وکتور کنترل در اینورتر- درایوهای صنعتی

کنترل برداری بدون فیدبکSVC (sensorless vector control – open loop):

این مد کنترلی بصورت برداری کنترل می‌گردد و گشتاور بالاتری نسبت به حالت V/F به سیستم اعمال می‌کند.

در این مد کنترل شار مغناطیسی (fluxe vector control) انجام می‌گیرد و بدون سنسور می‌باشد.

در جاهایی که به گشتاور راه اندازی بالاتری نیاز است استفاده می‌گردد.

در نتیجه جریان بالاتری از منبع مصرف می‌شود.

vector control and encoder) – (close loop) VC):

این مد به صورت کنترل برداری با فیدبک می‌باشد و معمولا از انکودر در پشت موتور یا در خط استفاده می‌شود.

دقت در این حالت بسیار بیشتر از دو حالت قبلی بوده و ضریب خطا نیز کمتر می‌باشد.

در جاهایی مانند جرثقیل‌ها یا آسانسورها و دستگاه‌هایی که به دقت بالاتری نیازاست، استفاده می‌گردد.

 کنترل گشتاور (Torque Control):درایوهای صنعتی

انواع مدهای کنترلی میتوان به این حالت اشاره کرد، برای جاهایی که احتیاج به کنترل گشتاور مانند جمع کننده‌ها و بازکننده‌ها (Winder/unwinder) باشد استفاده می‌گردد.

با کنترل گشتاور می‌تواند مقدار فرکانس را کنترل کند تا سیستم با سرعت خطی یکسان و ثابت حرکت نماید.

کنترل مستقیم گشتاور (DTC)(Direct torque control):

کنترل گشتاور مستقیم یکی از روش‌های مورد استفاده در درایوهای متغیر فرکانس برای کنترل گشتاور و در نتیجه کنترل سرعت موتورهای AC سه فاز است.

این شامل محاسبه و تخمین شارمغناطیسی موتور و گشتاور بر اساس ولتاژ اندازه گیری شده و جریان موتور می‌باشد.

نام این تکنولوژی اشاره به آن دارد که بجای کنترل جریان موتور نظیر درایوهای کنترل برداری و درایوهای DC ، شار مغناطیسی موتور و گشتاور مستقیما کنترل می‌شوند.

نتیجه آن دقت بهتر در انطباق پارامترهای موتور با نیازهای بار سیستم خواهد بود.

همچنین DTC برخلاف مدولاسیون PWM از یک فرکانس سوییچینگ ثابت استفاده نمی‌کند.

بنابراین میزان دستیابی به بهترین و پایدارترین کنترل در سرعت‌های گذرا تا حدود زیادی برآورده شده است.

برخی از تولید کنندگان اینورتر ها مدارات بیشتری(وکتور کنترل) را در داخل اینورتر طراحی و تعبیه میکنند  تا از این طریق بتوانند سیگنال های فیدبک حلقه بسته را از انکودرها  یا ریزالورها به دست آورند. 

این مدارات سیگنال ها را از طریق سنسورها رمزگشایی می کنند و آنها را برای رسیدن به سطح مورد نظر مقیاس می کنند . 

این ویژگی باعث می شود اینورتر بیشتر شبیه به یک سیستم بسته بندی شود. این ویژگی همچنین باعث می شود تا مهندسین طراح سیستم کاملی را در کنار هم قرار دهند که در آن همه اجزای سازگار باشند ، اینورتر های دارای قابلیت کنترل حلقه بسته، اینورتر های وکتور نامیده می شوند. 

اینورتر های با قابلیت کنترل اسکالر یا V/F می توانند هم به صورت حلقه بسته و هم به صورت حلقه باز راه اندازی شوند.یادآوری این نکته حائز اهمیت است که اینورتر های با قابلیت کنترل وکتور و اسکالر گران تر و دارای ساختار داخلی پیچیده تر نسبت به یک اینورتر ساده هستند.

اینورترهای با قابلیت کنترل وکتور هر دو ویژگی های اینورتر های AC و DC را ارائه می دهند . تکنولوژی جدید الکترونیکی پیچیدگی و هزینه اینورتر های با قابلیت کنترل وکتور را به طرز چشمگیری کاهش داده است تا آنها را برای استفاده کاربران جدید اماده سازد .

قابلیت وکتور کنترل در اینورتر

اینورتر با قابلیت کنترل وکتور چیست و این نام از کجا سرچشمه گرفته شده است ؟ ممکن است از کلاسهای ریاضی به یاد داشته باشید که یک “بردار” هم دارای مقدار و هم دارای جهت می باشد .

 وکتور کنترل در اینورتر به این نام شناخته می شود ، زیرا از یک تنظیم کننده الکترونیکی برای کنترل اندازه و جهت (قدرت و سرعت) شار مغناطیسی در یک موتور AC از طریق حلقه های کنترل مستقل استفاده می کند.

استراتژی کنترل VVVF  (ولتاژ متغیر و فرکانس متغیر) اینورتر برای شرایط پایدار یا برای مقدار بار زیاد در کاربرد هایی مانند درایو فرکانس متغیر برای پمپ های آب و فن ها مناسب است که زمان زیادی را برای تغییر سرعت می دهد.

 اما در بسیاری از کاربردها در دنیای واقعی ، بارها ، سرعت یا موقعیت ممکن است به طور ناگهانی تغییر کند. اینورتر های دارای قابلیت کنترل وکتور برای کنترل این شرایط بسیار مناسب هستند زیرا کنترل مستقیم گشتاور را فراهم می کنند ، همچنین دارای توانایی پاسخ داینامیک هستند که ده برابر اینورتر های WVF است.

بلوک دیاگرام در شکل 1 ، 2 و 3 جزئیات بیشتری درباره شباهت ها و تفاوت های بیناینورتر های دارای قابلیت کنترل وکتور و اینورتر های متداول VVVF را ارائه می دهند.

شکل 1 – تکنولوژی مدولاسیون عرض پالس (PWM)

ابتدا توجه کنید که بخش تبدیل نیرو در شکل 1 نشان داده شده است. این بخش تقریباً برای همه اینورتر های دارای مدولار عرض پالس (PWM)، هم مد کنترلی VVVF و هم مد کنترل برداری مشترک است . 

برق AC سه فاز از شش دیود ورودی عبور می کند و آن را به ولتاژ ثابت DC تبدیل می کند. برق DC توسط فیلتر خازنی یکنواخت می شود. مجموعه ای از شش ترانزیستور با دیودها در بخش سوئیچینگ کنترل می شوند تا بتوانند برق DC را در برق AC  ولتاژ و فرکانس متغیر تغییر دهند. این برق “AC سنتز شده” برای تغذیه موتور ارسال می شود .

شکل 2 – بلوک دیاگرام ولتاژ / هرتز (V/F)

شکل 2 بلوک دیاگرام  ساده ای از تنظیم کننده یک اینورتر VVVF  معمولی را نشان می دهد. دستور مرجع سرعت از طریف یک کاربر به یک بلوک رمپ تغذیه می شود تا تغییرات سرعت عملکرد را به رمپ هایی که جریان را محدود می کند آهسته تر کند و فرسودگی دستگاه را کمتر نماید .

 سپس سیگنال به قسمتی منتقل می شود که هم سرعت تغییر و هم قدرت میدان مغناطیسی در موتور را تعیین می کند. تشخیص این نکته بسار مهم است که فرمان ورودی کنترل تکی سرعت هر دو متغیر را در یک اینورتر VVVF  کنترل کند.

شکل 3 – بلوک دیاگرام وکتور

بلوک دیاگرام تنظیم کننده اینورتر  دارای قابلیت کنترل وکتور در شکل 3 نشان داده شده است. دو حلقه کنترل جداگانه اضافه شده است ، و آن را پیچیده تر می کند. حلقه های کنترل امکان کنترل مستقل از سرعت و قدرت میدان مغناطیسی موتور را فراهم می آورد. 

همچنین به تنظیم کننده اجازه می دهند سرعت واقعی موتور را اندازه گیری کرده و مقدار گشتاور تولید شده را از نزدیک تخمین بزند.

کنترل اینورتر به روش وکتور دارای مزایای زیاد و قابل توجهی است اگر چه این روش معایبی نیز دارد .در ادامه به شرح مزایا و معایب کنترل اینورتر با روش وکتور می پردازیم.

مزایای استفاده از روش وکتور برای کنترل اینورتر

کنترل وکتور در اینورتر دارای تمام مزایا  کنترل VVVF و حتی بیشتر از آن می باشد.

مزایای مشترک کنترل وکتور و VVVF  :

• از موتورهای القایی “استاندارد” ، کم هزینه استفاده کنید. موتورهای ضد انفجار و سایر ساختار ویژه بطور گسترده ای در دسترس هستند. نیازی به وجود جاروبک ها ، یا روتورهای مخصوص “مغناطیس دائم” نیست.
• ضریب توان ورودی بالا (حدود 95٪) ، برای کم شدن هزینه برق.
• دارای توانایی ذاتی برای نگه داشتن بارها از طریق بازسازی بدون نیاز به سخت افزار اضافی.
• دارای قابلیت سرعت بالا (6000 دور در دقیقه به راحتی قابل دستیابی است).

سایر مزایای کنترل وکتور که در اینورتر های استاندارد VVVF قابل دستیابی نیست:

• تنظیم سرعت حلقه بسته تا 0.01٪.
• دارای پاسخ داینامیک بالا بیش از 50 رادیان در ثانیه.
• یکنواخت بودن سرعت های پایین ، حتی تحت بارهای متغیر.
• گشتاور شکستگی بالا (150٪ یا حتی 200٪).
• کنترل گشتاور خطی برای کاربرد های موقعیت یا تنشن.

این مزایا باعث می شوداینورتر های با قابلیت کنترل وکتور بهترین پاسخ برای بسیاری از کاربرد ها باشند.

کنترل برداری – درایو صنعتی چیست؟

کنترل برداری چیست؟

وکتور کنترل

کنترل گشتاور موتور