دانش و فناوری

برای تسلط بیشتر بر بحث کنترل دور الکتروموتور ها بهتر است ابتدا مروری کوتاه بر انواع موتور داشته باشیم. اولین نوع از انواع الکتروموتورها، موتورهای DC بودند. موتورهای DC با وجود مزایایی چون کنترل آسان، سریع و دقیق گشتاور و همچنین پاسخ بسیار سریع دینامیکی به تغییرات سرعت، به دلیل وجود برخی ایرادات نظیر نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر، قیمت بالا و نیز نیاز به انکودر یا تاکومتر برای فیدبک سرعت، کم کم جای خور را به موتورهای AC دادند.

موتورهای AC با وجود قابلیت های چون اندازه کوچکتر، قدرت بیشتر در مقایسه با موتورهای DC هم­ اندازه، طراحی ساده، قیمت ارزان، سبک و مقاوم بودن در برابر ضربه و … دارای نقص هایی بودند که با ظهور تکنولوژی کنترل کننده های دور موتور(یا همان درایوها) این ایرادات نیز بر طرف شدند. در واقع درایوها قابلیت کارکرد موتورهای AC در سرعت و گشتاور موردنظر را فراهم می آوردند.

درایوها در ابتدا تنها برای تنظیم دور الکتروموتورها از مقدار صفر تا دور نامی(حتی بالاتر از دور) و یا بالعکس، طراحی شدند. تنظیم دقیق دور در الکتروموتورها علاوه بر منعطف نمودن پروسه های صنعتی، در کاربردهای زیادی منجر به بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش قابل توجه جریان راه اندازی(بسیار کمتر از جریان نامی) می گردد(مقایسه شود با جریان راه اندازی ۶ تا ۱۰ برابری الکتروموتورها بدون استفاده از درایو). تا جایی که امروزه درایوها، علاوه بر استفاده به عنوان تنظیم کننده ی دور، به عنوان ابزاری موثر برای بهینه سازی مصرف انرژی نیز، مورد استفاده قرار می گیرند.

همچنین وجود قابلیت تنظیم سرعت و نیز قابلیت تغییر سرعت به صورت نرم(Soft Start & Soft Stop) موجب کاهش قابل ملاحظه ی تنش های مکانیکی در کوپلینگ ها و سایر ادوات دوار می­گردد.

درایوها دستگاه هایی هستند که توان ورودی با ولتاژ و فرکانس ثابت را به توان خروجی با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل می کنند. با توجه به اینکه دور یک موتور تابعی از فرکانس منبع تغذیه آن است، هر درایو در ابتدا برق شبکه را به ولتاژ DC تبدیل نموده و سپس آنرا با استفاده از یک بلوک اینورتر(Inverter یا مبدل DC به AC) مجددا به ولتاژ AC با فرکانس و ولتاژ متغیر تبدیل می­کند.

بلوک اینورتر در درایوهای امروزی، متشکل از سوئیچهای قدرتی است که با سوئیچ زنی متناوب، سیگنال خروجی با فرکانس مورد نظر را تولید می کنند. این سوئیچ ها شامل قطعاتی چون IGBT و تریستور هستند که توانایی کار در قدرت و سرعت بالای سوئیچ زنی را توأماً به همراه دارند.

با توجه به موارد ذکر شده، استفاده از درایو برای راه اندازی الکتروموتورها داری مزایایی به شرح زیر است:

  • عمر مفید بالا
  • کاهش جریان راه اندازی
  • کاهش مصرف انرژی الکتریکی
  • کاهش تنش های الکتریکی و مکانیکی و نیز کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری
  • افزایش دامنه ی تغییرات ممکن برای سرعت موتور نسبت به روش های مکانیکی(استفاده از دمپر)
  • قابلیت کنترل سایر پارامترهای موتور اعم از موقعیت، گشتاور، توان اکتیو، توان راکتیو، راندمان، ضریب توان در درایوهای مدرن
  • امکان استفاده از موتور در سرعتهای بالاتر از سرعت نامی (تا دو برابر سرعت نامی)
  • استفاده از الکتروموتورها در سرعتهای مختلف بدون استفاده از گیربکس (کوپلینگ مستقیم)

در کنار قابلیت ها و فواید ذکر شده برای انواع درایوها، شیوه های مختلف کنترلی وجود دارند که هر یک با توجه به الگوریتمی خاص، الکتروموتور را درایو می کنند. مهمترین روش های کنترلی انواع الکتروموتورها شامل موارد زیر است:

  • کنترل اسکالر یا V/F
  • کنترل برداری(Vector Control)
  • کنترل مستقیم گشتاور(DTC)

کنترل اسکالر یا V/F:

در این روش، ولتاژ خروجی بر حسب فرکانس با توجه به یک نمودار از پیش تعریف شده، تعیین می گردد. این روش به دلیل عدم استفاده از فیدبک، کنترلی روی سرعت واقعی شافت موتور نداشته و تغییرات کنترلی ولتاژ و فرکانس هستند که بطور غیر مستقیم موتور را کنترل می کنند.

کنترل برداری(Vector Control):

در این روش سعی شده است تا کنترل موتور AC مشابه کنترل موتور DC(با توجه به مزایای موتور DC از جمله پاسخ گشتاور سریع) انجام گیرد. در این روش، مولفه های حقیقی موتور یعنی شار و گشتاور با استفاده از تفکیک مولفه های جریان استاتور موتور (فیدبک های گرفته شده از فازهای موتور)، کنترل می شوند. در واقع مهمترین خصوصیت شیوه کنترل برداری بهره گیری از فیدبک است. از مهمترین معایب ذکر شده برای این روش، محاسبات ریاضی پیچیده آن است که با توجه به پیشرفت روزافزون پردازنده های دیجیتالی و قابلیت انجام محاسبات پیشرفته توسط آنها، مسئله ای حل شده به نظر می رسد. هرچند برای الکتروموتورهای خاص و برای سرعت های غیر معمول، حجم محاسبات بالاست.

کنترل مستقیم گشتاور(DTC)

در روش DTC سعی شده است تا پیچیدگی های روش کنترل برداری حذف گردد. این کار به قیمت افزایس ریپل های گشتاور و شار موتور قابل انجام است. در واقع در تقسیم بندی های انجام شده این روش از زیر مجموعه های روش کنترل برداری می باشد. این روش بر پایه­ی تئوری کنترل جهت میدان بنا شده و شار استاتور و گشتاور، متغییرهای کنترلی DTC هستند.

تکنولوژی استفاده شده در درایوهای تولیدی شرکت کهربا برگرفته از شیوه ی کنترل برداری است و در عین حال می تواند به صورت کنترل مستقیم گشتاور نیز مورد استفاده قرار گیرد. همچنین در این درایوها قابلیت های مختلف حفاظتی، مدیریتی و کنترلی می تواند در اختیار کاربر قرار گیرد. کلیه ی این قابلیت ها، امکانات لازم جهت ساخت درایوهایی در کلاس جهانی را برای شرکت کهربا فراهم آورده است.

این روش مبتنی بر کنترل میدان های مغناطیسی موتور یا FOC(Field Oriented Control) است. همچنین این روش قابلیت های کنترل سرعت، شتاب، گشتاور، توان، حرکت(Position) و … را بدون استفاده از سنسور خارجی در اختیار کاربر قرار می دهد. کلیه ی این قابلیت ها با استفاده از تخمینگرهای زاویه، گشتاور، شتاب و سرعت انجام می گیرد. به علاوه، شناسایی و تنظیم خودکار(Auto Tuning) برای انواع الکتروموتورها در این شیوه امکان پذیر می باشد.

کلیه ی محاسبات(پیچیده) لازم برای پیاده سازی الگوریتم های کنترلی، توسط خانواده ای از پردازنده های قدرتمند تعبیه شده در این درایوها امکان پذیر شده است که بر حسب ویژگیها و نوع کاربرد، پردازنده مورد استفاده متفاوت می باشد.

علاوه بر خصوصیات ذکر شده، درایوهای تولید شده توسط شرکت کهربا، دارای قابلیت هایی ست که به ندرت در درایوهای موجود در بازار قابل مشاهده است. در زیر به این خصوصیات پرداخته شده است:

– عملکرد در سرعت صفر و سرعت های پایین

کنترل بدون سنسور گشتاور و سرعت-گشتاور FOC

سافت سنسور

سافت پاور

سافت موشن

مهمترین ویژگی که شرکت کهربا را از دیگر تولیدکنندگان درایو متمایز می کند، سفارشی سازی انواع مختلف درایوها برای کاربرد مورد نظر مشتری ست، بنحوی که برنامه کاربردی مورد نظر مشتری نیز می تواند در درایو، بصورت یکپارچه پیاده سازی شود.