مدار مغناطیسی و طراحی سیم پیچ ها در نظر گرفته شود. سیستم عایق، نقشی حیاتی در عملکرد قابل اطمینان و طول عمر ماشین الکتریکی دارد.

یکی از دلایل اصلی خرابی ماشین های الکتریکی، خرابی سیستم عایق است. پس از اتمام ساختار استاتور، حفره هایی ذاتی بین سیم پیچ ها و همچنین بین عایق و هسته بوجود می آید که باعث کاهش مقاومت دی الکتریک و قابلیت اتلاف گرما می شود. در این حالت، تخلیه های الکتریکی جزئی، که اغلب در ماشین های ولتاژ بالا و همچنین ماشین های اینورتر محور (به دلیل سرعت بالای تغییر ولتاژ) اتفاق می افتد، باعث خراب شدن تدریجی سیستم عایق و دیر یا زود منجر به تخریب در توان دی الکتریک آن و کاهش ولتاژ شکست سیستم عایق می شوند. این امر باعث کاهش طول عمر ماشین می شود. علاوه بر انداز مناسب مواد عایق، پر کردن حفره ها در ساختار استاتور نیز بسیار مهم می باشد. معمولاً این کار توسط دستگاه اشباع فشار خلا (VPI) انجام می شود و در آن هسته استاتور به همراه سیم پیچ ها با رزین پر می شود. VPI  دارای فرایندهای زیادی از قبیل پیش گرمادهی، پر کردن رزین، تخلیه در رطوبت و غیره می باشد و باعث کاهش حفره های فیزیکی در استاتور و ایجاد یک ساختار محکم می شود و اتلاف حرارت بهتر و غیرقابل نفوذ بودن را تضمین می کند. همچنین به محافظت از سیم پیچ ها در برابر تأثیرات خارجی کمک می کند و باعث افزایش طول عمر ماشین می شود.

5.6. اصول عملیاتی ماشین های الکتریکی

5.6.1. مغناطیس دائمی ماشین های همزمان

PMSM  ناشی از موتور همگام باPM  ها می باشد و جایگزین مدار میدان می گردد. این اصلاح، اتلاف مس روتور و همچنین نیاز به نگهداری از مدار تحریک میدان را رفع می کند. بنابراین، یک PMSM دارای بهره وری  بالایی است و طراحی ساده تر برای سیستم خنک کننده را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، استفاده از مواد مغناطیسی با عنصر کمیاب زمین باعث افزایش چگالی شار در شکاف هوا و در نتیجه افزایش چگالی توان موتور و نسبت گشتاور به اینرسی می شود. در برنامه های کنترل حرکت، PMSM می تواند پاسخ سریع، ساختار حرکتی فشرده و بهره وری  بالا را فراهم کند. در موتورهای PM در مقایسه با همتایان آن چندین مزیت وجود دارد:

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

• به دلیل عدم وجود جریان مغناطیسی، در مقایسه با موتور القایی با ضریب توان بالاتری عمل می کند.
• مانند ماشین های همگام معمولی روتور سیم پیچی، به تعمیر و نگهداری منظم از برس نیاز ندارد.
• روتور نیازی به منبع ندارد و تلفات روتور بسیار کم است.
• سر و صدا و لرزش کم نسبت به ماشین های رلوکتانسی و القایی سویچی.
• اینرسی روتور پایین تر و از این رو واکنش سریع.
• تراکم انرژی بیشتر و ساختار فشرده تر.

مهمترین نقطه ضعفPMSM ، هزینه بالای PM  ها و حساسیت آن به دما و شرایط بار است. شکل 5.46 نشان می دهد که یک ماشین PM  از دو بخش اصلی، یک استاتور و یک روتور تشکیل شده است. استاتور بخشی است که به صورت مکانیکی ثابت شده و به مدار خارجی وصل می شود. معمولاً، استاتور در اکثر برنامه های کششی دارای سیم پیچ سه فاز متصل ستاره ای است. استاتور را می توان به یک بخش آهنی تقسیم کرد، که در آن «رسانای مغناطیسی» و شکاف های سیم پیچ وجود دارد و شامل سیم پیچ های الکتریکی (مس) می باشند که شار مغناطیسی استاتور را تولید می کنند. از سوی دیگر، روتور بخشی است که از نظر مکانیکی برای چرخش آزاد است و توسط بلبیرینگ ها‌ به شافت روتور وصل شده اند. همچنین روتور از دو بخش ساخته شده است: آهن که شار مغناطیسی را هدایت می کند وPM  هایی که شار مغناطیسی روتور را تولید می کنند. مغناطیس های روتور به عنوان قطب های متناوب شمالی و جنوبی قرار گرفته اند. این مغناطیس ها باعث ایجاد شار در جهت شعاعی شده و از طریق شکاف هوا جریان می یابند. Mmf بعلت عبور جریانات استاتور از شکاف هوا ایجاد می شود و به شار PM متصل می شود.

 

شکل5.46. نمای مقطعی ماشین های مغناطیس دائمی (الف) ماشین مغناطیس دائمی سطح(SPM) (ب) ماشین مغناطیس دائمی داخلی (IPM).

فعل و انفعال شار PM  و استاتورmmf  باعث چرخش روتور می شود. با حرکت روتور، پیوند شار تغییر می کند و از این روEMF  بطور معکوس به سیم پیچ استاتور القا می شود. در نهایت، فعل و انفعال بین جریان های فاز استاتور وEMF  های معکوس مربوطه، گشتاور الکترومغناطیسی را تولید می کنند. روتور دارای سیم پیچ و اتصالات الکتریکی در استاتور نمی باشد. برای عملکرد صحیح ماشین، باید موقعیت روتور، توسط بازخورد ارائه شده از سنسور موقعیت، یا توسط الگوریتم تخمین موقعیت مشخص شود.

5.6.1.1. عملیات PMSM

شکل 5.47 منطقه عملیاتی تربیعی یک ماشین PMSM را نشان می دهد. مشخصات مشابه در سایر ماشین های الکتریکی نیز اعمال می شود. هر ربع دارای یک منطقه گشتاور ثابت از 0 تا ± سرعت اسمی،ω_b  و منطقه ای می باشد که گشتاور در آن بطور معکوس با سرعت از ω_b به ω_max کاهش می یابد. ناحیه ای که گشتاور در آن به طور معکوس با سرعت افت می کند، منطقه توان ثابت نامیده می شود و با کاهش شار مغناطیسی روتور بدست می آید.

5.6.1.2. طبقه بندی ماشین های PM

براساس جریان تحریک EMF فعلی و برگشتی، ماشین های PMSM را می توان به عنوان ماشین ذوزنقه ای و سینوسی طبقه بندی کرد. همانطور که در شکل 5.48 و 5.49 نشان داده شده، ماشین های سینوسیPMSM  را می توان در انواع نصب سطحی (SPM)، الحاق سطحی یا انواع مغناطیس دائمی داخلی (IPM) طبقه بندی نمود.

در ماشینSPM ، مغناطیس ها روی سطح روتور چسبانده شده اند. روتور به دلیل توان مکانیکی کافی مغناطیس ها نمی تواند با سرعت بالایی کار کند؛ با این حال تولید مغناطیس های سطحی، ساده است. ماشینSPM  می تواند از نوع سینوسی یا ذوزنقه ای باشد، اما نوع الحاقی وIPM  معمولاً از نوع سینوسی هستند. القاء محور d و q در ماشینSPM  تقریباً یکسان است.

این امر بعلت این واقعیت است که طول شکاف هوا برابر با مغناطیسی می باشد که دارای نفوذپذیری تقریباً یکسان با هوا است. همانطور که از شکل 5.49 ب و ج مشاهده می شود، مغناطیس ها در نوع الحاقی، درست در داخل سطح روتور قرار می گیرند و در نوعIPM ، به خوبی درون روتور پنهان می شوند. در این نوع ماشین ها، مقاومت القایی محور q بسیار بیشتر از مقاومت القایی محور d است. فضای اشغال شده توسط مغناطیس در محور d توسط آهن در محور q اشغال شده است. این بدان معناست که در ماشین های PMM از نوع IPM و الحاقی، علاوه بر گشتاور الکترومغناطیسی (گشتاور متقابل)، گشتاور رلوکتانس نیز وجود دارد.

 

شکل5.49. انواع مختلف PMSM (الف) موتور PM سطحی؛ (ب) موتور PM الحاقی؛ (ج) موتور IPM.

 

شکل 5.50 پیکربندی های مختلف مغناطیس در ماشین هایIPM  را نشان می دهد. پیکربندی نشان داده شده در شکل 5.50 ج ماشین نوع اسپوک نامیده می شود و در آن مغناطش در جهت مماس قرار دارد. برای سایر ماشین ها، مغناطش معمولاً در جهت شعاعی قرار دارد.

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

5.6.13. برجستگی در ماشین های  PM

ماشین هایIPM  برای تبدیل انرژی الکترومغناطیسی هم ازPM  و هم برجستگی روتور مکانیکی استفاده می کنند. ساخت روتور در ماشین هایIPM  یک برجستگی ذاتی ایجاد می کند (تفاوت در مقاومت های القایی محور d و q). برجستگی گشتاور سبب ایجاد رلوکتانس اضافی می شود که برای بهبود تولید گشتاور شکاف هوا مورد استفاده قرار می گیرد. برجستگی به تضعیف میدان نیز کمک می کند. درک مناسب مقاومت القایی محور d وq  برای درک تأثیر برجستگی ضروری می باشد. شکل 5.51 ماشینPM  را در قاب های مرجع استاتور و روتور نشان می دهد. حروفd  و q به محور d وq  اشاره دارند، در حالی که حروفs  وr  قاب های مرجع استاتور و روتور را نشان می دهند. با این تعریف، محورd  یا محور مستقیم، محوری است که با میدانPM مطابقت دارد. در طرح های بدون مغناطیس، محورd  همتراز با محور با مقاومت القایی بالا تعریف شده است.

محور q یا محور تربیعی از نظر الکتریکی °90 است و در خلاف جهت عقربه ساعت(مثبت) از محور d مثبت پیشرفت می کند.

شکل 5.52 الف و ب مقومت القایی محور dو q ماشین SPM را نشان می دهد. از آنجا که PM ها دارای نفوذپذیری کم هستند و می توان آنها را در هوا تقریب زد، شکاف هوای موثر در مسیر شار L_d و L_q در موتورهای SPM  یکسان است. بنابراین، یک موتور SPM دارای برجستگی ناچیز می باشد. در قاب مرجع سه فاز استاتور، مقاومت القایی اندازه گیری شده در ترمینال موتور بدون توجه به موقعیت موتور، ثابت می باشد. مسیر شار d- محور در قاب مرجع روتور را می توان به صورت مغناطیس ! فولاد ! مغناطیس نشان داد، در حالی که مسیر محور q هوا! فولاد ! هوا می باشد. از آنجا که نفوذپذیری هوا و مغناطیس تقریباً یکسان است، لذا در SPM، L_d=L_q است.

 

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

شکل 5.52 ج و د مسیرهای مقاومت القایی محور dو q را در ماشین IPM نشان می دهد. شکاف هوای موثر در مسیر شار L_d و L_q با توجه به موقعیت روتور متفاوت است. این برجستگی مغناطیسی با توجه به موقعیت روتور منجر به تغییر در مقاومت القایی ترمینال موتور می شود. مقاومت القایی در قاب مرجع سه فاز استاتور، مشابه موردSPM  در ترمینال موتور اندازه گیری شده و صرف نظر از موقعیت موتور، ثابت می باشد. همانطور که در شکل 5.52 د نشان داده شده، در قاب مرجع روتور، مسیر شار محورd  بصورت فولاد ‰مغناطیس‰ فولاد‰ مغناطیس‰ فولاد است، اما مسیر شار محورq  تمام فولاد است. از این رو، در این نوع ماشین هاL_q> L_d  می باشد. طرح های IPM وجود دارد که برعکس آن نیز صادق است، اما در این فصل ارائه داده نمی شود.

5.6.1.4. تنوع مقاومت القایی به دلیل اشباع مغناطیسی

مقاومت القایی محورd  وq  به دلیل اشباع مغناطیسی در آهن متفاوت است. مقاومت الکتریکی تحت تأثیر اشباع قرار نمی گیرد، اما ثابت گشتاور تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. هنگامی که جریان از طریق سیم پیچ مغناطیسی القاء کننده بر روی هسته آهن عبور می کند، در ابتدا شار به صورت خطی افزایش می یابد اما بعداً، شار مغناطیسی به دلیل اشباع مغناطیسی به آرامی زیاد می شود (شکل 5.53 را ببینید). مقاومت القایی، شیب این منحنی در هر نقطه معین می باشد. در بخش خطی از منحنی، مقاومت القایی ثابت می ماند، پس از آن، به دلیل اشباع هسته آهن شروع به افت می کند. همچنین، مقاومت القایی در پاسخ به تغییر جریان در هر موتور الکتریکی بسیار سریعتر از تغییرات پارامتر مربوط به دمایی عمل می کند که دارای ثابت زمانی آهسته تری هستند.

در ماشین هایIPM ، مقاومت القایی محور q بیشتر از مقاومت القایی محور d تحت تأثیر اشباع قرار می گیرد. تفاوت های مهم در Ld و L_q به دلیل اشباع مغناطیسی به شرح ذیل می باشد:

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

مسیر محورd  شامل آهن و مغناطیس است. PM حتی وقتی ماشین تحریک نشده نباشد، منبع اصلی اشباع است(مشابهL₂  در شکل 5.53). معمولاً جریان های مرتبط با این محور (i_d)، بمنظور بهره برداری از گشتاور رلوکتانس یا دستیابی به تضعیف شار، خلاف جهت شار مغناطیسی جهت گیری می شوند. منوط به شدت این جریانات، می تواند یک تغییر بسیار کوچک در مقاومت القایی محور d ایجاد شود. افزایش ضخامت شکاف هوا به دلیل وجود مغناطیس در این محور، باعث کاهش برجستگی L_d نسبت به i_d می شود.

مسیر مقاومت القایی محورq  تمام فولاد است و دربردارنده هیچ PM  نمی باشد. در هنگام استراحت ماشین، این محور القاء نمی شود. مدار مغناطیسی در جریان های کم محور q (گشتاور کم)، در ناحیه خطی (L₁ در شکل 5.53) فولاد الکتریکی کار می کند. با این حال، مسیر مغناطیسی در جریان های زیاد محور q (گشتاور بالا) اشباع خواهد شد و مقاومت القایی محور q به شدت کاهش خواهد یافت. این امر در شکل 5.54 خلاصه شده است.

نسبت برجستگی به عنوان نسبت محور q به القاء محور d تعریف می شود:

(5.52)                                                   ξ=L_qL_d

 

شکل 5.53. اشباع در فولاد الکتریکی و تأثیر آن بر مقاومت القایی.

 

شکل 5.54. L_d و L_q به ترتیب بعنوان تابعی از I_d و I_q .

نسبت بالای برجستگی، امکان دستیابی به دامنه تضعیف میدان وسیع در عملیات پرسرعت بدون تحمل EMF بیش از حد معکوس را امکان پذیر می کند:

(5.53)

T_e=32pψ_mi_sq+32pL_d-L_qi_sdi_sq

i_sd=-ψ_mψ_m²+8L_d-L_q²I_{s max}²4(L_d-L_q)

i_sq=I_{s max}²-I_msd²

 

که درآن ψ_m  پیوند شارPM،p  تعداد قطب ها، i_sd   و i_sq  جریان های استاتور محور dوq ،L_d  و L_q مقاومت های القایی محور d و q و I_{s max}  حداکثر جریان استاتور است. همانطور که در شکل 5.55 نشان داده شده است، با در نظر گرفتن معادله گشتاور موتور IPM در معادله 5.53 و ترسیم آن بر روی صفحه d-q می توان مکان های گشتاور ثابت ایجاد نمود. گشتاور در امتداد محور d برابر صفر است (i_q = 0) و در امتداد محور q ، عبارت زیر می باشد:

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

(5.56)

i_sd=ψ_mL_d-L_q

5.6.1.5. حداکثر گشتاور در هر عملیات آمپر

همانطور که در شکل 5.56 نشان داده شده، در منطقه گشتاور ثابت از استراتژی کنترل حداکثر گشتاور در هر آمپر (MTPA) استفاده شده است. MTPA اطمینان می دهد که حداقل جریان استاتور در گشتاور مورد نیاز، اعمال شده است. با این کار، اتلاف مس به حداقل می رسد و بهره وری  حرکت افزایش می یابد. همانطور که در شکل 5.57 نشان داده شده است، چندین بردار جریان جریان استاتور (is1، is2،is  و غیره) وجود دارد که می توانند گشتاور مورد نظر را تولید کنند، اما با توجه به بهره وری ، باید از کوچکترین جریان استفاده شود تا بتوان این گشتاور را تضمین کرد. همانطور که در شکل 5.58 به تصویر کشیده شده، تمام نقاط نشان داده شده توسط تقاطع بردارهای با حداقل جریان و سطوح گشتاور مربوطه، منحنی MTPA را ارائه می دهند.

مجموعه معادلاتی که منحنی MTPA در ماشین سنکرون مغناطیس دائم داخلی (IPMSM) و رابطه بین گشتاور مرجع و جریان استاتور مربوطه را نشان می دهد، با حل dT/di_sd=0 در معادله 5.53 بدست می آیند. در شکل 5.58، پارامترهای موتورψ_m ،L_d  و L_q که شکل منحنی MTPA را تعیین می کنند، ثابت در نظر گرفته شده اند. همانطور که در شکل 5.54 نشان داده شده است، از آنجا که L_d و L_q بواسطه جریان یا به دلیل اشباع تغییر می یابند، این امر می تواند بر روی شکل منحنی MTPA در کاربردهای واقعی تأثیر بگذارد. شکل 5.59 و 5.60 به ترتیب تأثیر تغییرات L_q و L_d بر منحنی MTPA را نشان می دهند.

 

شکل 5.55. مکان گشتاور ثابت که به صورت هذلولی در صفحه d-q ظاهر شده

از شکل 5.59 می توان نتیجه گرفت که در صورت کاهشL_q ، شیب منحنی MTPA افزایش می یابد. این بدان معنی است که برای بدست آوردن گشتاور مشابه، باید i_q یابد وi_d  کاهش یابد. وقتی L_q افزایش می یابد، شیب منحنی MTPA رو به کاهش می رود؛ بنابراین، برای بدست آوردن گشتاور مشابه،i_q باید کاهش وi_d  باید افزایش یابد. تنوع منحنی MTPA با کاهش L_q بیشتر می شود. از شکل 5.60 می توان مشاهده کرد که در صورت افزایشL_d ، شیب منحنی MTPA افزایش می یابد. از این رو، برای به دست آوردن گشتاور مشابه، i_q باید افزایش وi_d  باید کاهش یابد. از سوی دیگر، اگر L_d کاهش یابد، شیب منحنی MTPA نیز کاهش می یابد. در این حالت، برای بدست آوردن گشتاور مشابه، iq کاهش وi_d  افزایش می یابد. منحنی MTPA نسبت به افزایش L_d حساس تر است.

شکل 5.56. مشخصات سرعت-گشتاور موتور کششی  PMSM.

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

شکل 5.57. حداقل جریان استاتور برای سطح مورد نیاز گشتاور.

 

شکل 5.58. منحنی MTPA در صفحه  d-q.

 

شکل 5.59. حساسیت منحنی MTPA برای تغییرات در L_q.

 

شکل 5.60. حساسیت منحنی MTPA برای تغییرات در L_d.

5.6.1.6. ویژگی های عملیاتی ماشین های  PM

در مختصات d-q می توان معادله ولتاژ ماشین IPM را به صورت ذیل بیان نمود

 

در حالت پایدار، معادله 5.55 به صورت زیر ساده می شود

 

از معادله 5.56 می توان دریافت که برای افزایش سرعت، به ولتاژ بالاتری نیاز است. حداکثر گشتاور و توان خروجی تولید شده توسط PMSM با حداکثر جریان و ولتاژ تولید شده توسط اینورتر در موتور تعیین می شود. حداکثر ولتاژ استاتور به ولتاژ باس DC و همچنین به طرح PWM اعمال شده بستگی دارد و می تواند به صورت زیر بیان شود

 (5.57)

v_sd²+v_sq²≤V_{s max}²

با ترکیب معادلات 5.56 و 5.57 و چشم پوشی از افت ولتاژ در مقاومت استاتور معادله ذیل به دست می آید:.

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

 (5.58)

 

 

شکل 5.61. بیضی های محدود کننده ولتاژ برای ماشین های IPM. (الف) بیضی های محدود کننده ولتاژ و (ب) بیضی های محدود کننده ولتاژ برای سرعت های مختلف.

که در آن

 

همانطور که در شکل 5.58 االف نشان داده شده، معادله 5.58 در  V_{s max} و ω ارائه داده شده، یک بیضی را نشان می دهد. مرکز بیضی در (−(ψ_m/L_d), 0) واقع شده است و مشخصه جریان ماشین را نشان می دهد. خارج از مرکز بیضی را می توان به شرح ذیل نشان داد

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

 

همانطور که در شکل 5.61 ب نشان داده شده، بیضی با سرعت روتور معکوس می شود. شکل بیضی به نسبت برجستگی بستگی دارد. علاوه بر این، جریان های محور d و و q باید به شرح ذیل تحقق یابند:

(5.61)

همانطور که در شکل 5.62 الف نشان داده شده، معادله 5.61 یک جریان مدور متمرکز در مبدا با شعاع I_{s max}   را نشان می دهد. دایره های محدود کننده جریان، بر خلاف بیضی های محدود کننده ولتاژ، در هر سرعتی ثابت باقی می مانند. همانطور که در شکل 5.6 ب نشان داده شده است، از آنجا که هر دو معادله 5.57 و 5.61 باید در طول عملیات تحقق یابند، بردار جریان در سرعت روتور معین، می تواند در هر نقطه در داخل یا در مرز ناحیه همپوشانی بین بیضی محدود کننده ولتاژ و دایره محدود کننده جریان واقع شود. هنگامی که سرعت روتور افزایش می یابد، ناحیه همپوشانی کوچکتر می شود و این امر نشان دهنده تغییرات تدریجی کوچکتر بردار جریان در منطقه تضعیف شار است.

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

شکل 5.62.(الف) بیضی های محدود کننده ولتاژ و دایره های محدود کننده جریان برای ماشین های IPM و (ب) ناحیه همپوشانی بین بیضی های محدود کننده ولتاژ و دایره های محدود کننده جریان.

همانطور که در شکل 5.63 الف نشان داده شده است، در پایین تر از سرعت پایه، جایی که ولتاژ فاز جریان نامی کمتر از V_{s max} است، عملکرد ماشین IPM مبتنی بر کنترل جریان محور q می باشد. همانطور که در شکل 5.63ب نشان داده شده است، در منطقه تضعیف شار، جریان منفی محورd  اعمال شده است. این امر باعث ایجاد یک بردار ولتاژ منفی در محور d می شود که برخلاف بردار القاء شده از پیوند شار PM است، درنتیجه موتور می تواند سرعت بگیرد. در این حالت، بردار جریان استاتور دارای مؤلفه های محور d و q می باشد و بزرگی بردار جریان محور q باعث کاهش گشتاور پایین می شود.

حداکثر گشتاور و توان خروجی تولید شده توسط ماشین هایPM  در نهایت به میزان جریان اینورتر مجاز و حداکثر ولتاژ خروجی بستگی دارد که اینورتر می تواند در ماشین تولید نماید. در یکPM  که با سرعت و گشتاور معین کار می کند، می توان با اعمال ولتاژ بهینه ای که باعث کاهش تلفات انرژی می شود، به بهره وری بهینه دست یافت. در سرعت های پایین، این بهره وری مطلوب با شرایط کنترلMTPA  همزمان خواهد بود. همانطور که قبلاً توضیح داده شد، چنین عملیاتی منجر به حداقل اتلاف مس در سیم پیچ های استاتور و همچنین کمترین میزان اتلاف انرژی در سوئیچ های نیمه رسانا اینورتر می شود.

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

رابطه بین مؤلفه های جریان مرجع  i_sdو i_sq برای کنترل MTPA را می توان به شرح ذیل بدست آورد

 

که همانطور که در شکل 5.63 ب نشان داده شده است، در آنβ  زاویه جریان فاز می باشد. ترکیب معادله 5.62 و معادله گشتاور در معادله 5.53 منجر به ایجاد معادله زیر می گردد:

(5.63)

همانطور که در شکل 5.64 نشان داده شده است، معادله 5.63 نشان می دهد که مولفه های گشتاور تحریک و رلوکتانس با زاویه فاز جریان متفاوت است. در β=0 (تنها مؤلفه جریان محور q)، گشتاور الکترومغناطیسی حداکثر خواهد بود؛ با این حال، مؤلفه گشتاور رلوکتانس در β=45° حداکثر خواهد بود. بنابراین، حداکثر گشتاور کل در محدوده 0 < β < 45° به دست خواهد آمد.

 

شکل 5.63. نمودارهای بردار ماشین IPM برای (الف) سرعت پایین تر از سرعت پایه و (ب) سرعت بالاتر از سرعت پایه.

مقالات ترجمه شده جدید ماشین های الکتریکی

شکل 5.64. مولفه های گشتاور تحریک و رلوکتانس به عنوان تابعی از زاویه فاز جریان.

در موتورهایIPM ،L_q-L_d  می تواند بزرگ باشد؛ بنابراین، گشتاور رلوکتانس ناچیز نیست. برای اجرای موتور IPM در گشتاور بالا و بهره وری بالا، باید i_d معادله 5.62 را بواسطه β مربوط به حداکثر گشتاور یک I_s  معین تعیین نمود. علاوه بر این، هنگامی که β کنترل می شود، می توان در عملیات با گشتاور بالا به پاسخ سریع گذرا دست یافت.