دانلود تحقیق کنترل کننده های مدرن دور موتور

روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس(یا کنترل V/ Fثابت) :

 ساده ترین روش کنترل موتورهای  AC روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس میباشد. اینک این روش، بطور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع کنترلرها از نوع اسکالر بوده و بصورت حلقه باز با پایداری خوب عمل میکنند. مزیت این روش سادگی سیستمهای کنترلی آن است. در مقابل این نوع کنترلرها برای کاربردهای با پاسخ سریع مناسب نمی باشند.

روش کنترل برداری :

روبوتها و ماشینهای ابزار نمونه هائی از کاربردهای با دینامیک بالا هستند. در این کاربردها روشهای کنترلی برداری استفاده میشود. در روشهای کنترلی برداری با تفکیک مولفه های جریان استاتور به دو مولفه تورک ساز و فلو ساز، و کنترل آنها با استفاده از رگولاتورهای PIترتیبی داده میشود که موتور AC

 نظیر موتور DCکنترل شود. و بدین ترتیب تمام مزایای موتور DCاز جمله پاسخ گشتاور سریع آنها در موتورهای ACنیز در دسترس خواهد بود.

3-روش کنترل مستقیم گشتاور (Direct TorqueControl )

 : پاسخ گشتاور در روشهای  برداری حدود 10 – 20msو در روشهای کنترل مستقیم گشتاور (Direct TorqueControl )این زمان حدود5ms است

 هنگامی‎‎که استفاده از مبدل‎های الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین شرکت‎های برق درمورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط سیستم‎های قدرت را برانگیخت . پیش‎‎بینی‎های مأیوس‎‎کننده‎‎ای از سرنوشت سیستم‎‎های قدرت درصورت اجازه استفاده ازاین تجهیزات انجام گرفت. درحالی‎‎که بعضی ازاین نگرانی‎ها احتمالاً بیش از حد قلمداد گردیدند، ولی بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون این افراد به‎دلیل پیگیری آنها درمورد این مسئله می‎‎باشد.

بروز هارمونیک در سیستم‎های برق اولین پیامد عناصر غیرخطی در شبکه است. به‎‎‎خاطر گسترش فزاینده استفاده از عناصر غیرخطی در سیستم‎‎های برق، مانند راه‎‎اندازها (درایورهای تنظیم سرعت) و مبدل‎‎های الکترونیکی قدرت، مقدار هارمونیک شکل موج جریان و ولتاژ به‎‎‎طور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع کاملاً مشخص است.

بررسی مسائل هارمونیک‎‎ها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطه‎‎نظرات متعددی درمورد کیفیت برق بود. به‎‎نظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز مهمترین مسئله کیفیت برق می‎‎باشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستم‎های قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایر است. بنابراین مهندس برق با پدیده‎‎های ناآشنایی روبرو می‎‎شود که نیاز به ابزار پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تجزیه و تحلیل آنها دارد. گرچه تحلیل مسائل هارمونیکی می‎‎تواند دشوار باشد، ولی خوشبختانه همه سیستم قدرت دارای مشکل هارمونیکی نیست و فقط

درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستم‎های توزیع تحت‎‎تأثیر عوامل ناشی از هارمونیک‎‎ها قرار می‎‎گیرند. مشترکین برق در صورت وجود هارمونیک‎ها مشکلات زیادتری از شرکت‎های برق را تحمل می‎کنند. مشترکین صنعتی که از محرکه‎‎های موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کوره‎‎های قوس الکتریکی، کوره‎‎های القایی، یکسوکننده‎‎ها ، اینورترها، دستگاه‎‎های جوش و نظایر آن استفاده می‎‎کنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربه‎‎پذیرتر از بقیه مشترکین می‎باشند.

اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستم‎های قدرت به شمار نمی‎رود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دوره‎ها درسیستم‎های قدرت الکتریکی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهه‎های قبل نشان می‎دهد که مقالات مختلفی دررابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناخته‎‎شده، ترانسفورماتورها بودند و اولین مشکل نیز در سیستم‎های تلفن پدید آمد. استفاده گروهی از لامپ‎های قوس الکتریک به‎‎‎دلیل مؤلفه‎های هارمونیکی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدل‎های الکترونیک قدرت در سال‎های اخیر نبوده است.

خوشبختانه در طی این سال ها پژوهشگران متوجه شده اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد، به‎‎نحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیک‎ها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهدبود، گرچه این هارمونیک‎ها می‎توانند موجب مسائلی در سیستم‎های مخابراتی شوند. اغلب در سیستم‎های قدرت مشکلات زمانی بروز می‎کنند که خازن‎های موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید دریک فرکانس هارمونیکی گردند. دراین شرایط اغتشاشات و اعوجاجات، بسیار بیش از مقادیر معمول می‎گردند. امکان ایجاد این مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستم‎های صنعتی به‎دلیل درجه زیادی از تشدید رخ می‎دهد

  وقتی تجهیزات بتوانند در سرعت کاهش‎‎یافته کار کنند چند گزینه قابل انتخاب است.

مثال‎‎های ذیل نمونه‎‎هایی برای همه صنایع هستند

AC فرکانس متغیر (با تنظیم فرکانس)

وقتی پمپ‎‎های گریز از مرکز، فن‎‎ها و دمنده‎‎ها در سرعت ثابت کار می‎‎کنند و خروجی با استفاده از والوها و مسدود‎‎کننده‎‎ها کنترل می‎شود موتور صرفنظر از مقدار خروجی در نزدیکی بار کامل کار می‎‎کند که باعث می‎شود انرژی زیادی توسط این مسدودکننده‎‎ها و والوها تلف شود. اگر این تجهیزات بتوانند همواره در سرعت مورد نیاز کار کنند مقدار زیادی انرژی صرفه‎‎جویی می‎شود. درایوهای تنظیم سرعت باعث می‎شوند تجهیزات باتوجه به نیاز سیستم در حالت بهینه عمل کنند.

کنترلرهای AC تنظیم فرکانس (فرکانس متغییر) وسایل پیچیده‎‎ای بوده و گرانقیمت هستند. بااین‎‎حال می‎‎توانند به‎‎‎راحتی به‎ موتورهای القایی AC استاندارد اضافه شوند. با هزینه تجهیزات کمتر و هزینه‎‎های الکتریکی بیشتر (با کاهش هزینه تجهیزات و افزایش هزینه‎‎های الکتریکی) کاربرد این وسایل در اغلب موارد اقتصادی می‎شود. بسیاری از انواع پمپ‎‎ها، فن‎‎ها، میکسچرها، نقاله‎‎ها، خشک‎‎کننده‎‎ها، خردکننده‎‎ها (سنگ‎‎شکن‎‎ها) آسیاب‎‎ها، صافی‎‎ها و برخی انواع کمپرسورها، دمنده‎‎ها و همزن‎‎ها در سرعت‎‎های مختلف با وسایل تنظیم سرعت کار می‎‎کنند.

تجهیزات مجهز به‎ تنظیم سرعت کمنراز نصف تجهیزات مجهز به‎ مسدودکننده انرژی مصرف می‎‎کنند.

در عمل باید برای محاسبه دقیق صرفه‎‎جویی حاصل براساس کیلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زیر50درصد ظرفیت نامی افت می‎‎کند.

DC حالت جامد (نیمه‎‎هادی)

می‎‎توان با تنظیم سرعت با استفاده از درایوهای DC صرفه‎‎جویی‎‎های مشابهی را انجام داد. هزینه اولیه نسبت‎‎به‎ درایوهای AC تنظیم فرکانس بیشتر است به‎‎‎خصوص وقتی مستقیماً بتوان از کنترلرهای الکتریکی در موتور AC استفاده کرد. تعمیر و نگهداری

کموتاتور و زغال نیز هزینه زیادی در درایوهای DC دربردارد. همچنین سیستم‎‎های DC نسبت‎‎به‎ هوای خورنده و کثیف (مملو از ذرات) که در یک محیط صنعتی معمول است حساس‎‎ترند.

بنابراین درایوهای AC معمولاً ترجیح داده می‎شوند مگر در مواردی که شرایط عملیاتی برخی از مشخصه‎‎های سیستم‎‎های DC از قبیل تنظیم سرعت خیلی دقیق، معکوس کردن سریع جهت، یا گشتاور ثابت در رنج سرعت نامی مورد نیاز باشد.از این درایوها در ماشین‎‎های حدیده ((drawing machins، پوشش‎‎دهنده‎‎ها (لعاب‎‎دهنده‎‎ها coaters) ماشین‎‎های تورق (laminators)، دستگاه‎‎های سیم‎‎پیچی (winders) و سایر تجهیزات استفاده می‎شود.

سایر تکنیک‎‎های تغییر سرعت موتور عبارت است از درایوهای لغزش (slip) الکترومکانیکی، درایوهای سیال. و موتورهای القایی (موتورهای با روتور سیم‎‎پیچی‎‎شده). این درایوها با تغییر درجه لغزش بین درایو و عنصر درحال حرکت سرعت را کنترل می‎‎کنند. چون قسمتی از انرژی مکانیکی که تبدیل به‎ بار نمی‎‎شود به‎ حرارت تبدیل می‎گردد این درایوها دارای بازده کمی بوده و معمولاً به‎‎‎خاطر مشخصه‎‎های خود در کاربردهای خاصی به‎‎‎کار برده می‎‎شوند. مثلاً ممکن است از درایوهای سیال در سنگ‎‎شکن‎‎ها (خردکننده‎‎ها) استفاده شوند چون دارای ظرفیت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانایی مقاومت دربرابر بارهای شوک، قابلیت مقاومت در سیکل‎‎های سکون (ازکارافتادگی)، ماهیت ایمنی آن و قابلیت تحمل هوای ساینده را دارند.

چون درایوهای AC و DC  سرعت چرخنده اصلی را تغییر می‎‎دهند برای صرفه‎‎جویی در انرژی ترجیح داده می‎‎شوند.

 درایوهای تنظیم سرعت مکانیکی ساده‎‎ترین و ارزانترین وسایل تغییر سرعت هستند. این نوع چرخ‎‎های قابل تنظیم می‎‎توانند در امتداد محور باز و بسته شوند و درنتیجه میزان تماس چرخ را با تسمه تنظیم کنند.

مزیت عمده درایوهای مکانیکی سادگی آنها ، سهولت تعمیر و نگهداری و هزینه پایین آنها است. یک سرویس تعمیر و نگهداری درحد متوسط و کنترل سرعت با دقت کم (معمولاً 5درصد) از خصوصیات این درایوها است.

درایوهای تسمه‎‎ای برای گشتاورهای کم تا متوسط (100اسب‎‎بخار) در دسترس هستند. بازده درایوهای تسمه‎‎ای 95 درصد است و نسبت کاهش سرعت تا 10به‎ 1 می‎‎رسد.

از درایوهای زنجیری فلزی در گشتاور زیاد استفاده می‎شود. این درایوها مشابه درایوهای تسمه‎‎ای هستند فقط به‎‎‎جای تسمه‎‎های لاستیکی از تسمه‎‎های فلزی استفاده شده است.

 وقتی فقط با یک کاهش سرعت به‎ نتیجه رضایت‎‎بخش برسیم گزینه ارزانتری را می‎‎توانیم انتخاب کنیم. اگرچه سرعت‎‎های متغییر این مزیت را دارند که در وضعیت‎‎های مختلف می‎‎توان سرعت بهینه را به‎‎‎کار برد، در مواقعی که رنج تغییر سرعت محدود است و زمانی که موتور باید در سرعت پایین‎‎تری کار کند نسبت‎‎به‎ زمان کل کار موتور کم است احتمالاً یک کاهنده تک‎‎سرعته ازنظر هزینه و اثربخشی به‎‎‎صرفه‎‎تر است.

درایوهای تسمه‎‎ای:

 در این درایوها یک (یک‎‎بار) کاهش سرعت با کمترین هزینه همراه است چون به‎‎‎راحتی می‎‎توان چرخ‎‎ها را عوض کرد. ازآنجاکه با نصب دوباره چرخ‎‎های قدیمی براحتی می‎‎توان تغییرات را بازگرداند از این روش وقتی استفاده می‎شود که کاهش خروجی برای یک دوره معین موردنیاز است. مثلاً وقتی سطح تولید برای یک زمان نامشخص کاهش یافته ولی ممکن است در آینده نیاز باشد که به‎ ظرفیت اولیه برگردیم

کاهش دور توسط چرخ‎‎دنده: حالت‎‎های مشابه‎‎ای را توسط تغییر چرخ‎‎دنده می‎‎توان به‎‎‎کار برد.

تعویض موتور:

درمواردی که یک بار کاهش سرعت موردنیاز است یک موتور با سرعت کم‎‎تر را نیز می‎‎توان جایگزین‎‎نمود.

 موتور دوسرعته یک راه‎‎حل اقتصادی میانه درمقایسه با استفاده از‎ درایوهای چندسرعته و سرعت ثابت است.

همانطورکه در مثال‎‎های قبلی بیان شد چون توان مصرفی با مکعب (توان سوم) سرعت متناسب است، صرفه‎‎جویی در انرژی اهمیت زیادی دارد. درعمل یک افزایش جزئی به‎‎‎خاطر تلفات اصطکاک رخ می‎‎دهد. از این روش و استفاده از روش‎‎های کنترلی دیگر می‎‎توان خروجی را در یک رنج محدود کنترل کرد.

دوسرعت را می‎‎توان از یک سیم‎‎پیچ به‎‎‎دست آورد ولی سرعت پایینی باید نصف سرعت بالایی باشد. مثلاً سرعت‎‎های موتور به‎ این شکل است 900/1800 ، 600/1200 ، 1800/3600

وقتی به نسبت‎‎های دیگری از سرعت نیاز است استفاده از یک استاتور دو سیم‎‎پیچه ضروری است. از موتورهای قفسی چندسرعته (multispeed squirrel cage motors) نیز که دارای سه یا چهار سرعت همزمان هستند می‎‎توان استفاده نمود.

قیمت موتورهای دوسرعته تقریباً دو برابر موتورهای تک‎‎سرعته است. اگر یک موتور بتواند در دوره‎‎های زمانی محسوسی با سرعت کم‎‎تر کار کند صرفه‎‎جویی حاصله سرمایه‎‎گذاری اضافی را توجیه می‎‎کند. در موتورهای چندسرعته استارترهای گرانقیمتی موردنیاز است چون اندازه محافظ‎‎های اضافه‎‎بار در سرعت‎‎های مختلف متفاوت است

 درایو یا کنورتور فرکانس و یا کنترلکننده دور موتور برای تنظیم دور الکتروموتورهای AC (موتورهای سه فاز ) استفادهمیگردد. درایوها قادرند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی موتور و بطورپیوسته تغییر دهند.  

تنظیم دور در الکتروموتورها علاوه بر منعطف نمودن پروسههای صنعتی ، در کاربردهای زیادی منجر به صرفه جوئی انرژی هم میگردد. علاوه بر آندرایوها جریان راه اندازی کشیده شده از شبکه را به میزان زیادی کاهش میدهند. بطوریکه این جریان خیلی کمتر از جریان اسمی موتور است.

درایوها میتوانندموتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استپ نمایند. زمان استارت و استپ رامیتوان بدقت تنظیم نمود. این زمانها میتوانند کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد. توانائی درایو در استارت و استپ نرم موجب کاهش قابل ملاحظه تنشهای مکانیکی درکوپلینگها و سایر ادوات دوار میگرد

 درایوهای مدرن امروزی بر اساس تکنولوژی مدولار ساخته میشوند. این امر هم درقسمتهای سخت افزاری و هم در قسمتهای نرم افزاری درایو رعایت میشود. ساختار مدولارقابلیت بر آورده سازی بسیاری از نیازهای مشتری را دارد. اغلب این درایوها ازتکنولوژی کنترل برداری بهره میگیرند. این روش کنترل امکان کنترل موتور را با دقت ودینامیک زیاد فراهم میاورد. بطوریکه این درایوها اینک قادرند درست نظیر درایوهای DC رفتار نمایند. آنها را میتوان در کاربردهای کنترل سرعت و یا کنترل گشتاور بسهولتمورد استفاده قرارداد. بطوریکه سادگی  و استحکام موتورهای القائی درکنار ایندرایوها مجموعه ای مطمئن و کارا از آنها میسازد . هر چند که این درایوها ازتکنولوژی الکترونیک قدرت پیچیده  استفاده میکنند اما بدلیل استاتیک بودنشان هزینههای نگهداشت زیادی به صنعت تحمیل نمی کنند.

درایوهای مدرن قادرند بطور اتوماتیک فلو ی مغناطیسی در موتور را در سطح بهینه اننگهدارند. این ویژگی در جاهائی که بار موتور کم است منجر به صرفه جوئی انرژی خواهدشد.

 درایوهای مدرن امروزه در کاربردهای فیدبک و سرو نیز بسهولت بکار گرفته میشوند. ساختار مدولار آنها بگونه ای است که میتوان متناسب با کاربرد از کارتهای اختیاریاستفاده نمود. این کارتها امکان تطبیق درایو با کاربرد مشتری را فراهم می آورند. درکنار این مقدورات سخت افزاری باید به برنامه های نرم افزاری متعددی نیز اشاره نمود،که معمولات توسط سازندگان درایو برای نیازهای مختلف صنعتی ارائه میشود. استفاده ازاین برنامه های کاربردی بسیار ساده بوده و کاربر میتواند برنامه دلخواه خود راانتخاب و در داخل درایو قراردهد. درایوهای امروزی میتوانند بسیاری از فیلد باسهایموجود را پشتیبانی کنند. امروزه پروفی باس به عنوان یک فیلدباس باز( Open ) ، دربسیاری از کاربردهای صنعتی متداول شده است. سازندگان درایو با استفاده از پروفایل Profi Drive بسهولت سازگاری خود را با پروفی باس برقرار میسازند.

•        حفاظت کامل الکتروموتور در مقابل اضافه جریان و نوسانات ولتاژ

•        انعطاف پذیری در کنترل پروسه

•        سازگاری با نیازهای کاربردی موتور

سیستم نرم افزاری درایوهای ساخت شرکت Vacon  از دو لایه تشکیل شده است. لایه اولنرم افزار سیستم و لایه دوم جهت توسعه نرم افزارهای کاربردی کاربر اختصاص یافتهاست. با کمک این لایه کاربر میتواند با کمک ابزار گرافیکی و با استفاده از زبانهایرایج برنامه نویسی برنامه های کاربردی خود را توسعه دهد. وکن تنها به همین اکتفانکرده و با آماده نمودن صدها برنامه کاربردی به کاربر کمک میکند بسهولت برنامهکاربردی مورد نظر را در درایو نصب نموده و از آنها استفاده نماید. بعنوان نمونهمیتوان به نرم افزارهای کاربردی زیر اشاره نمود: