روش بهبود یافته کنترل ترمز برای هدایت مغناطیسی TMP همراه با پاسخ گذرای سریع
چکیده
در کاربرد خلاء مبتنی بر پمپ مولکولی توربو (TMP)، روتور پمپ می بایست به طور کامل متوقف شود تا از تاثیر هوا بر تیغه پیش از این که هوا در محفظ خلاء محبوس شود، جلوگیری کند. با این حال، به دلیل محیط خلاء و سرعت بالا، فرآیند ترمزگیری TMP طولانی تر از ترمزگیری سرعت بالای ماشین آلات در هوا زمان می برد. به ویژه، یاتاقان های مغناطیسی که به طور گسترده در TMP مورد استفاده قرار گرفته اند، مقاومت تحمل اصطکاک را از بین می برند. در این مورد، در این مورد، روش متداول ترمز الکتریکی براساس تصحیح غیرقابل کنترل نمی تواند روتور را به طور موثر متوقف کند. بنابراین، یک روش جدید کنترل ترمز برای TMP هدایت شده به صورت مغناطیسی همراه با گذر سریع پیشنهاد داده شده است. هنگامی که TMP با سرعت بالا کار می کند، همانند روش سنتی ترمزگیری عمل می کند اما با وجود کنترل حلقه بسته حرارتی امکان پیشگیری از گرمای بیش از حد استاتور با حداکثر جریان وجود دارد. در عین حال، در محدوده سرعت کم، سوئیچ های توان اینورتر (معکوس کننده) به طور ویژه برای افزایش ولتاژ باس DC کنترل می شوند. بنابراین، جریان ترمزگیری می تواند در سطح بالایی برای کاهش زمان ترمزگیری قرار بگیرد. در نهایت، روش پیشنهادی ترمزگیری براساس یک TMP هدایت شده به صورت مغناطیسی با سرعت 4100 L/s تایید شده است.
1. مقدمه
پمپ توربو- مولکولی (TMP) هدایت شده به صورت مغناطیسی که با یک موتور مغناطیس دائم (PM) سرعت بالا تجهیز شده است دارای مزیت هایی نسبت به پمپ مولکولی- توربو معمولی است که نمونه آن نسبت توان به اندازه، عدم اصطکاک، عدم نیاز به روغن و کنترل فعال لرزش است که عملکرد را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. علاوه بر این، با وجود تحمل مغناطیسی فعال، TMP می تواند در هر جهتی به صورت منعطف نصب شود. بنابراین، به طور گسترده در کاربردهای به شدت خلاء مورد استفاده قرار گرفته است [1-6]. کنترل معمولی TMP شامل دو جنبه پایه ای است: راه اندازی و ترمز. اولا، روتور TMP می بایست توسط یک موتور سرعت بالا تا سرعت کاری نامی راه اندازی شود. به منظور کاهش زمان استارت تا اندازه ممکن، موتور توسط حداکثر جریان اش برای شتاب گیری کنترل می شود. مطابق با شکل جریان های راه اندازی، روش های کنترل به صورت جریان های سینوسی و جریان های مربعی دسته بندی می شود که به طور گسترده در چند سال اخیر مورد مطالعه قرار گرفته است [7-11]. به دلیل مقاومت هوا و مقاوت تحمل اصطکاک، فرآیند ترمزگیری یک موتور PM معمولی سرعت بالا به سادگی با خاموش کردن قطعات الکترونیک قدرت اینورتر انجام می شود. با این حال، در محیط با خلاء زیاد، این روش ممکن است در نبود هوا نامعتبر باشد. علاوه بر این، روش های ترمزگیری مکانیکی همانند ترمز دیسکی نیز می توانند به دلیل روتور TMP سرعت بالا و محیط خلاء غیر عملیاتی باشند. بنابراین، تنها روش ترمز الکتریکی امکان پذیر است. روش های ترمزگیری بازسازی کننده موتورهای PM به طور گسترده در خودروهای الکتریکی (EV) برای شارژ مجدد باتری های شیمیایی با مبدل اضافی DC/DC به کار گرفته شده است [12-14]. در مرجع [15]، J.W.Dixon و همکاران سیستم بازسازی کننده جدیدی را براساس یک خازن بزرگ و مبدل DC/DC پیشنهاد دادند. به منظور بهبود ضریب انرژی بازسازی کننده، J.Moreno و همکاران مدیریت انرژی را توسط الکوریتم شبکه های عصبی توسعه دادند [16]. M. Marchesoni و C.Vaccas ضریب سیستم ذخیره سازی انرژی در خودروهای الکتریکی هیبریدی دارای سلول سوختی را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. همچنین قرارداد انرژی بازسازی کننده نیز برمبنای یک مبدل DC/DC دو طرفه قرار دارد [17].
Abstract
In the vacuum application based on the turbo-molecular pump (TMP), the pump rotor has to be stopped completely to prevent the blade from the air impact before trapping air 14 into the vacuum chamber. However, due to the vacuum environment and high speed, 15 the TMP braking process lasts much longer than that of the high-speed rotating 16 machinery in the air. Particularly, the active magnetic bearings, which have been widely 17 used in the TMP, eliminate the bearing friction resistance. In this case, the traditional 18 electric braking method based on a non-controllable rectification cannot stop the rotor 19 efficiently. Hence, a novel braking control method for the magnetically levitated TMP 20 with a fast transient is proposed. When the TMP runs at high speed, it works like the 21 traditional braking method, but with a temperature close-loop control, which is used to 22 prevent the stator from overheat with the maximum current. Meanwhile, in the low 23 speed range, the power switches of the inverter are controlled specifically to increase 24 the DC-bus voltage. Thererfore, the barking current could be remained at a high level to reduce the braking time. At last, the proposed braking method is verified on a magnetically levitated TMP with 4100L/s pumping speed.
1. Introduction
The magnetically levitated turbo-molecular pump (TMP) equipped with a high-speed permanent magnet (PM) motor have many advantages over the traditional turbo- 4 molecular pump, such as high power-to-volume ratio, no-friction, oil-free and active 5 vibration control, which improve the performance significantly. Furthermore, with the 6 active magnetic bearings, the TMP could be installed in any direction flexibly. 7 Therefore, it has been used more and more widely in the high vacuum applications [1- 6]. The typical TMP control includes two basic aspects: drive and brake. Firstly, the rotor of the TMP must be driven by a high-speed motor to the rated working speed. In 11 order to reduce the start time as much as possible, the motor is controlled with its 12 maximum current to accelerate. According to the shape of drive currents, the control 13 methods could be classified as sinusoidal currents and square currents, which have been 14 studied widely and deeply in the last decades [7-11]. Due to the air resistance and the bearing friction resistance, the braking process of a traditional high-speed PM motor could be simply by shutting off the power electronics 17 of the inverter. However, in the high vacuum environment, this method would be 18 invalid with no air. Besides, the mechanical braking methods such as disc brake are also 19 unpractical because of the high-speed TMP rotor and vacuum environment. Hence, only 20 the electric braking method is feasible. The electric regenerative braking methods of the 21 PM motors have been widely applied in the electric vehicles (EV) to recharge the 22 chemical batteries with an extra DC/DC converter [12-14]. In reference [15], J. W. 23 Dixon. et al. proposed a novel regenerative system based on the ultra-capacitor and a 24 DC/DC converter. In order to improve the regenerative energy efficient, J. Moreno and his partners developed an energy-management with the neural networks algorithm [16]. 2 M. Marchesoni and C. Vaccas analyzed the energy storage system efficiency in fuel cell 3 hybrid electric vehicles. The convention of regenerative energy is also based on the Bi- 4 directional DC/DC converter [17].
چکیده
1. مقدمه
2. مروری بر روش معمولی ترمزگیری TMP
3. روش بهبود یافته ترمزگیری
3-1 روش ترمزگیری در سرعت بالا
3-2 روش ترمزگیری در سرعت پایین
4. آزمایش ها
4-1 اجرای آزمایش
5. آزمایش روش معمولی ترمزگیری
5-2 آزمایش روش پیشنهادی ترمزگیری
6. نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Review of the traditional TMP braking method
3. The improved braking method
3.1 Braking method at high speed
3.2 Braking method at low speed
4. Experiments 18
4.1 Experiment setup
5 Experiment of the traditional braking method
5.2 Experiment of the proposed braking method
6. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه