فصل 1 – مقدمه
یک موتورالکتریکی، الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته است توسط ژنراتور انجام می شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند .اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترو مغناطیس کار می کنند، اما موتورهایی که براساس پدیده های دیگری نظیر نیروی الکتروستاتیک و اثر بیزوالکتریک کاری کنند هم وجود دارند.
ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، نیرویی برآن ماده از سوی میدان اعمال می شود. دریک موتور استوانه ای، روتور به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله ای معین از محور روتور به روتور اعمال می شود می گردد.
اغلب موتورهای الکتریکی دوارند، اما موتور خطی مهم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک روتور و بخش ثابت استاتور خوانده می شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده است.
انواع موتورهای الکتریکی عبارتند از:
1- موتورهایDC
2- موتورهایAC
3- موتورهای پله ای
4- موتورهای خطی
موتورهای AC شامل موتورهای AC تک فاز و موتورهای AC سه فاز می شوند.
موتورهای AC تک فاز:
معمولترین موتور AC تک فاز موتور سنکرون قطب چاکدار است که اغلب در دستگاه هایی به کار می رود که گشتاور پایین نیاز دارند نظیر پنکه های برقی، اجاق های ماکروویو ودیگر لوازم خانگی کوچک، نوع دیگر موتور AC تک فاز موتورالقایی است که اغلب در لوازم بزرگ نظیر ماشین لباسشویی و خشک کن لباس به کار می رود.
موتورهای AC سه فاز:
برای کاربردهای نیازمند به توان های بالاتر ،از موتورهای القایی سه فاز AC (یا چند فاز) استفاده می شود. این موتورها از اختلاف فاز موجود بین فازهای تغذیه چند فاز الکتریکی برای ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی دوار درونشان استفاده می کنند.اغلب روتور شامل تعدادی هادی های مسی است ، که در فولاد قرار داده شده اند. از طریق القای الکترو مغناطیسی میدان مغناطیسی دوار در این هادی هاالقای جریان می کند، که در نتیجه منجر به ایجاد یک میدان مغناطیسی متعادل کننده شده وموجب می شود که موتور در جهت گردش میدان به حرکت در آید. این نوع از موتور با نام موتور القایی معروف است. ماشین های القائی سه فاز ، ماشین هایی با سرعت آسنکردن هستند که در حالت موتوری زیرسرعت سنکرون ودر حالت ژنراتوری بالای سرعت سنکرون کار می کنند. این ماشین ها که مستحکم بوده و به نگهداری کمی نیاز دارند در مقایسه با ماشین های سنکرون و DC در اندازه ای مشابه ، ارزان تر می باشند و در محدوده چند وات تا 1000HP ساخته شده و به کار گرفته می شوند. همچنین در مواردی نظیر قابلیت اطمینان بالاتر، وزن،حجم وانریسی کمتر، راندمان بیشتر، قابلیت عملکرد در محیط های باگرد و غبار و در محیط های قابل انفجار نسبت به موتورهای DC برتر هستند.
مشکل اصلی موتورهای dc وجود کموتاتور و جاروبک است، که نگهداری زیاد و پرهزینه و نامناسب بودن عملکرد موتور در محیط های باگرد وغبار بالا و قابل انفجار را بدنبال دارد با توجه به مزایای فوق در تمامی کاربردها موتورهای القایی بطور وسیع بر سایر موتورهای الکتریکی ترجیح داده می شوند با این حال تا چندی پیش از موتورهای القایی فقط در کاربردهای سرعت ثابت استفاده شده است و در کاربردهای سرعت متغیر موتورهای DC ترجیح داده شده اند این امر ناشی از آنست که روش های مرسوم در کنترل سرعت موتورهای القایی هم غیراقتصادی وهم دارای راندمان کم بوده است. اما با بهبود در قابلیت ها و کاهش در هزینه تریستورها و اخیراً در تراتریستورهای قدرت و GTO ها ( که در کنترل سرعت این موتورها استفاده می شوند) امکان ساخت محرکه های سرعت متغیر با استفاده از موتورهای القایی بوجود آمده است که در برخی موارد حتی از نظر هزینه و عملکرد با موتور dc نیز پیشی گرفته اند در واقع چرخ صنایع امروز را این ماشین ها می گردانند هرچند که سرعت آنها به آسانی سرعتDC قابل کنترل نبوده و جریان راه اندازی زیادی که تقریباً 6 تا 8 برابر جریان بار کامل آنهاست نیاز دارند. در ضمن این موتورها وقتی با بارکم کار می کنند ، ضریب قدرت پایین دارند.سرعت موتورAC در ابتدا به فرکانس تغذیه بستگی دارد ومقدار لغزش، یا اختلاف در سرعت چرخش بین روتور و میدان استاتور، گشتاور تولیدی موتور را تعیین می کند تغییر سرعت دراین نوع از موتورها را می توان با داشتن دسته سیم پیچی ها یا قطب هایی در موتور که با روشن و خاموش کرد نشان سرعت میدان دوار مغناطیسی تغییر می کند ممکن ساخت. به هر حال با پیشرفت الکترونیک قدرت می توانیم با تغییردادن فرکانس منبع تغذیه ، کنترل یکنواخت تری بر روی سرعت موتورها داشته باشیم . به طور کلی روشهای مرسوم کنترل سرعت موتور AC(القائی) به صورت زیر است:
1- کنترل با منبع ولتاژ متغیر فرکانس ثابت
2- کنترل با منبع ولتاژ فرکانس متغیر
3- کنترل مقاومت رتور
4- کنترل از روش تزریق ولتاژ در مدار رتور
در این جا ما فقط به کنترل سرعت موتور AC سه فاز(القایی) از طریق کنترل ولت بر هرتز (روش دوم) می پردازیم.
فصل 2 : مقدمه ای بر سیمولینک
2-1سیمولینک چیست؟
سیمولینک یکی از ابزارهای گسترش یافته Matlab است که امکان ایجاد سریع و دقیق مدل کامپیوتری سیستم های دینامیکی با استفاده از نماد نمودار بلوکی را برای مهندسان فراهم می کند. سیستم های غیرخطی پیچیده را می توان با سیمولینک به سادگی مدل نمود. مدل سیمولینک می تواند شامل اجزا پیوسته و گسسته باشد. به علاوه ، مدل سیمولینک قادر به ایجاد انیمیشن گرافیکی است که میزان پیشرفت شبیه سازی را به صورت بصری نمایش داده و فهم رفتار سیستم را به میزان چشمگیری بهبود می بخشد.
به طور خلاصه قدم هایی که برای استفاده از سیمولینک برداشته می شود شامل یافتن یک مدل یا نمایش ریاضی همراه پارامترهای سیستم مورد نظر، انتخاب روش مناسب انتگرال گیری و درآخر تبیین شرایط اجرای شبیه سازی نظیر شرایط اولیه و زمان اجرا می باشد مدل سازی در سیمولینک یا استفاده از رابطه های گرافیکی و کتابخانه الگوها یا بلوک های توابعی که عموماً در تشریح خصوصیات ریاضی سیستم های دینامیکی کاربرد دارند، تسهیل شده است.