جستجو در تالارهای گفتگو

خودروهای هیبریدی معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخلی خودروهای متداول با باتری و موتور الکتریکی یک خودرو الکتریکی هستند . این تلفیق انتشارات ( گازهای خوروجی ) اندک همراه با توان ، برد عملیاتی و سوخت مصرفی مناسب خودروهای معمول ( گازوئسل وبنزین) را عرضه می کند و این خودروها هرگز نیاز به اتصال به برق ندارند.این انعطاف پذیری ذاتی خودروهای هیبریدی آنها را برای ناوگان حمل و نقل ومصرف شخصی مناسب کرده است خودرو هاي هيبريدي مي توانند سرعت و مسافت بيشتري نسبت به انواعي كه موتورهاي درون ساز دارند داشته باشند، با اين حسن بزرگ كه شارژباتري هايش هرگز تمام نمي شود بازدهي اين خودروهابسيار بالا بوده و ميزان توليد آلودگي شان كاهش يافته است. به همين دليل بسياري از كارخانه ها از سال 1999 توليد خودروهاي هيبريدي را به صورت انبوه آغاز كرده اند. خودروهای هيبريدی (Hybrid Vehicles) خودروهای هیبریدی معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخلی خودروهای متداول با باتری و موتور الکتریکی یک خودرو الکتریکی هستند . این تلفیق انتشارات ( گازهای خوروجی ) اندک همراه با توان ، برد عملیاتی و سوخت مصرفی مناسب خودروهای معمول ( گازوئسل وبنزین) را عرضه می کند و این خودروها هرگز نیاز به اتصال به برق ندارند.این انعطاف پذیری ذاتی خودروهای هیبریدی آنها را برای ناوگان حمل و نقل ومصرف شخصی مناسب کرده است خودرو هاي هيبريدي مي توانند سرعت و مسافت بيشتري نسبت به انواعي كه موتورهاي درون ساز دارند داشته باشند، با اين حسن بزرگ كه شارژباتري هايش هرگز تمام نمي شود بازدهي اين خودروهابسيار بالا بوده و ميزان توليد آلودگي شان كاهش يافته است. به همين دليل بسياري از كارخانه ها از سال 1999 توليد خودروهاي هيبريدي را به صورت انبوه آغاز كرده اند. تاريخچه خودروي هيبريدی يك مهندس آمريكائي به نام H.Piper در 23 نوامبر 1905 يك ماشين هيبريدي ساخت كه قادر بود در طي 10 ثانيه تا 25 مايل شتاب بگيرد. موتور اين خودرو تركيبی از موتور بنزيني و موتور الكتريكي بود كه امروزه به عنوان موتور هيبريدي شناخته مي*شود. Piper در سه سال و نيم بعد، اختراع خود را ثبت نمود؛ اما پيشرفت سريع موتورهای احتراق داخلی با قدرت و گشتاور بالا در آن دوره، همچنين قابليت استارت بدون هندل آنها و از همه مهمتر پايين بودن قيمت سوختهای فسيلی و مطرح نبودن آلودگی محيط زيست، سبب عدم توجه به اين نوع خودروها شد. در پي بحرانهاي نفتي سالهاي 1970 دوباره اين خودروها مورد توجه قرار گرفتند ولي تا سال 1990 که كار اصولي با مشاركت PNGV (Partnership for a New Generation Vehicle) در آمريكا آغاز گرديد، این خودروها به طور جدی پيگيری نشدند. امروزه خودروهاي هيبريدي مورد توجه كمپانيهاي بزرگ جهان قرار گرفته اند كه از آن جمله مي*توان به شركتهايي مانند: تويوتا، هندا، ميتسوبيشي، فورد، فيات، جنرال موتورز، دايملر كرايسلر، نيسان و پژو و ... اشاره نمود. توفيق اين محصولات به حدي چشمگير بوده كه از دسامبر سال 1997 تا ابتداي سال 2000 بيش از چهل هزار محصول پريوس كمپاني تويوتا به فروش رسيده است. خودروهای هیبریدی به وسیله دو منبع انرژی – یک واحد تبدیل انرژی (همچون یک موتور احتراق یا پیل سوختی) و یک وسیله ذخیره انرژی (هم چون باتری هل یا فرا خازن ها)- توان می گیرند . واحد تبدیل انرژی امکان قدرت گرفتن از بنزین ، متانول ، گاز طبیعی فشرده ، هیدروژن یا سوخت های جانشین دیگر را دارد. خودروهای هیبریدی این پتانسیل را دارنئ که 2 تا 3 برابر راندمان بالاتری نسبت به خودروهای متداول داشته باشند. خودروهای هیبریدی می توانند دارای طراحی موازی طراحی سری یا ترکیبی از هر دو باشند. در یک طراحی موازی ، واحد تبدیل انرژی و سیستم محرکه الکتریکی مستقیما به چرخ های خودرو مرتبط شده اند. موتور اصلی برای رانندگی در بزرگراه ها استفاده می شود ، موتور الکتریکی توان اضافی را هنگام پیمودن سر بالایی ها ، شتاب گرفتن و مواقع دیگر که توان بالای خودرو نیاز باشد فراهم می آورد.در یک طراحی سری ، موتور اصلی به یک ژنراتور تولید کننده الکترسیته مرتبط است . الکتریسیته باتری هایی را شارژ می کند که موتور الکتریکی را که به چرخ ها توان می دهد به کار می اندازد. بر خلاف خودروهای الکتریکی ، خودروهای هیبریدی نیازی به اتصال به برق شهر ندارند. در عوض آنها با ترمز واکنشی یا ژنراتور شارژ می شوند. اجزاء خودروهای هیبریدی خودروهای هیبریدی یک ترکیب بهینه از اجزای مختلف هستند.یک نمونه خودرو هیبریدی را دیاگرام بالا می بینید. کنترل کننده ها / موتور کشنده الکتریکی سیستم های ذخیره کننده انرژی الکتریکی ، همچون باتری ها و فراخازن ها واحد توان هیبریدی همچون موتور احتراق جرقه ای ، موتورهای انژکتور مستقیم احتراق تراکمی (دیزل) توربین های گازی و پیل های سوختی سیستم های سوخت رسانی برای واحد توان هیبریدی جعبه دنده (گیربکس) برای کمک به گازهای خروجی و بهبود کارایی های خودرو ، اجزاء وسیستم های زیر بواسطه تحقیق و توسعه اصلاح شدند : سیستم های کنترل گازهای خارجی مدیریت انرژی وکنترل سیستم ها مدیریت حرارتی اجزاء وزن پایین وایرو دینامیک بدنه / شاسی مقاومت غلطشی پایین (شامل طراحی بدنه وتایرها ) کاهش بار لوازم اضافی کنترل کننده ها / موتورهای هیبریدی موتورهای کارگران پر کار سیستمهای راننده خودروهای هیبریدی هستند ، یک موتور کشنده الکتریکی ، انرژی الکتریکی واحد ذخیره انرژی را به انرژی مکانیکی که چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد.بر خلاف خودروهای معمول که برای بدست آوردن گشتاور کامل ، موتور باید سرعت بگیرد موتور الکتریکی گشتاور کامل رادر سرعت های پایین نیز فراهم می کند. همین مشخصه شتاب غیر خطی عالی به خودرو می دهد . مشخصه های مهم موتور خودروی هیبریدی شامل کنترل خوب رانندگی با خطای مجاز صدای کم وراندمان بالا می باشد. مشخصه های دیگر شامل انعطاف پذیری مربوط به نوسان ولتاژ و البته قابل قبول بودن قیمت تولید انبوه می شود. تکنولوژی موتور جلو برنده برای کاربردهای خودروی هیبریدی شامل آهنربای دائمی ، القای جریان متناوب و موتورهای مقاومت مغناطیسی متغییر می باشد. باتری خودرو هیبریدی باتری ها یک از اجزای ضروری خودروخهای هیبریدی هستند . گر چه تعداد کمی از تولیدات خودروهای هیبریدی با باتریهای پیشرفته در بازار عرضه شده اند اما هیچ کدام از باتری های رایج یک ترکیب قابل قبول اقتصادی از توان ، راندمان انرژی و طول عمر را برای حجم بالای تولید خودرو ارائه نداده اند. ویژگیهای مطلوب باتریهای با توان بالا برای کاربردهای خودروهای هیبریدی شامل این موارد است : پیک و توان مخصوص تکانه بالا ، انرژی مخصوص بالای توان تکانه ، پذیرش شارژ بالا برای بیشینه کردن بهره بری ترمز واکنشی و طول عمر طولانی . روش ها و طراحی های در حال توسعه برای هماهنگی مجموعه به صورت الکتریکی و حرارتی ، روشهای دقیق در حال پیشرفت برای تعیین وضع شارژ باتری ، باتریهای بادوام در حال پیشرفت و قابلیت بازاریابی ، چالش های تکنیکی دیگر هستند.

موتورهاي هيدروژني عاملي براي حل مساله انرژي و محيط زيست: آيا سوخت پاك واقعيت است يا خيال و آيا روزي خواهد رسيد كه سوختي بي پايان در دست بشر قرار گيرد؟ اينها همه سوالاتي است كه ذهن دانشمندان و مهندسان خودرو را به خود مشغول كرده است. اما اين سوالات ديگر خيال نيست، بلكه ممكن است در چند دهه آينده به واقعيت نزديك شود، اما اين شاه‌كليدي كه دانشمندان به آن نزديك شده‌اند چيست؟ هيدروژن، يكي از فراوان‌ترين عناصر در طبيعت است. سوختن هيدروژن با انرژي زياد تنها خروجي آب را در پي دارد؛ پس آيا هيدروژن مي‌تواند تمام مشكلات گذشته را حل كند؟ البته تكنولوژي چنين موتوري بسيار پيچيده‌تر است و در حال حاضر، تاسيسات سوخت‌رساني چنين خودرويي نيز بسيار گران قيمت است. اصلي‌ترين گام را بي.ام.و برداشت: مهندسان بي.ام.و كه در جهان اتومبيل به مهندسان تكنولوژي معروف هستند، روياي سوخت هيدروژني را به واقعيت نزديك كرده‌اند. متخصصان اين شركت هم اكنون مدل سري 5 خود را به موتور احتراق داخلي با سوخت هيدروژني مجهز كرده‌اند و در گام بعدي، خودرويي را با شكل مسابقه‌اي به موتور هيدروژني تبديل كرده‌اند. مهندسان بي.ام.و خودرو هيدروژني را با موتور h2r ساخته‌اند كه با آرايش خورجيني و يا 12 سيلندر و به‌كارگيري سوخت هيدروژن 285 اسب بخار قدرت توليد مي‌كند. خودرو جديد بي.ام.و در آخرين ركوردگيري توانسته ركورد 302 كيلومتر بر ساعت را به دست آورد. موتور جديد h2r بر مبناي موتور احتراق داخلي بي.ام.و سري 7 ساخته شده كه براي افزايش راندمان در اين موتور از زمانبندي متغير سوپاپ‌ها استفاده شده است. به دليل نوع سوخت هيدروژن و حالت گازي آن، تغييراتي در سيستم سوخت‌رساني اين خودرو داده شده است. بي.ام.و قصد دارد بر اساس تجربيات به دست آمده در مدل h2r، خودرويي بسازد كه توانايي كاركرد با هيدروژن و بنزين را داشته باشد. طراحان بهترين موتور هيدروژني خودرو هيدروژني بي.ام.و به وسيله شركت تكنوسنتز - از شركت‌هاي زيرمجموعه بي.ام.و - ساخته شده است. يورگن كوبلر از مهندسان خبره آلماني و مدير پروژه h2r، اعتقاد دارد كه در كوتاه‌ترين زمان،‌ بهترين خودرو هيدروژني جهان ساخته شده است. وي مدت ساخت نمونه بي.ام. و را تنها 10 ماه مي‌داند و مي‌گويد: "اين كار سخت تنها با استفاده از سيستم‌هاي شبيه‌ساز رايانه‌اي cap قابل اجرا بود؛ به طوري كه با استفاده از اين روش در هزينه و وقت صرفه‌جويي بسيار شده است." همچنين مهندسان بي.ام.و با استفاده از سيستم‌هاي فنربندي و تعليق رايج بي.ام.و زمان طراحي را كاهش داده‌اند. موتور جذاب h2r بر مبناي مدرن‌ترين و بزرگترين قواي محركه بي.ام.و شكل گرفته است. اين موتور چيزي نيست جز يك موتور 12 سيلندر v شكل شش ليتري كه اولين موتور احتراق داخل تجاري هيدروژني را پايه‌گذاري كرده است. مهم‌ترين تغييراتي كه در اجزاي ساختماني اين موتور به نظر مي‌رسد، نوع تزريق سوخت هيدروژن است. البته نوع فولادي كه براي محفظه احتراق ساخته شده هم بسيار جالب است. آلياژهاي به كار رفته در اين موتور از اسرار بي.ام.و است. تفاوت احتراق بنزين و هيدروژن: مهم‌ترين تفاوت بين موتور احتراق داخلي بنزين‌سوز و هيدروژني در ذات اين دو سوخت است. هيدروژن تحت فشار هواي طبيعي سريع‌تر از سوخت معمولي مشتعل مي‌شود، اما دماي احتراق آن اندكي كمتر از بنزين است. در داخل موتور سرعت احتراق بالاي مخلوط هيدروژن و هوا دماي بيشتري در مقايسه با يك موتور بنزيني توليد مي‌كند. بنابراين، بايد زمانبندي سوخت بنزين تغيير كند و جرقه بايد زماني زده شود كه بهترين فشار در نقطه مرگ بالاي پيستون شكل گيرد. يكي از مزاياي قابل توجه فشار احتراق بالاتر از مخلوط هيدروژن و هوا، توليد قدرت بيشتر از مقدار انرژي است كه در يك موتور بنزيني مصرف مي‌شود و اين يعني موتور هيدروژني بازده و كارايي بيشتري دارد. سوخت‌رساني فوق مدرن: سوخت هيدروژن همان اندازه كه پاك است، خطرناك نيز هست و به همان اندازه ذخيره آن پيچيده است. به همين دليل، مهندسان بي.ام.و براي ساخت يك خودرو هيدروژني با سد بزرگي رو به رو بوده‌اند. در خودرو h2r بيش از 11 كيلوگرم هيدروژن مايع در يك مخزن عايق‌بندي شده ذخيره مي‌شود. در مجموع براي حفظ ايمني ساخت در تمام شرايط، سه عدد سوپاپ مخصوص روي مخزن سوخت قرار گرفته است. يكي از اين سوپاپ‌ها با رسيدن فشار هيدروژن به ميزان 4.5 بار باز مي‌شود و دو سوپاپ ديگر نيز براي جلوگيري از خطر نشت هيدروژن از مخزن به بيرون در نظر گرفته شده است و دماي آن نيز پائين نگه داشته مي‌شود. جالب اين كه هيدروژن به سختي مايع مي‌شود و بايد اين گاز را در حرارت 150 درجه زير صفر با فشار بالا قرار داد تا بتوان آن را مايع كرد؛ پس نوع مخزن ذخيره‌سازي هيدروژن هم بسيار پيچيده خواهد بود. حفظ ايمني اين مخزن پيچيده‌تر است، زيرا در صورت انفجار، به راحتي محله‌اي را به هوا خواهد برد. سوپاپ‌هاي اضافي فشار گاز در لوله‌هاي سوخت‌رساني به موتور و ميزان جابه‌جايي هيدروژن از داخل مخزن به سمت بيرون را كنترل مي‌كنند. با مشاهده كوچكترين نشت، فشار هيدروژن به 0.4 بار كاهش يافته و سوپاپ‌هاي تامين سوخت به طور خودكار جريان هيدروژن را قطع مي‌كنند. براي حفظ فشار مناسب در سوپاپ‌هاي تزريق، سيستم مديريت موتور، فشار هيدروژن در لوله‌هاي مربوطه را به 1.2 بار كاهش مي‌دهد. چهار سنسور نيز در نقاط خطرناك و حساس نصب شده و پس از هرگونه نشت در سيستم اخطار مي‌دهند. فناوري سوپاپ‌هاي پيشرفته: در موتور جديد هيدروژني بي.ام.و از فناوري والوترينك بهره‌گيري شده است. اين سيستم كه نام تجاري آن vanos است دو مزيت دارد: تغيير زمان‌بندي سوپاپ‌ها و ميزان بلند شدن و برخاستن سوپاپ‌ها. اين سيستم منحصر به فرد براي متخصصان بي.ام.و براي كنترل عملكرد سوپاپ‌ها است و ميزان بلند شدن سوپاپ‌ها را نيز مشخص مي‌كند. اين كار از طريق يك اهرم واسط بين ميل سوپاپ و دو سوپاپ ورودي روي هر سيلندر انجام مي‌شود و يك ميله خارج از مركز نيز به وسيله يك موتور برق به حركت درمي‌آيد. آينده منتظر هيدروژن: به گزارش ايسنا، استفاده از سوخت‌هاي فسيلي احتمالا در 100 سال آينده، اندك اندك كنار گذاشته خواهد شد. آلودگي اين سوخت‌ها مشكل‌ساز هستند و اگر مهندسان بتوانند از هيدروژن در موتور خودروها استفاده كنند، مشكل انرژي و آلودگي حل خواهد شد؛ چرا كه تنها نتيجه سوختن هيدروژن با اكسيژن، آب است، اما هنوز راه زيادي باقي است. شايد بعيد به نظر برسد؛ عنصر هيدروژن كه به گفته بسياري از دانشمندان دومين عنصر طبيعت از نظر فراواني است، به سختي تهيه و سخت‌تر از آن ذخيره مي‌شود؛ حال بايد ديد دانشمندان چگونه از هيدروژن استفاده مي‌كنند و چگونه كليد استفاده از معدن هيدروژن در خودروها پيدا خواهد شد.

موتورهاي (Homogenous Charge Compression Ignition) HCCI امروزه تکنولوژي طراحي موتورهاي احتراق داخلي به سمتي ميل مي کند که از مقدار مشخصي سوخت حداکثر استفاده را بنمايد و آلودگي را نيز تا حد ممکن کاهش دهد. در اين راستا موتورهاي مختلفي از جمله Hybrid, GDI, CNG و HCCI طراحي و ارائه شده اند در اين بين موتورهاي HCCI طرح نوين و کارامدي است که نظر محققين زيادي را به خود جلب کرده است. اولين تجربه در زمينه موتورهاي HCCI به سال 1979 برمي گردد که آقاي Onishi يک رفتار احتراقي شبيه موتورهاي SI و CI ارائه نمود؛ اين موتور که يک موتور بنزيني دو زمانه با خاصيت کارکرد در شريط مخلوط سوخت و هوي رقيق بود، Active Thermo Atmosphere Combustion (ATAC) ناميد.عکسبرداريهي با سرعت بالا نشان داد که در احتراق ATAC چند نقطه اشتعال خود بخودي بدون انتشار شعله، به وقوع مي پيوندد. در همان سال آقاي Naguchi يک احتراق خودبخودي را در موتورهاي بنزيني دو زمانه مطرح نمود که فرايند احتراق آن به نام Toyota_Soken Combustion (TS) معروف گشت. در اين احتراق نيز نقاط زيادي در مرکز محفظه احتراق شروع به اشتعال خودبخودي مي نمود و سپس يک انتشار سريع شعله در پي آن صورت مي گرفت. در سال 1994 اين مدلها پيشرفت زيادي نمود و تحقيقات در مورد آن در بازه هاي مختلف کارکردي انجام پذيرفت و به نام HCCI شهرت يافت. اساس کارکرد موتورهاي HCCI اين موتورها مکانيزمي شبيه به موتورهاي بنزيني (SI) دارند يعني سوخت و هوا با هم مخلوط شده و به داخل سيلندر وارد مي شوند ولي در اين سيستم ديگر بري شروع احتراق از سيستم جرقه استفاده نمي گردد، مخلوط هوا و سوخت متراکم مي گردد تا پيش واکنشها با بالا رفتن دماي مخلوط، انرژي اوليه جهت احتراق را فراهم نمايند و مخلوط محترق گردد؛ بطور ساده مي توان گفت که اين سيستم آميزه ي از موتورهاي بنزيني و ديزلي مي باشد و از مزيي هر دو آنها برخوردار است. اين موتورها مانند موتورهاي ديزل از مزيت نسبت تراکم بالا استفاده مي کنند که به همين دليل داري بازده بالاي هستند و همچنين مانند موتورهاي بنزيني NOx پاييني دارند. علت پايين بودن NOx به خاطر اين است که مخلوط خيلي رقيق بوده و دماي کل فرايند احتراق پايين ميا يد.از مزاياي ديگر اين سيستم ها عدم وجود تراتل است که خود موجب حذف افت توان ناشي از تراتل مي گردد و طول زمان احتراق کوتاه مي باشد که باعث افزيش توان مي گردد. از مشکلات موجود در راه توسعه اين موتورها مي توان به موارد زير اشاره نمود: 1- استارت يا روشن شدن بد موتور: از آنجاييکه اين موتورها رقيق سوز مي باشند روشن شدن آنها عموماً به سختي صورت مي پذيرد. 2- کنترل نامناسب روي فرايند احتراق: از آنجاييکه شروع احتراق در اين موتورها بدون حضور شمع و بصورت خود بخودي صورت مي پذيرد، همچنين نسبت استوکيومتريک در اين موتورها کمتر 0.5 بوده و باعث فرايند misfiring (خفگي احتراق) مي شود، کنترل اين موتور را امري مشکل مي سازد. شايان ذکر است که نسبت استوکيومتريک عبارت است از نسبت سوخت به هواي واقعي به نسبت سوخت به هواي تئوري که براي موتورهاي بنزيني در حدود 1 مي باشد. در زمينه اين موتورها تحقيقات فراواني در نقاط مختلف دنيا صورت مي گيرد که عمده آنها در ژاپن متمرکز است و جدول زير خلاصه اين فعاليتها را بصورت آماري نشان مي دهد:

كاربرد نيمه هادي ها در كنترل سرعت موتورهاي القائي در اين مقاله كاربر نيمه هادي هاي قدرت در سيستمهاي كنترل سرعت از نوع ايستا يا استاتيكي هستند . بايد دانست كه تركيب سيستمهاي الكترونيك قدرت (مانند كنترل كننده هاي ولتاژ ) و متوتورهاي الكتريكي همراه با مكانيسم كنترل آنها را محركهاي تنظيم پذير سرعت مي نامند كه ما به اختصار آنرا ASD مي ناميم . در حقيقت اين محرك ها قابل تنظيم بوده و براي كنترل سرعت يا كنترل دور موتورهاي الكتريكي مورد استفاده قرار مي گيرند . (Adjustable Speed Drive) محركهاي تنظيم پذير سرعت (ASD) براي كنترل سرعت موتورهاي القائي از نقطه نظر كاربرد به سه دسته تقسيم مي شوند: 1- ASD از نوع ولتاژ متغيير و فركانس ثابت كنترل در اينگونه سيستمها دامنه ولتاژ اعمالي به استاتور كنترل مي شود . براي اين مقصود از كننده ولتاژ در سر راه موتور استفاده شده است . اين نوع محرك ها در سطوح قدرت متوسط و پايين مورد استفاده قرار مي گيرند . براي مثال مي توان از بادبزن هاي نسبتاً بزرگ يا پمپ ها نام برد . در اين روش ولتاژ استاتور را مي توان بين صفر و ولتاژ اسمي در محدوده زاويه آتش بين صفر تا 120 درجه تنظيم و كنترل نمود . اين سيستم بسيار ساده بوده و براي موتورهاي القائي قفس سنجابي كلاس D با لغزش نسبتاً بالا( 10 تا 15 درصد ) مقرون به صرفه است . عملكرد اين محركها زياد جالب توجه نيست . 2- ASD از نوع ولتاژ و فركانس متغيير اگر منبع تغذيه استاتور از نوع فركانس متغيير انتخاب شود ، عملكرد محرك هاي تنظيم پذير سرعت (ASD) بهبود مي يابد . بايد دانست كه شار در فاصله هوايي متورهاي القائي با ولتاژ اعمالي به استاتور متناسب بوده وبا فركانس منبع تغذيه نسبت عكس دارد . بنابراين اگر فركانس را كم كنيم تا كنترل سرعت در زير سرعت سنكرون امكان پذير گردد و ولتاژ را معادل ولتاژ اسمي ثابت نگه داريم ، در اين صورت شار فاصله هوايي زياد مي شود . براي جلوگيري از بوقوع پيوستن اشباع بخاطر افزايش شار ، ASD از نوع فركانس متغيير بايد از نوع ولتاژ متغيير نيز باشد تا بتوان شار فاصله هوايي را در حد قابل قبولي نگه داشت ، معمولا به اين سيستم كنترل ، سيستم كنترل V/F ثابت نيز گفته مي شود . يعني اگر فركانس را كم كرديم بايد ولتاژ را طوري كم كنيم كه شار در فاصله هوايي در حد اسمي خود باقي بماند . از اين سيستم براي كنترل سرعت موتورهاي قفس سنجابي كلاسهاي A، B ،C، D استفاده مي شود . 3-ASD كه بر اساس بازيافت توان لغزشي كار مي كند در اين سيستمها با استفاده از مدارهاي نيمه هادي قدرت كه به پايانه رتور وصل مي شوند ، بازيافت توان( يا توان برگشتي) در فركانس لغزشي به خط تغذيه موتور منتقل مي گردد . بايد دانست فركانس لغزشي از حاصلضرب فركانس منبع و لغزش موتور بدست مي آيد. بطور كلي در اين طرح بر روي مدار رتور كنترل خواهيم داشت . در اينجا متذكر مي شويم كه ASD از نوع فركانس متغيير بر دو نوع است : الف : طرح هاي حاوي ارتباط DC (جريان مستقيم) ب : سيكلو كنورتورها در طرح هاي حاوي ارتباط DC منبع تغذيه AC توسط يكسوساز ، يكسو شده و سپس توسط اينورتر مجدداً به منبع AC دست مي يابيم . اينورتر ها بر دو نوع اند : 1= اينورترهاي تغذيه ولتاژ (اينورترهاي ولتاژ ) 2= اينورترهاي تغذيه جريان ( اينورترهاي جريان ) در اينورترهاي ولتاژ ، متغيير تحت كنترل همان ولتاژ و فركانس اعمالي به استاتور است . در اينورترهاي جريان بر دامنه جريان وفركانس استاتور كنترل داريم . اينورترهاي ولتاژ بر دو نوع اند : 1=اينورترهاي با موج مربعي 2= اينورترهاي با مدولاسيون عرض يا پهناي پالس (PWM) . 1- تركيب اساسي مبدلها سرعت يك موتور القائي توسط سرعت سنكرون ولغزش رتور تعيين مي گردد . سرعت سنكرون بستگي به فركانس تغذيه دارد و لغزش را مي توان با تنظيم ولتاژ و جريان اعمالي به موتور تغيير داد . به طور كلي روشهاي كنترل دور موتورهاي القائي را مي توان بصورت زير تقسيم بندي نمود : 1- ولتاژ متغيير ، فركانس ثابت 2- ولتاژ وفركانس متغيير 3- جريان و فركانس متغيير 4- تنظيم قدرت لغزشي به منظور ايجاد ولتاژ و فركانس متغيير مطابق شكل (1-a) از مبدلهاي ولتاژ استفاده مي گردد كه توسط يك منبع ولتاژ dc توليد شكل موج مستطيلي ولتاژ در سمت ac مي نمايند كه دامنه آن مستقل از بار بوده و به همين دليل اينورتر هاي منبع ولتاژ نام دارند . براي ايجاد جريان وفركانس متغيير مطابق شكل (1-b) از مبدلهاي جريان استفاده مي گردد كه توسط يك منبع جريان dc توليد شكل موج مستطيلي جريان در سمت ac مي نمايند ، كه دامنه آن مستقل از بار بوده و بنابراين اينورترهاي منبع جريان نام دارند . منبع جريان كنترل شده در ورودي اينورتر توسط يكسو ساز تريستوري ايجاد مي گردد كه با كنترل جريان توسط حلقه فيدبك جريان وسلف بزرگ صافي در خروجي آن ويژگيهاي يك منبع جريان را پيدا مي كند . مبدل موجود در سمت موتور جريان مستقيم را تبديل به جريان سه فاز با فركانس قابل تنظيم مي نمايد . سلف بزرگ موجود در حلقه dc سبب صاف نمودن جريان مي گردد . سيستم رانش اينورتر منبع جريان مناسب براي عملكرد در حالت تك موتوره مي باشد و داراي قابليت بازگشت انرژي به شبكه ac ميباشد . جريان اينورتر توسط حلقه فيدبك جريان كنترل شده و اضافه جريانهاي گذرا توسط تنظيم كننده جريان و سلف صافي حذف مي گردند و بدين وسيله مجموعه داراي قابليت استحكام و اطمينان مناسب براي كاربردهاي صنعتي مي گردد سلف بزرگ سري صافي نرخ افزايش جريان خطا را در هنگام كموتاسيون نا موفق در اينورتر و يا اتصال كوتاه در ترمينالهاي خروجي محدود مي نمايد با حذف سيگنالهاي فرمان گيت تريستورهاي يكسو ساز مي توان بدون از بين رفتن فيوزها و آسيب رسيدن به اينورتر ، تنها با از دست دادن لحظه اي گشتاور خطا را از بين برد . 2- مدار قدرت اينورتر منبع جريان به منظور ايجاد منبع جريان متغيير dc سيگنال بيانگر جريان تنظيم شده با جريان واقعي مقايسه شده ، خطاي حاصل تقويت و برا ي كنترل زاويه آتش تريستورهاي يكسو ساز استفاده مي گردد تا جريان مورد نياز در خروجي ايجاد گردد . شكل (2-a) اينورتر پل سه فاز ASCI را نشان مي دهد كه يك موتور القائي با اتصال ستاره را تغذيه مي نمايد . تريستورهاي TH1 الي TH6 به ترتيب روشن شدن شماره گذاري شده اند و هر يك به اندازه يك سوم پريود خروجي هدايت ميكنند . روشن نمودن يك تريستور سبب قطع تريستور هادي فاز مجاور مي گردد . دو بانك خازي كه بصورت مثلث ، متصل مي باشند انرژي مورد نياز براي كموتاسيون ذخيره كرده و ديودهاي D1 الي D6 خازنها را از بار ايزوله مي نمايند . ترتيب هدايت تريستورهاي اينورتر به گونه اي است كه جريانهاي DC تنظيم شده از دو تريستور يكي متصل به خط مثبت وديگري متصل به خط منفي تغذيه عبور مي نمايد . در هر نيم سيكل به مدت 60o هر دو تريستور واقع بر يك بازو قطع بوده بنابراين جريان خط برابر صفر مي باشد . مزيت عمده اينورتر منبع جريان سادگي مدار لازم براي كموتاسيون تريستورها مي باشد . مدار كموتاسيون تنها شامل خازنها و ديودها بوده و به دليل حذف سلفهاي كموتاسيون ، فركانس عملكرد افزايش يافته نويز صوتي كاهش مي يابد . خازن كموتاسيون به گونه اي طراحي مي شود كه ولتاژ معكوس اعمالي بر تريستور ها محدود گردد تا باعث ايجاد زمان خاموشي لازم گردد. به همين دليل زمان خاموشي در دسترس به اندازه كافي زياد مي باشد تا بتوان از تريستور هاي غير سريع يكسوسازي استفاده نمود، كه اين امر اينورتر منبع جريان را در قدرت هاي متوسط به بالا بسيار اقتصادي مي سازد . سيكل كموتاسيون را مي توان به چهار پريود زماني تقسيم نمود: شكل (2-a) شرايط اينورتر را قبل از آتش شدن TH1در فاصله زماني 1 نشان مي دهد .فرض براين است كه TH1 و TH2 هادي بوده و مطابق شكل جريان خروجي يكسوساز كنترل شده از طريق TH1،D1، فاز A موتور ، فازC موتور ، D2 ، TH2 ، جاري مي گردد . خازن هاي C1 ،C3 ،C5 به ترتيب به اندازه V0، 0 ، -V0شارژ شده اند در فاصله زماني2 با آتش شدن TH3 ، TH1 توسط C1 در باياس معكوس قرار گرفته و خاموش مي گردد .جريان مطابق شكل (2-b) در مسير TH3، بانك خازني متشكل از C1 موازي با تركيب سري C3 ،C5 و D1 جاري ميگردد و به صورت خطي بانك خازني راشارژ مي نمايد . TH1 تا زماني كه ولتاژ خازن C1تغيير پلاريته دهد در باياس معكوس قرار دارد. ديود D3نيز در باياس معكوس بوده و جريانهاي فاز موتور داراي مقادير مشابه حالت قبل مي باشد . در فاصله زماني 3 با هدايت ديود D3 مسير جريان مطابق شكل(2-c) مي باشد. جريان مدار LC منتجه ، جريان فاز A را به صفر كشانده و جريان فاز B را از صفر به Id افزايش مي دهد ، سپس D1 قطع شده و سيكل كموتاسيون تكميل مي گردد . در فاصله زماني 4 جريان منبع از طريق تريستور هاي TH2 و TH3 مطابق شكل (2-d) فازهاي B و C متور را تغذيه مي نمايد . اين شرايط تا لحظه فرمان TH4 به منظور انجام كموتاسيون بعدي حفظ مي گردد . به دليل اينكه D3 تنها ديد هادي در نيمه بالا مي باشد خازن هاي بالايي تاكموتاسيون بعدي ولتاژ خود را ثابت نگه مي دارند . شكل (3) شكل موج ولتاژ خازن كموتاسيون C1 را همزمان با ولتاژ دو سر تريستور نمايش مي دهد. هنگامي كه اينورتر منبع جريان يك بار الكتريكي را تغذيه مي نمايد ، شكل موج ولتاژ توسط پاسخ بار به جريان اعمالي تعيين مي گردد . رابطه ولتاژ- جريان يك سلف به صورت V=L di / dt بوده كه در آن di/dt نرخ تغييرات جريان مي باشد . بنابراين شكل موجهاي ايده ال جريان در عمل انكار پذير نيستند زيرا تغيير پله اي لحظه اي جريان سبب ايجاد پرش ولتاژ با دامنه نا محدود خواهد گرديد . در مدارات عملي نرخ تغييرات جريان براي محدود نمودن حداكثر ولتاژ در حد تحمل تريستورها محدود مي گردد . مدت زمان كموتاسيون كه در طول آن جريان بار از يك فاز به فاز ديگر منتقل مي گردد بايستي به حد كافي طولاني باشد تا نرخ تغييرات جريان در حد قابل قبولي كاهش يابد اين محدوديت در مورد اينورترهاي منبع ولتاژ مطرح نمي گردد چرا كه در اين مورد ديودهاي فيدبك مسيري را براي جريان بار القائي ايجاد مي نمايند كه باعث شارژ خازن حلقه dc گشته ، از قطع ناگهاني جريان بار جلوگيري كرده و ولتاژ خروجي اينورتر را محدود مي نمايند . اما در مورد اينورتر منبع جريان به دليل عدم وجود ديودهاي فيدبك ، مسيري براي جريان معكوس وجود نداشته و مدت زمان كموتاسيون را مي توان به قيمت افزايش ضربه هاي ولتاژ اعمالي بر ادوات نيمه هادي قدرت اينورتر كاهش داد . شكل (4) شكل موج جريان خط و شكل (5) شكل موج ولتاژ خط را براي مدار طراحي شده نشان مي دهد . در مورد موتورهاي القائي ، شكل موج ولتاژ توسط امپدانس معادل بازاء مؤلفه هاي اصلي و هارمونيهاي جريان خروجي اينورتر تعيين ميگردد مطابق شكل (6) ،جريان مستطيل شكل خط از امپدانس استاتور عبور كرده و بين شاخه مغناطيس كننده وشاخه رتور مدار معادل تقسيم مي گردد . امپدانس بالاي شاخه مغناطيس كننده از عبور مؤلفه هاي هارمونيكي جريان خط جلوگيري كرده در نتيجه جريان مغناطيس كننده داراي شكل موج سينوسي با فركانس اصلي خواهد بود . با صرفنظر از اعوجاج كم توليد شده توسط امپدانس Zs ولتاژ ترمينال موتور به صورت سينوسي بههمراه پرشهاي ولتاژي مي باشد كه در ابتدا و انتهاي شكل موج جريان بر روي آن سوار مي گردند . تريستورها و ديودهاي اينورتر بايستي در برابر اين پرش هاي ناگهاني ولتاژ حفاظت شوند . دامنه جريان توسط يكسوساز كنترل شده تعيين و ولتاژ متوسط ورودي اينورتر با ميزان توان مورد نياز موتور تغيير مي كند بگونه اي كه با صرفنظر از تلفات ،توان ورودي اينورتر با توان خروجي آن برابر است . در حالت بي باري موتور حلقه dc تقريباً صفر بوده در حال كه در بار كامل ولتاژ حلقه dc داراي حداكثر مقدار خواهد بود ، بر خلاف اينورتر منبع ولتاژ ورودي ثابت بوده و جريان حلقه dc تابعي از توان مورد نياز موتور مي باشد . به منظور ايجاد ترمز مولدي وبه دليل ثابت بودن جهت جريان مطابق شكل (7) تعويض علامت توان با معكوس نمودن علامت ولتاژ متوسط حلقه dc امكان پذير است . در اين حالت زاويه آتش مبدل كنترل شده بيشتر از90o بوده و مبدل به صورت اينورتر انرژي را به شبكه باز مي گرداند . براي تعويض جهت چرخش موتور مي توان بصورت الكترونيكي توالي زماني اعمال فرمان به گيت تريستورهاي اينورتر را معكوس نموده وبدين ترتيب امكان عملكرد چهار ناحيه اي را مطابق شكل (8) براي سيستم رانش اينورتر منبع جريان ايجاد نمود . مشخصات موتوري كه با جريان ثابت تغذيه مي شود با موتور مشابهي كه با ولتاژ ثابت تغذيه مي شود تفاوتهاي بسياري دارند .شكل (9) منحنيهاي گشتاور – سرعت را در جريانهاي مختلف اما با فركانس ثابت نشان مي دهد . اگر موتور را با جريان نامي (Id=1pu) تغذيه نمائيم ، گشتاور راه اندازي حاصل در مقايسه با موتور تغذيه شده با ولتاژ ثابت بسيار پائين خواهد بود ، زيرا فلوي فاصله هوايي بخاطر امپدانس كم ماشين كم خواهد بود . با افزايش سرعت ماشين ، ولتاژ موتور به خاطر افزايش امپدانس موتور افزايش مي يابد و در نتيجه گشتاور بخاطر افزايش فلوي فاصله هوايي افزايش مي يابد . اگر از اشباع موتور صرفنظر نماييم ، گشتاور به مقدار بالاي نشان داده شده توسط خطوط نقطه چين افزايش مي يابد و سپس با شيب تندي و با سرعت سنكرون به صفر نزول مي كند . اما در عمل اشباع موتور گشتاور توليد شده را محدود مي كند . در شكل منحني گشتاور در شرايط ولتاژ نامي نيز نشان داده شده است ، كه در آن قسمت با شيب منفي را مي توان داراي عملكرد پايدار با فلوي فاصله هوايي نامي دانست . اين منحني ، منحني Id=1pu را در نقطه ي A قطع مي كند . همانطور كه از شكل مشخص است موتور را مي توان در نقاط A يا B با گشتاور يكسان به فعاليت وا داشت . در نقطه B ، جريان رتور كمتر است اما فلوي فاصله ي هوايي مقدار ي بيشتر است وكمي در ناحيه ي اشباع هستيم و در نتيجه تلفات آهني وتلفات ناشي از پالسي شدن گشتاور افزايش مي يابد . مي توان گفت تلفات مسي استاتور در نقاط A وb يكسان است ، با وجود اينكه تلفات مسي در نقطه ي A كمي بيشتر است . از آنجائيكه نقطه ي A مربوط به عملكرد يك اينورتر منبع ولتاژ در جريان وفلوي فاصله هوايي نامي مي باشد ، عملكرد در نقطه A ترجيح داده مي شود . اما از آنجائيكه A روي قسمت ناپايدار منحني يعني شيب مثبت قرار دارد ، نمي توان موتور را بصورت حلقه باز كنترل نمود و حتماً بايستي فيدبك برقرار بوده و كنترل حلقه بسته باشد . گشتاور بازاء فلوي نامي را مي توان با تغيير جريان و لغزش تغيير داد و اين تغييرات بايد بگونه اي باشد كه همواره روي قسمت شيب منفي منحني معادل گشتاور مربوط به ولتاژ نامي باشد. نقاط كار مختلف روي منحني هاي گشتاور- سرعت را ، كه ممكن است در ناحيه گشتاور ثابت يا قدرت ثابت قرار گيرند ، مي توان توسط يك تغذيه با جريان فركانس متغيير ايجاد نمود. 4- مدار كنترل فاز رتور از شكل (6) مي توان جريان مغناطيس كننده را بر حسب جريان خط بدست آورد: (1) A بدليل وجود منبع جريان، Ia ثابت بوده و اگر فركانس لغزش ، Wr ، را ثابت نگه داريم ، Ima نيز ثابت باقي مي ماند اگر مقدار Ima مشخص باشد ، مقدار Wr را مي توان بازاءجريان Ia بدست آورد . اما اگر بخواهيم Ima راثابت نگه داريم در حاليكه تغييرات Ia ناشي از تغيير بار روي موتور موجود باشد ، بايستي Wr را نيز تغيير دهيم و اگر بخواهيم Ima بازاءتمام بارها و سرعتها ثابت باقي بماند، Wr را بايد بصورت تابعي از Ia كنترل نماييم كه اين موضوع سيستم كنترل را بسيار پيچيده مي سازد . راه حل ديگر اين است كه Wr را ثابت نگه داشته كه در اين صورت Ima متغيير بوده و موتور بازاء جريانهاي كمتر از نامي در حالت تضعيف ميدان و بازاء جريانهاي بالاتر از نامي در مدت زمان بسيار كم در حالت اشباع عمل خواهد نمود . بنابراين به نظر مي رسد كه بهتر است Wr براي جريان خط ، Ia ، بيش از مقدار نامي در نظر گرفته شود كه اين مقدار اضافي بايستي توسط طراح با توجه به بررسي منحني اشباع موتور تعيين گردد . شكل (10) بلوك دياگرام سيستم طراحي شده به منظور كنترل فركانس رتور را نشان مي دهد . rΩ فركانس انتخابي رتور و mΩ سرعت مطلوب موتور مي باشد . خروجي مولد نقطه تنظيم جريان"current setpoint generator " سيگنال KTR IREF مي باشد كه در آن KTR تابع تبديل مبدل جريان ورودي اينورتر است . اين سيگنال بازاء ورودي صفر داراي يك حداقل و بازاء وروديهاي مثبت و منفي داراي مقدار مثبتي است . ابتدا ماشين در حال سكون رض مي شود . با روشن نمودن تغذيه در حاليكه سيگنال فرمانm=0Ω مي باشد ، سيگنال rΩ به مدار اعمال مي گردد . خروجي بلوك تعيين كننده علامت +1 است وضرب كننده M1 سيگنال مثبت rΩKT را به ورودي جمع كننده فركانس اعمال مي نمايد . از آنجائيكه Wm برابر صفر است ، سيگنال rΩKT به مدار لاجيك اينورتر اعمال مي گردد ، كه سيگنال گيت تريستورهاي اينورتر را در فركانس rΩ = Wsتوليد مي نمايد . ورودي بلوك مولد نقطه تنظيم جريان صفر است وبنابراين خروجي آن جريان مورد نياز موتور در حال سكون با فركانس rΩ = Ws، را ايجاد مي نمايد . خروجي جمع كننده جريان IS) - KTR( IREFبوده و ضريب كننده M2 آنرا با علامت مثبت به مدار لاجيك يكسوساز اعمال مي نمايد و در نتيجه زاويه آتش α از90o كمتر شده ، ولتاژ كم خروجي منتجه جريان ورودي اينورتر ، Is ، را مي سازد كه متناسب با جريان خط موتور در حال سكون مي باشد)rΩ =. (Ws با اعمال فرمان سرعت mΩ ، بلوك مولد شيب (Ramp Generator) اين سيگنال را با سرعت افزايش مشخص به ورودي جمع كننده سرعت اعمال مي نمايد . خروجي تعيين كننده علامت در حالت +1 باقي مانده ، خروجي مولد نقطه تنظيم افزايش مي يابد و زاويه آتش α مجدداً به ميزان بيشتري از 90o كاهش مي يابد تا ولتاژ خروجي يكسوساز افزايش يابد . در نتيجه جريان موتور افزايش يافته ، موتور شتاب گرفته به سرعت mΩ = Wm مي رسد . سيستم در اين حالت در حالت ماندگار فعاليت مي نمايد . به منظور كاهش سرعت با كاهش مقدار mΩ خروجي بلوك مولد شيب كاهش يافته ، ورودي مولد نقطه تنظيم جريان به سمت صفر حركت مي كند . سيگنال KTR IREFبه مقدار حداقل خودرسيده و مجدداً افزايش مي يابد . بدليل منفي بودن سيگنال خطاي سرعت)Wm- mΩ(KT خروجي يكسوساز تغيير علامت مي دهد . در همين زمان ورودي مدار لاجيك اينورتر تبديل به KT[(P/2) Wm-Ωr] مي گردد ، وبنابراين Ws كاهش مي يابد . در نتيجه ماشين در حالت مولدي قرار گرفته و از سرعت آن كاسته مي شود واين عمل تا عملكرد ماندگار mΩ= Wm ادامه مي يابد . شكل (11) نحوه رفتار سيستم در هنگام افزايش تاگهاني بار را نشان مي دهد . تغييرات خطاي دور بسيار نا چيز بوده و به سرعت به حالت ماندگار رسيده است . جريان مرجع Iref نيز با رفتار مشابهي در حالت ماندگار به مقدار بيشتري رسيده تا بتواند با بار اضافي ايجاد شده ، همان سرعت قبلي را ايجاد نمايد . شكل (12) عملكرد سيستم را در كاهش ناگهاني بار نشان مي دهد كه سبب كاهش مقدارIrefو چرخش ناگهاني با سرعت قبلي در حالت ماندگار مي گردد . شكل (13) بلوك دياگرام مدار كنترل يكسوساز جهت ساخت سيگنال فرمان گيت يكي از تريستورهاي يكسوساز را نشان مي دهد . نمونه ولتاژ خط به بلوك آشكارساز عبور از صفر اعمال شده و نقاط عبور از صفر ولتاژ شبكه آشكار شده و مولد موج دندانه اره اي معكوس را سنكرون با ولتاژشبكه مي نمايد كه ولتاژ كنترل Uc مقايسه شده و در خروجي شكل موج مربعي با پهناي برابر زمان هدايت تريستور را ايجاد مي نمايد و پس از تكيب با قطار پالس فركانس بالا به بلوك تقويت كننده اعمال شده و پس از ايزولاسيون توسط ترانس هسته فريت به گيت – كاتد تريستور اعمال مي گردد. شكل (14) ، پالس هاي اعمالي به گيت تريستور هاي TH1 و TH4 واقع در يك فاز به همراه قطار پالس فركانس بالا را نشان مي دهد . شكل (15) ، بلوك دياگرام مدار فرمان اينورتر سه فاز پل ASCI را نشان مي دهد. مطابق شكل ولتاژ كنترل ورودي Vf به بلوك اسيلاتور كنترل شونده با ولتاژ اعمال مي گردد ودر خروجي آن شكل موج مربعي با فركانس شش برابر فركانس اينورتر ايجاد مي نمايد . شمارنده حلقوي اين فركانس را بر شش تقسيم كرده وبه تركيب دو به دو خروجي هاي شمارنده حلقوي شكل موج هاي مورد نياز براي اعمال به گيت تريستورهاي اينورتر مطابق شكل (16) به دست مي آيند. براي تعويض جهت چرخش ، با تركيب چند گيت منطقي ترتيب اعمال پالس هاي فرمان تريستور هاي (TH6 ,TH1) و (TH5 , TH3) با يكديگر تعويض مي گردد پس از اين مرحله مشابه مدار يكسوساز مدار تركيب با قطار پالس فركانس بالا ، تقويت و ايزولاسيون را داريم .