وکتور کنترل در درایو

وکتور کنترل در درایو :وقتی یک فروشنده درایو سعی می کند یک درایو فرکانس متغیر را به شما بفروشد، دیر یا زود کلمات “Vector Control” ظاهر می شوند. مقاله‌های قبلی در اینجا توضیح می‌دهند که چگونه کنترل برداری برای کار با موتورهای مغناطیس دائم و ماشین‌های مشابه مورد نیاز است. بنابراین دقیقاً کنترل برداری چیست و چرا “خوب” است؟

خوب، بیایید به اصول اولیه برگردیم. در مقاله اول توضیح دادیم که چگونه سرعت موتور القایی توسط فرکانس اعمال شده کنترل می‌شود و چگونه شار – که امکان تولید گشتاور را فراهم می‌کند – وابسته به ولتاژ اعمال شده است که جریان مغناطیسی را در استاتور تولید می‌کند. اکنون، برای حفظ شار بهینه در موتور، یک درایو غیر برداری رابطه خطی بین ولتاژ و فرکانس را حفظ می کند. یعنی با کاهش فرکانس از مقدار اسمی، ولتاژ به نسبت کاهش می یابد. بنابراین 400 ولت در 50 هرتز به 300 ولت در 37.5 هرتز و سپس 200 ولت، 25 هرتز و غیره می شود. تغییرات جزئی در این مورد، به عنوان مثال، با افزایش ولتاژ در فرکانس های پایین برای غلبه بر تلفات، روش معمول است. کنترل اصلی یک درایو ولتاژ به فرکانس (V تا f) در شکل 1 نشان داده شده است.

پرکاربردترین مدهای کنترلی درایو

مدولاتور تقاضای ولتاژ و فرکانس را به پالس های لازم برای هدایت IGBT ها در اینورتر تبدیل می کند. جریان های اندازه گیری شده برای محافظت از موتور و درایو با کاهش فرکانس یا خاموش کردن درایو در صورت لزوم استفاده می شود.

با این حال، صرفاً حفظ رابطه V به f همیشه عملکرد ایده آلی را ارائه نمی دهد. مشخصات موتور با دما متفاوت است و رسیدن به سطح شار در سرعت های پایین دشوار می شود. بنابراین سازندگان درایو سعی می کنند جریان مغناطیسی را اندازه گیری کنند (جریان تولید کننده شار، تنظیم شده توسط ولتاژ اعمال شده) و ولتاژ خروجی را بر اساس آن تنظیم کنند، نه اینکه بر رابطه خطی تکیه کنند. این کمی کمک می کند، اما برای کنترل دقیق، به خصوص در سرعت های پایین، جریان های تولید کننده شار و گشتاور باید در زمان واقعی اندازه گیری و کنترل شوند. بنابراین همانطور که موتور و ولتاژهای فاز اعمال شده می چرخند، موقعیت و اندازه این جریان ها مهم است – یعنی کمیت های برداری هستند.

بنابراین اکنون، به جای داشتن درایوی که ولتاژ و فرکانس خاصی را در یک نقطه تنظیم خاص تولید می کند، سعی می کنیم شار و گشتاور موتور را مستقیماً کنترل کنیم و آن کنترل را به طور پیوسته تنظیم کنیم تا نقطه تنظیم مورد نظر خود را بدست آوریم. سیستم کنترل (ساده شده) یک درایو Vector در شکل 2 نشان داده شده است.

نحوه عملکرد مد وکتور کنترل 

شما می توانید از شکل 2 ببینید که تقاضای نقطه تنظیم از کاربر به سرعت و سپس تقاضای گشتاور، و همچنین یک میدان و سپس تقاضای شار که بخشی از سیستم کنترل برداری است، تبدیل می شود.

برای انجام همه این کارها، به ریاضیات بسیار پیچیده و همچنین اندازه گیری دقیق جریان نیاز داریم. همچنین باید ویژگی های موتوری را که کنترل می کنیم بدانیم.

اکنون می‌توانیم با ریزپردازنده‌های قدرتمند موجود، محاسبات را انجام دهیم. همچنین می‌توانیم جریان‌های خروجی (یعنی موتور) را با دستگاه‌های هال افکت بسیار دقیق اندازه‌گیری کنیم. این ویژگی‌ها برای گران‌تر کردن درایوهای برداری استفاده می‌شوند، اما این روزها هزینه کمی درایو فرکانس متغیر را افزایش می‌دهند.

اگر شکل های 1 و 2 را با هم مقایسه کنید، می بینید که کنترل برداری چقدر پیچیده تر است.

برای تعیین مشخصات موتور، ما به کاربر تکیه می کنیم که درایو را با اطلاعات صحیح برنامه ریزی می کند. با تنظیم مقدار صحیح جریان، ولتاژ و ضریب توان موتور در پارامترهای مناسب، اطلاعات اولیه به درایو داده می شود. با این حال، اطلاعات اضافی را می‌توان با اجرای «Autotune» به‌دست آورد، و اکثر درایوهای برداری از کاربر می‌خواهند که این را با انتخاب کنترل بردار اجرا کند. درایو در چند ثانیه عوامل اضافی مانند اندوکتانس اولیه و مقاومت استاتور را اندازه گیری می کند که به ساخت مدل دقیق موتور کمک می کند و کنترل برداری را بسیار آسان تر می کند.

اتفاقاً درایو دمای موتور را در حین کار نیز در نظر می‌گیرد (محاسبه شده از اطلاعات موتور و بار) زیرا این امر بر بسیاری از ویژگی‌های موتور تأثیر می‌گذارد، بنابراین مهم است که تنظیم خودکار روی موتور سرد انجام شود.

در گذشته، برای کنترل خوب و قابل اعتماد بردار، یک رمزگذار برای ارائه اطلاعات دقیق سرعت و در نتیجه موقعیت روتور توصیه می شد. این روزها، با مدل‌سازی سریع‌تر و پیشرفته‌تر ریاضی، رمزگذار چندان ضروری نیست. با این حال، در برخی از کاربردها مانند آسانسور و جرثقیل همچنان ترجیح داده می شود. اگر رمزگذار نصب نشده باشد، درایو به جای آن از مدل موتور برای محاسبه سرعت و موقعیت روتور استفاده می کند.

درایو اکنون سرعت موتور را نه با تنظیم مستقیم فرکانس خروجی (مانند کنترل V به f)، بلکه با کنترل گشتاور و شار موتور کنترل می کند. بنابراین اکنون نقطه تنظیم از اپراتور یا PLC همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است به شار و گشتاور مورد نیاز تبدیل می شود. به عبارت دیگر درایو می گوید: “بر اساس دانش موتور، به چه مقدار گشتاور و شار مغناطیسی نیاز داریم تا آن را حفظ کنیم. سرعتی که درخواست شده است؟» از آنجایی که درایو مستقیماً گشتاور و شار را کنترل می کند، عملکرد درایو در مقایسه با عملکرد معمولی V تا f بهبود می یابد. درایو به بارهای ناگهانی بهتر پاسخ می دهد، به طور کلی کارآمدتر است و می تواند به راحتی انواع مختلف موتورها مانند موتورهای مغناطیس دائمی و رلوکتانس سنکرون را که در مقاله قبلی توضیح داده شد، کنترل کند. تنظیم سرعت بسیار بهتر است، زیرا لغزش به طور خودکار محاسبه می شود.

وکتور کنترل در درایو

شکل 2 همچنین نشان می دهد که جریان های خروجی در داخل درایو نظارت می شوند و به قسمت های مولد گشتاور و شار ریخته می شوند. این مقادیر اندازه‌گیری شده به کنترل‌کننده‌های گشتاور و شار بازگردانده می‌شوند، بنابراین ما کنترل حلقه بسته این جریان‌ها را داریم، با نقاط جمع، بهره و غیره مانند سایر کنترل‌کننده‌های حلقه بسته (به مقاله قبلی در مورد کنترل حلقه بسته مراجعه کنید).

از آنجا که ما هر سه جریان را اندازه گیری می کنیم، این جریان ها باید تبدیل شوند و به یک جریان شار (یعنی جریان مغناطیسی) و یک جریان گشتاور (یعنی بار) تقسیم شوند. این تبدیل‌های ریاضی همچنین برای تبدیل جریان‌های مورد نیاز شار و گشتاور (از نقطه تنظیم و نقاط جمع) به سه فاز جداگانه و سپس به سیگنال‌های مدولاسیون که بخش قدرت اینورتر را هدایت می‌کنند، استفاده می‌شوند.

همچنین متوجه خواهید شد که سرعت تخمینی (محاسبه شده از جریان شار و گشتاور و مدل موتور) در سومین حلقه بسته بازگردانده می شود و این بار سرعت موتور را کنترل می کند.

بنابراین سیستم Vector Control به اندازه گیری ها و محاسبات زیادی نیاز دارد و شامل سه کنترل کننده حلقه بسته است. در روزهای اولیه کنترل برداری، ثابت کردن همه چیز دشوار بود، و ثابت شد که برخی از درایوها تنظیم و کارکرد قابل اعتماد، به ویژه بدون رمزگذار، دشوار بود. امروزه درک بهتر مدل های موتور، کنترل برداری را برای استفاده ساده و قابل اعتماد کرده است.

کنترل برداری مزایای نگهداری بهتر سرعت، پاسخ بهتر به تغییرات بار ناگهانی و همچنین گشتاور بهبود یافته در سرعت های پایین را ارائه می دهد. موتورها اغلب کارآمدتر کار می کنند – و بنابراین خنک تر.

Invertek همیشه کنترل بردار ساده و مؤثری را ارائه می دهد که تنظیم آن آسان است. درایو P2 اکنون ویژگی های کنترل برداری جامعی مانند کنترل گشتاور و قابلیت عالی گشتاور با سرعت کم را ارائه می دهد. درایو E3 شامل یک کنترل برداری ساده برای بهبود عملکرد است.

با هر درایو، به یاد داشته باشید که پارامترهای موتور را درست تنظیم کنید و مراحل تنظیم را دنبال کنید. این امر به ویژه هنگام کار با آهنربای دائمی، رلوکتانس سنکرون و موتورهای مشابه اهمیت دارد. نگران نباشید، کمک های زیادی از جمله یادداشت های برنامه در وب سایت موجود است