از کنترل V/f تا کنترل برداری: انقلاب دقیق در تسلط موتور

در حالی که یک درایو V/F اولیه مانند ارائه دستورالعمل‌های ساده روشن/خاموش به یک موتور است، کنترل برداری شبیه به ارائه یک نقشه دقیق و یک سیستم ناوبری دقیق برای آن است-که حرکت خام را به حرکت هماهنگ تبدیل می‌کند.

در قلب صنعت مدرن، جایی که یک دوک ماشین ابزار باید سرعت کامل را تحت بارهای جابجایی حفظ کند یا یک جرثقیل باید با گشتاور تزلزل ناپذیر بلند شود، تکامل از کنترل V/f به کنترل بردار نشان دهنده یک جهش اساسی در توانایی است.

این انتقال، کنترل موتور را از روش تقریبی به روشی با فرمان دقیق منتقل کرده است و عملکردی را که زمانی برای موتورهای AC استاندارد غیرممکن می‌دانستند، باز می‌کند.

کنترل V/f (ولتاژ-در هر{1}}هرتز)، روش سنتی برای تنظیم سرعت موتور AC، بر اساس یک اصل ساده عمل می‌کند: فرکانس را برای تنظیم سرعت تغییر دهید، و ولتاژ را به طور متناسب برای حفظ شار مغناطیسی تنظیم کنید. در اصل، موتور را به عنوان یک دستگاه ورودی تک-در نظر می گیرد.

در نظر بگیرید که یک ماشین را فقط با استفاده از پدال گاز کنترل می کنید. فشار دادن بیشتر سرعت را افزایش می دهد، اما کنترل مستقلی روی گشتاور چرخ ها برای بالا رفتن از تپه شیب دار یا پاسخ به بار ناگهانی ندارید. گشتاور و سرعت به طور جدایی ناپذیری مرتبط هستند.

این روش کنترل اسکالر تنها مقدار ورودی های الکتریکی را مدیریت می کند در حالی که به طور کامل روابط فاز آنها را نادیده می گیرد. در نتیجه، با چندین محدودیت ذاتی مواجه است: کاهش قابل توجه گشتاور در سرعت های پایین، پاسخ آهسته به نوسانات بار که باعث کاهش سرعت می شود، و ناتوانی در ارائه گشتاور کنترل شده و راه اندازی بالا. رفتار آن واکنشی است تا دستوری.

پیشرفت نظری -کنترل میدانی (FOC) یا کنترل برداری، در دهه 1970 همه چیز را تغییر داد. نبوغ آن در مفهومی است که به نام جداسازی شناخته می شود.

مهندسان دریافتند که کنترل دقیق و مستقل گشتاور و شار مغناطیسی که در موتورهای DC مشاهده می‌شود، می‌تواند از طریق نوآوری‌های ریاضی در موتورهای AC تکرار شود. با اعمال تبدیل‌های پیشرفته-مانند تبدیل‌های کلارک و پارک-آنها توانستند جریان‌های متناوب متناوب پیچیده موتور را به صورت الکترونیکی باز کنند.

این رویکرد به طور آنی جریان را به دو جزء مجزا و قابل محاسبه در سیستم کنترل دیجیتال جدا می کند: یکی صرفاً به تولید شار مغناطیسی اختصاص داده شده است و دیگری مسئول تولید گشتاور است. با این جداسازی، کنترلر می تواند این دو نیرو را به طور مستقل و همزمان تنظیم کند، گویی دو صفحه مجزا را تنظیم می کند.

جداسازی مزایای عملکردی متحول کننده را ارائه می دهد. اول، گشتاور کامل را در سرعت های صفر و پایین فعال می کند. کاربردهایی مانند اکسترودرها، بالابرها و نوار نقاله‌ها-که در آن‌ها برای غلبه بر اینرسی به نیروی جداشدگی بالایی نیاز است-می‌توانند به آرامی و بدون خطر توقف شروع شوند.

دوم، پاسخ پویا استثنایی را ارائه می دهد. از آنجایی که گشتاور در حال حاضر به جای یک اثر ثانویه، یک متغیر مستقیم فرمان است، درایو می تواند آن را در عرض میلی ثانیه تنظیم کند تا اختلالات بار را خنثی کند. این به موتور اجازه می‌دهد بدون توجه به تغییرات بار، سرعت تقریباً ثابتی را حفظ کند-که یک نیاز حیاتی برای ماشین‌ابزار، سیم‌پیچ‌ها و پایه‌های آزمایش است.

دقت همچنین به طور چشمگیری تنظیم سرعت را بهبود می بخشد. در حالی که کنترل V/f معمولاً سرعت بین 1-2 ± را نگه می‌دارد، سیستم‌های کنترل بردار حلقه بسته پیشرفته می‌توانند به تنظیمی به اندازه 0.02 ± درصد دست یابند که عملکرد همگام‌سازی شده را در چندین درایو امکان‌پذیر می‌کند.

کنترل برداری معمولاً در دو سطح اجرا می شود و به مهندسان انعطاف پذیری برای متعادل کردن هزینه، عملکرد و پیچیدگی سیستم می دهد. کنترل برداری بدون حسگر برای تخمین سرعت و موقعیت روتور بر-مدل‌های موتور با وفاداری بالا متکی است که نیاز به رمزگذار خارجی را از بین می‌برد. این رویکرد پاسخ گشتاور قوی و عملکرد پایدار را ارائه می‌دهد، و آن را به یک انتخاب عملی برای پمپ‌ها، فن‌ها، کمپرسورها و ماشین‌آلات عمومی- تبدیل می‌کند.

برای برنامه‌هایی که به -سانتریفیوژها،-دوک‌های پرسرعت، سیستم‌های بالابر و تجهیزات آزمایشی پیشرفته{0}دقت بیشتری نیاز دارند{2}}کنترل بردار حلقه بسته{3} با رمزگذار، معماری ترجیحی است. با ارائه بازخورد روتور{5}زمان واقعی، رمزگذار حلقه کنترل را می‌بندد و حداکثر دقت سرعت، دقت گشتاور و پایداری را باز می‌کند. این یک موتور القایی AC را قادر می‌سازد تا ویژگی‌های عملکردی نزدیک به سیستم سروو را ارائه دهد.

مقایسه زیر شکاف عملکرد قابل توجه بین این دو استراتژی کنترل را نشان می دهد:

تاثیر واقعی کنترل بردار زمانی که به مشخصات یک درایو نگاه می کنید ملموس می شود. یک اینورتر V/F سنتی ممکن است دقت سرعت "± 2%" را تبلیغ کند، در حالی که یک درایو کنترل شده برداری{2}}با اطمینان "0.2%" را بیان می کند. پاسخ گشتاور، که زمانی به طور مبهم به صورت کلی توصیف می‌شد، اکنون با دقت اندازه‌گیری می‌شود-اغلب در محدوده "<5 ms." These numbers represent not marketing flourish but the measurable outcome of decades of control-algorithm evolution.

در مجموعه محصولات Renle-از اینورترهای همه منظوره همه منظوره-به سری‌های سنگین-RNHV که برای بارهای صنعتی بزرگ طراحی شده‌اند-کنترل برداری یک ویژگی اختیاری نیست. آن پایه است. استارت‌های نرم و قدرتمندی را امکان‌پذیر می‌سازد که عملکرد بسیار بهتری از استارت‌های نرم الکترومکانیکی دارند و کنترل محکم و پایدار مورد نیاز تجهیزات نیازمندی مانند کمپرسورهای{5} با ظرفیت بالا، سنگ شکن‌ها، فن‌ها و موتورهای فرآیندی در معدن، سیمان و تاسیسات تصفیه آب را فراهم می‌کند.

VSD ولتاژ متوسط

درایو ولتاژ بالا

یک کارخانه بطری‌سازی را در نظر بگیرید: یک موتور بردار{0} یک سیستم برچسب‌گذاری را به سرعت عملیاتی دقیق خود در میلی‌ثانیه می‌رساند، این سرعت را از طریق تغییرات سریع بار حفظ می‌کند، و با دقت جراحی متوقف می‌شود-چرخه پس از چرخه، شیفت پس از شیفت. این دقت بی صدا و بدون شکست نتیجه مستقیم تغییر صنعت از کنترل ساده V/f به کنترل برداری است.

این تغییر فقط باعث بهبود عملکرد موتور نشد. آن را دوباره تعریف کرد که یک موتور AC می تواند باشد. این موتور القایی را از یک اسب کار ناهموار به ابزاری با دقت تبدیل کرد و زمینه را برای عصر نوآوری بعدی فراهم کرد، جایی که الگوریتم‌های پیشرفته‌ای مانند کنترل پیش‌بینی مدل (MPC) آماده هستند تا کارایی، پاسخ‌دهی و هوشمندی را حتی بیشتر کنند.