کلياتی از درایوهای الکتریکی و چالشهای کنترل آنها
متداولترين نوع موتور الکتريکي که امروزه در صنعت استفاده مي گردد موتور القايي قفس سنجابي سه فاز چهار قطب مي باشد [1]. موتورهاي القايي بواسطه راندمان و ضريب قدرت بالا، قيمت پائين، ساختار محکم، قابليت اطمينان و عمر زياد و حداقل نياز به تعمير و نگهداري، چنين جايگاه برجسته اي يافته اند. سازندگان موتور القايي، در طول سالهاي اخير بکمک پيشرفت علم طراحي ماشين و ظهور مواد با کيفيت بالا، محصولات توليدي خود را بطور چشمگيري بهبود بخشيده اند. بازار موجود براي استفاده از موتورهاي القايي يک مانع جدي در متقاعد ساختن توليدکنندگان جهت توليد ساير موتورها محسوب مي شود. اما بعضي خصوصيات ممتاز در موتورهاي ديگر، امکان رقابت آنها با موتور القايي را فراهم آورده است.
اساساً درايوهاي سرعت متغير القايي داراي دو نقطه ضعف عمده مي باشند:
1- تخمين سرعت واقعي روتور بخصوص در سرعتهاي پائين با وجود لغزش و عدم وجود برجستگي بر روي روتور عموماً دشوار بوده و به يک نمونه بردار سرعت نياز دارد. بعلاوه، کنترل درايو القايي در سرعتهاي خيلي پائين پيچيده مي گردد و در پياده سازي با مشکلات اساسي روبرو مي شود.
2- موتورهاي القايي استاندارد به ندرت بر اساس کاربردهاي سرعت متغير طراحي بهينه مي شوند بلکه بطور نرمال بر مبناي ولتاژ تغذيه سينوسي طراحي و ساخته مي گردند. چنانچه يک موتور القايي استاندارد با يک مبدل تغذيه گردد توان خروجي که بطور پيوسته از آن درخواست مي شود بايد از مقدار نامي کمتر باشد زيرا تلفات اضافي ايجاد شده در موتور ناشي از هارمونيکهاي مبدل، دماي داخل موتور را بالا مي برد. بسته به نوع مبدل، نوع مدولاسيون و نحوه طراحي ماشين و با توجه به اطلاعات مندرج در دفترچه هاي فني ارائه شده توسط سازندگان، ميزان کاهش سطح توان خروجي در فرکانس نامي، بين 0 تا 20 درصد متغير است [1].
امکان کنترل بدون نمونه بردار مکانيکي حتي در سرعت صفر، امکان دستيابي به راندمان بالاتر و يا لااقل برابر با موتورهاي القايي پربازده و سرعت چرخش سنکرون از خصوصيات ممتاز موتورهاي سنکرون AC اعم از موتورهاي سنکرون مغناطيس دائم نوع روتور داخلي[1] و موتور سنکرون رلوکتانسي[2] با نسبت اندوکتانس بالا (
بزرگ) در مقايسه با موتور القايي مي باشد. استفاده از آهن رباي دائم در ماشينهاي صنعتي سرعت پائين و حذف جعبه دنده، يکي ديگر از اين برتريهاست.
خانواده ماشينهای دوار الکتريکی مورد استفاده در صنعت، در شکل (1-1) نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه می گردد ماشينهای دوار به سه گروه عمده تقسيم شده اند: ماشينهای AC، DC و سوئيچ شونده. ماشينهای سنکرون با تحريک جداگانه، رلوکتانسی و مغناطيس دائم از جمله نوع سنکرون و نيز ماشين القايی قفس سنجابی و روتور سيم پيچی شده در زمره آسنکرون هستند. در جدول 1-1، کاربرد انواع مبدلهای کنترل شونده جهت درايو ماشينهای دوار AC دسته بندی شده است [2]. مبدل منبع ولتاژ، منبع جريان و سيکلوکانورتر با بکارگيری انواع متنوعی از کليدهای نيمه هادی، ساختارهای نوعی درايو موتورهای مورد نظر را تشکيل می دهند. بطور خاص، درايو موتور سنکرون رلوکتانسی که محدود به توانهای پائين و متوسط مانده است از نوع اينورتر کنترل شونده با ولتاژ با کليد IGBT می باشد.
واقعيت آن است که وجود تکنيکهاي کنترلي کارآمد و امکان پياده سازي آنها با پيشرفت پردازشگرهاي ديجيتالي و تجهيزات الکترونيک قدرت، قابليتهايي فراتر از درايوهاي DC متعارف براي درايوهاي PMSM، SynRM و [3]PMASynRM (موتور سنکرون رلوکتانسي توام با آهن رباي دائم که ترکيبي از دو نوع موتور اول است و به نظر مي رسد در آينده به وفور استفاده خواهد شد) فراهم آورده است [3].
شکل (1-1): خانواده ماشينهای الکتريکی دوار مورد استفاده در صنعت
جدول1-1: ساختارهای نوعی درايو موتورهای الکتريکیAC [2]
گردآوري :دكتر احسان دريابيگي
[1]. J. Haataja, “A Comprative Performance Study of Four-pole Induction Motors and Synchronous Reluctance Motors in Variable Speed Drives”, Ph.D. Thesis, Lappeenranta Univ. of Tech., Finland, 2003
[2]. Control of Electrical Drives, W. Leonhard, Springer-Verlag, 3th Edition, 2001, Germany
]3[ حسين ابوترابی زارچی، “بهبود کنترل مستقيم گشتاور و شار موتور سنکرون رلوکتانسی سه فاز بدون حسگر براساس کنترل غيرخطی تطبيقی”، رسالهي دکترای رشتهي مهندسي برق، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1389.