روشهای کنترل اسکالر، کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور

مقایسه روش‌های مختلف کنترل موتورها از جمله اسکالر، کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور

در دهه‌های اخیر، با پیشرفت فناوری در عرصه صنعت الکترونیک و الکتریک، روش‌های کنترل موتورهای الکتریکی به ویژه از دیدگاه اسکالر، برداری و مستقیم گشتاور، به موضوعات مورد توجهی تبدیل شده‌اند. شرکت ایتوک صنعت به عنوان نماینده شرکت ABB در تهران، با تخصص و تجربه در زمینه‌های مختلف صنعتی، نقش بسیار مهمی در ارائه راهکارهای پیشرفته برای کنترل موتورهای الکتریکی ایفا می‌کند.

در این مقاله، به بررسی و مقایسه روش‌های مختلف کنترل موتورها از جمله اسکالر، کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور می‌پردازیم. این روش‌ها هرکدام ویژگی‌ها و مزایای خود را دارند که بسته به نیازها و شرایط خاص هر کاربری، انتخاب مناسبی خواهند بود.

با استفاده از تجربه شرکت ABB و بهره‌مندی از خدمات ارزش افزوده ایتوک صنعت، کاربران قادر خواهند بود تا بهترین راهکارهای کنترل موتورهای الکتریکی را با توجه به نیازهای خاص خود انتخاب و به بهره‌وری و کارایی بیشتر در فرآیندهای صنعتی خود دست یابند.

روشهای کنترل اسکالر ، کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور

روش کنترل اسکالر:

این رویکرد در صنعت با عناوینی همچون مدولاسیون عرض پالس (PWM)، کنترل فرکانس V/F یا VVVF شناخته می‌شود.

در این روش، ابتدا ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل می‌شود و سپس از طریق یک مدولاتور، دنباله‌ای از پالس‌های ولتاژ با فرکانس متغیر به موتور ارسال می‌شود.

ویژگی مهم این رویکرد این است که مقدار V/F ثابت باقی می‌ماند. به عبارت دیگر، با افزایش فرکانس، ولتاژ نیز افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه، کنترل مستقیمی بر روی گشتاور موتور وجود ندارد، و تغییرات در کنترل ولتاژ و فرکانس، به صورت غیرمستقیم موتور را تنظیم می‌کنند. از آنجایی که این روش از فیدبک مستقیم بهره نمی‌برد، کنترل سرعت یا موفقیت موتور مستقیماً تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد. همچنین، استفاده از مدولاتور باعث ایجاد تاخیر در پاسخ به تغییرات گشتاور می‌شود.

روش کنترل برداری شار:

برای نزدیک‌تر کردن الگوی کنترل به درایوهای DC، ضروری است که متغیرهای کنترلی در موتورهای القایی حقیقی باشند. در روش اسکالر، متغیرهای کنترلی غیرحقیقی هستند، اما در این روش تلاش شده است تا متغیرهای حقیقی موتور (شار و گشتاور موتور) قابل کنترل باشند.

برای کنترل بردار شار و گشتاور موتور، لازم است که جریان موتور قابل کنترل باشد. اما در این نوع موتورها، کنترل سیستمی بر روی جریان موتور وجود ندارد. از سوی دیگر، جریان موتور تابعی از جریان استاتور است. بنابراین، با استفاده از محاسبات ریاضی پیچیده و با در نظر گرفتن این رابطه بین جریان موتور و جریان استاتور، می‌توان شار موتور را کنترل کرد. همچنین، با استفاده از فیدبک و مدولاتور، می‌توان موقعیت و سرعت موتور را نیز کنترل کرد. این درایوها با دقت بالا در کنترل سرعت و پاسخ سریع به تغییرات گشتاور، مزایای قابل توجهی دارند، در عین حال از نیاز به فیدبک و مدولاتور بهره‌مندند، که این موضوع می‌تواند یکی از محدودیت‌های آنها باشد.

کنترل مستقیم گشتاور یا DTC:

کنترل مستقیم گشتاور یا DTC، به عنوان پیشرفته‌ترین تکنولوژی کنترل موتورهای AC، توسط شرکت ABB ارائه شده است. این تکنولوژی به عنوان جایگزینی هوشمندانه برای روش‌های سنتی مانند اسکالر و کنترل برداری شار در حلقه باز و بسته مطرح شده است.

در DTC، اساس کار بر اساس تئوری کنترل جهت میدان موتورهای القایی استوار است. تغییرات در شار استاتور و گشتاور، توسط محاسبات پیچیده و بسیار سریع DTC انجام می‌شود. این محاسبات با استفاده از یک پردازنده دیجیتال با سرعت بالا (DSP) انجام می‌شود، به طوری که در مدل نرم‌افزاری موتور تا ۴۰۰۰۰ بار در ثانیه انجام می‌شود. با توجه به سرعت بالای این محاسبات و مقایسه مستمر مقادیر واقعی با مقادیر مرجع، هر عملیات سوییچینگ به صورت جداگانه بررسی و هنگام تغییرات دینامیکی نظیر بارهای ناگهانی، بهینه‌سازی می‌شود.

چرا DTC؟

روش کنترل مستقیم گشتاور یا DTC، به دلایل چندگانه که در زیر آمده است، به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین روش‌های کنترل موتورهای AC شناخته می‌شود:

• متغیرهای کنترلی حقیقی:

در این روش، متغیرهای کنترلی به صورت حقیقی و غیرابتکاری با ویژگی‌های موتورها (شار و گشتاور) ارتباط برقرار دارند. این امر باعث افزایش دقت و کارایی کنترل می‌شود.

• پردازش نرم‌افزاری سریع:

DTC از پردازش نرم‌افزاری بسیار سریع بهره‌مند است که توسط پردازنده دیجیتال (DSP) انجام می‌شود. این سرعت بالا امکان محاسبات پیچیده و دقیق در زمان واقعی را فراهم می‌کند.

• عدم نیاز به انکودر و مدولاتور:

DTC عدم وابستگی به انکودر و مدولاتور را دارد، که این ویژگی باعث ساده‌تر شدن نصب و بهره‌وری بالاتر می‌شود.

• پاسخ گشتاور سریع:

در مقایسه با درایورهای DC و سایر درایورهای AC، DTC دارای پاسخ گشتاور سریعی است که تقریباً ۱۰ برابر سریعتر از درایور DC معمولی است. این ویژگی اهمیت زیادی در فرآیندهایی دارد که نیاز به تغییرات سرعت فوری دارند.

• دقت سرعت دینامیکی:

DTC دقت سرعت دینامیکی حدود ۸ برابر بهتر از یک درایور AC معمولی دارد، که این امکان را فراهم می‌کند تا در کنترل سرعت موتورها با دقت بالا عمل کند.

به طور خلاصه، DTC به عنوان یک روش کنترل پیشرفته با ویژگی‌های عملکردی برتر شناخته می‌شود که در بسیاری از نیازهای صنعتی، از جمله دقت، سرعت و پاسخ گشتاور، بهبود می‌بخشد.