الگوریتم های کنترلی مورد استفاده در درایوهای ولتاژ متوسط ​​چیست؟

به‌عنوان یک ارائه‌دهنده باتجربه درایوهای ولتاژ متوسط، من از نزدیک شاهد تأثیر تحول‌آفرین این فناوری‌ها بر کاربردهای مختلف صنعتی بوده‌ام. درایوهای ولتاژ متوسط ​​در کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی، ارائه بهره وری انرژی، کنترل دقیق و افزایش طول عمر تجهیزات بسیار مهم هستند. در قلب این درایوها الگوریتم های کنترلی پیچیده ای قرار دارند که عملکرد و عملکرد آنها را تعیین می کنند. در این پست وبلاگ، من به الگوریتم های کنترل کلیدی مورد استفاده در درایوهای ولتاژ متوسط ​​می پردازم و اصول، مزایا و کاربردهای آنها را روشن می کنم.

الگوریتم کنترل برداری

کنترل برداری که با نام کنترل میدان گرا (FOC) نیز شناخته می شود، یکی از پرکاربردترین الگوریتم های کنترلی در درایوهای ولتاژ متوسط ​​است. هدف این الگوریتم دستیابی به کنترل مستقل مولفه های گشتاور و شار موتور، شبیه به روشی است که یک موتور DC کنترل می شود. با تبدیل جریان های استاتور سه فاز به یک سیستم مختصات دو محوره (محورهای dq)، کنترل برداری امکان کنترل دقیق میدان مغناطیسی موتور و تولید گشتاور را فراهم می کند.

اصل اساسی کنترل برداری شامل دو مرحله اصلی است: تبدیل مختصات و اجرای حلقه کنترل. ابتدا جریان های استاتور سه فاز با استفاده از یک تبدیل ریاضی به نام تبدیل پارک به محورهای dq تبدیل می شوند. این تبدیل جریان های استاتور را به دو جزء جدا می کند: جریان محور مستقیم (Id) و جریان محور چهارگانه (Iq). جریان محور مستقیم وظیفه کنترل شار مغناطیسی موتور را بر عهده دارد، در حالی که جریان محور چهارگانه برای کنترل گشتاور موتور استفاده می شود.

هنگامی که جریان های استاتور به محورهای dq تبدیل می شوند، حلقه های کنترل برای تنظیم جریان های Id و Iq اجرا می شوند. حلقه کنترل شار جریان Id را برای حفظ شار مغناطیسی ثابت در موتور تنظیم می کند، در حالی که حلقه کنترل گشتاور جریان Iq را برای رسیدن به خروجی گشتاور مورد نظر تنظیم می کند. این حلقه‌های کنترل معمولاً از کنترل‌کننده‌های انتگرال متناسب (PI) برای اطمینان از کنترل دقیق و پایدار استفاده می‌کنند.

یکی از مزایای اصلی کنترل برداری توانایی آن در ارائه عملکرد دینامیکی بالا و کنترل دقیق گشتاور است. این باعث می شود که برای کاربردهایی که نیاز به تغییرات سریع در سرعت و گشتاور دارند، مانند بالابرهای جرثقیل، سیستم های نوار نقاله و ماشین ابزار مناسب باشد. علاوه بر این، کنترل برداری می تواند با کاهش تلفات استاتور و بهینه سازی توزیع شار مغناطیسی، کارایی موتور را بهبود بخشد.

الگوریتم کنترل مستقیم گشتاور (DTC).

کنترل مستقیم گشتاور (DTC) یکی دیگر از الگوریتم های کنترل محبوب است که در درایوهای ولتاژ متوسط ​​استفاده می شود. برخلاف کنترل برداری که بر تبدیل مختصات و حلقه های کنترل جریان تکیه دارد، DTC مستقیماً گشتاور و شار موتور را با انتخاب بردارهای ولتاژ مناسب از جدول بردار ولتاژ از پیش تعریف شده کنترل می کند.

اصل اساسی DTC شامل دو مرحله اصلی است: تخمین گشتاور و شار و انتخاب بردار ولتاژ. ابتدا گشتاور و شار موتور بر اساس جریان ها و ولتاژهای اندازه گیری شده استاتور تخمین زده می شود. این تخمین معمولاً با استفاده از یک مدل ریاضی موتور انجام می شود که ویژگی های الکتریکی و مغناطیسی موتور را در نظر می گیرد.

هنگامی که گشتاور و شار برآورد شدند، الگوریتم DTC بردار ولتاژ مناسب را از جدول بردار ولتاژ برای دستیابی به مراجع گشتاور و شار مورد نظر انتخاب می کند. انتخاب بردار ولتاژ بر اساس منطق سوئیچینگ است که گشتاور و شار برآورد شده را با مقادیر مرجع مقایسه می کند و بردار ولتاژی را انتخاب می کند که خطای بین آنها را به حداقل می رساند.

یکی از مزایای اصلی DTC سادگی و پاسخ سریع دینامیکی آن است. از آنجایی که DTC مستقیماً گشتاور و شار موتور را بدون نیاز به تبدیل مختصات و حلقه‌های کنترل جریان کنترل می‌کند، می‌تواند پاسخ گشتاور سریع‌تری نسبت به کنترل برداری داشته باشد. این امر آن را برای کاربردهایی که به عملکرد دینامیکی بالا نیاز دارند، مانند قطارهای پرسرعت، آسانسورها و توربین‌های بادی مناسب می‌کند.

یکی دیگر از مزایای DTC استحکام آن در برابر تغییرات پارامترهای موتور است. از آنجایی که DTC به مدل های دقیق موتور متکی نیست، می تواند تغییرات در پارامترهای موتور مانند مقاومت، اندوکتانس و اتصال شار را تحمل کند. این امر باعث می شود که آن را قابل اطمینان تر و راحت تر در برنامه های کاربردی پیاده سازی کنید.

الگوریتم های کنترل بدون حسگر

علاوه بر کنترل برداری و DTC، چندین الگوریتم کنترل بدون سنسور نیز در درایوهای ولتاژ متوسط ​​استفاده می شود. هدف این الگوریتم‌ها رفع نیاز به حسگرهای خارجی، مانند رمزگذارها و حل‌کننده‌ها، با تخمین سرعت و موقعیت موتور بر اساس جریان‌ها و ولتاژهای اندازه‌گیری شده استاتور است.

یکی از رایج ترین الگوریتم های کنترل بدون حسگر، روش مشاهده گر مبتنی بر مدل است. این روش از یک مدل ریاضی موتور برای تخمین سرعت و موقعیت موتور بر اساس جریان ها و ولتاژهای اندازه گیری شده استاتور استفاده می کند. ناظر مبتنی بر مدل معمولاً از یک ناظر حالت و یک برآوردگر سرعت تشکیل شده است. ناظر حالت، وضعیت های داخلی موتور مانند جریان های استاتور، شار روتور و سرعت را بر اساس جریان ها و ولتاژهای اندازه گیری شده استاتور تخمین می زند. سپس برآوردگر سرعت از حالت های تخمین زده شده برای محاسبه سرعت و موقعیت موتور استفاده می کند.

یکی دیگر از الگوریتم های کنترل بدون حسگر، روش تزریق سیگنال است. این روش یک سیگنال با فرکانس بالا را به سیم پیچ استاتور موتور تزریق می کند و پاسخ موتور به سیگنال تزریق شده را اندازه گیری می کند. با تجزیه و تحلیل پاسخ موتور، روش تزریق سیگنال می تواند سرعت و موقعیت موتور را تخمین بزند.

مزیت اصلی الگوریتم های کنترل بدون حسگر صرفه جویی در هزینه و افزایش قابلیت اطمینان آنها است. با حذف نیاز به سنسورهای خارجی، الگوریتم های کنترل بدون سنسور می توانند هزینه و پیچیدگی سیستم درایو را کاهش دهند. علاوه بر این، از آنجایی که هیچ سنسور خارجی وجود ندارد، سیستم درایو کمتر در معرض خرابی سنسور و مشکلات نگهداری است.

الگوریتم های کنترل ویژه برنامه

علاوه بر الگوریتم‌های کنترل همه‌منظوره که در بالا ذکر شد، چندین الگوریتم کنترل ویژه کاربردی نیز در درایوهای ولتاژ متوسط ​​استفاده می‌شوند. این الگوریتم ها برای برآوردن نیازهای خاص کاربردهای صنعتی مختلف مانند پمپ ها، فن ها، کمپرسورها و کارخانه های نورد طراحی شده اند.

به عنوان مثال، در کاربردهای پمپ و فن، الگوریتم کنترل معمولاً برای دستیابی به صرفه جویی در انرژی با تنظیم سرعت موتور بر اساس نیازهای فرآیند طراحی شده است. این به عنوان کنترل درایو سرعت متغیر (VSD) شناخته می شود. کنترل VSD می تواند مصرف انرژی پمپ ها و فن ها را تا 50 درصد در مقایسه با درایوهای سرعت ثابت کاهش دهد.

در کاربردهای کمپرسور، الگوریتم کنترل معمولاً برای حفظ فشار تخلیه ثابت با تنظیم سرعت موتور طراحی شده است. این به عنوان کنترل فشار شناخته می شود. کنترل فشار می تواند با کاهش مصرف انرژی و جلوگیری از اضافه بار، کارایی و قابلیت اطمینان کمپرسورها را بهبود بخشد.

در کاربردهای آسیاب نورد، الگوریتم کنترل معمولاً برای دستیابی به کنترل دقیق سرعت و تنش طراحی شده است. این به عنوان کنترل سرعت و تنش شناخته می شود. کنترل سرعت و کشش می تواند کیفیت و بهره وری آسیاب های نورد را با کاهش تنوع ضخامت و بهبود سطح پوشش محصولات نورد بهبود بخشد.

نتیجه گیری

در نتیجه، الگوریتم های کنترلی مورد استفاده در درایوهای ولتاژ متوسط ​​نقش مهمی در تعیین عملکرد و عملکرد آنها دارند. کنترل برداری، DTC، الگوریتم‌های کنترل بدون حسگر و الگوریتم‌های کنترل ویژه برنامه، همگی ابزارهای مهمی در زرادخانه تولیدکنندگان درایوهای ولتاژ متوسط ​​هستند. هر الگوریتم مزایا و معایب خاص خود را دارد و انتخاب الگوریتم به نیازهای خاص برنامه بستگی دارد.

به عنوان یک تامین کننده درایو ولتاژ متوسط، ما طیف گسترده ای از الگوریتم های کنترل را برای پاسخگویی به نیازهای متنوع مشتریان خود ارائه می دهیم. درایوهای ما مجهز به الگوریتم‌های کنترل پیشرفته هستند که عملکرد دینامیکی بالا، کنترل دقیق گشتاور، کارایی انرژی و قابلیت اطمینان را ارائه می‌دهند. چه به دنبال درایو برای پمپ، فن، کمپرسور یا آسیاب نورد باشید، ما راه حل مناسبی برای شما داریم.

اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد درایوهای ولتاژ متوسط ​​و الگوریتم های کنترلی ما هستید، لطفاً از وب سایت ما به آدرس [Website URL] دیدن کنید. شما همچنین می توانید ما را کشف کنیدماژول بازخورد انرژی AFE،درایو همزمان چند ماشینی، واینورتر فرکانس خنک کننده هوابرای اطلاعات بیشتر

ما همیشه خوشحالیم که در مورد نیازهای خاص شما صحبت می کنیم و راه حلی سفارشی برای شما ارائه می دهیم. برای شروع گفتگو در مورد نیازهای درایو ولتاژ متوسط ​​خود، همین امروز با ما تماس بگیرید.

مراجع

• Boldea، I.، و Nasar، SA (1999). درایوهای الکتریکی: یک رویکرد یکپارچه مطبوعات CRC.
• Hava، AM، Kerkman، RJ، & Lipo، TA (2002). کنترل ماشین های الکتریکی مطبوعات IEEE.
• کریشنان، آر (2001). درایوهای موتور الکتریکی: مدلسازی، تحلیل و کنترل سالن پرنتیس