درایوهای الکتریکی چگونه کنترل می‌شوند؟

درایوهای الکتریکی امروزه به ضروری ترین تجهیزات در موتورهای الکتریکی و سایر ماشین های دوار تبدیل شده اند. ما می دانیم که درایوهای الکتریکی عمدتاً سه نوع کار را انجام می دهند:

1. شروع کردن
2. کنترل سرعت
3. ترمز

می توان گفت که درایوهای الکتریکی ما را قادر می سازند تا موتور را از هر نظر کنترل کنیم. اما کنترل درایوهای الکتریکی نیز ضروری است زیرا تمام عملکردهایی که درایوها انجام می دهند عمدتاً عملیات گذرا هستند، یعنی تغییر ولتاژ ترمینال، جریان و غیره بسیار زیاد است که ممکن است به طور موقت یا دائم به موتور آسیب برساند.

این نیاز به کنترل منجر به طراحی روش ها و تجهیزات مختلفی برای مدیریت پارامترهای مختلف درایوها شده است که ما در ابتدا به تعریف مفاهیم پایه سپس به روش های کنترل به طور کامل خواهیم پرداخت.

🤔 مفاهیم کلیدی:

درایوهای الکتریکی: درایوهای الکتریکی سیستم‌هایی هستند که عملکرد موتورهای الکتریکی از جمله راه‌اندازی، کنترل سرعت و ترمز را کنترل می‌کنند.

اهمیت کنترل: کنترل درایوهای الکتریکی برای جلوگیری از آسیب ناشی از تغییرات ناگهانی ولتاژ یا جریان ضروری است.

حلقه بسته: این سیستم از بازخورد برای تنظیم ورودی ها بر اساس خروجی ها، ارائه حفاظت، پاسخ سریعتر و دقت بهتر استفاده می کند.

محدودیت جریان: این روش با استفاده از یک حلقه بازخورد برای حفظ سطوح جریان ایمن از جریان بیش از حد در هنگام راه اندازی موتور جلوگیری می کند.

سرعت حلقه بسته: این سیستم از حلقه‌های فیدبک برای تنظیم سرعت موتور استفاده می‌کند و با متعادل کردن عملکردهای موتور و ترمز، عملکرد روان را تضمین می‌کند.

کنترل حلقه بسته درایوهای الکتریکی

سیستم های کنترل می توانند سیستم کنترل حلقه باز یا حلقه بسته باشند. در یک سیستم کنترل حلقه باز، خروجی بر ورودی تاثیر نمی گذارد و کنترل را مستقل از خروجی می کند. در مقابل، یک سیستم حلقه بسته از بازخورد خروجی برای تنظیم ورودی استفاده می کند. اگر خروجی از مقدار تنظیم شده بیشتر شود، ورودی کاهش می یابد و بالعکس. سیستم کنترل حلقه بسته در درایوهای الکتریکی به محافظت از سیستم، افزایش سرعت پاسخ و بهبود دقت کمک می کند.

1. حفاظت
2. افزایش سرعت پاسخگویی
3. برای بهبود دقت حالت پایدار

در بحث‌های بعدی، پیکربندی‌های حلقه بسته متفاوتی را مشاهده خواهیم کرد که در درایوهای الکتریکی صرف نظر از نوع منبع تغذیه آن‌ها، یعنی DC یا AC، استفاده می‌شوند.

کنترل جریان محدود کننده

در هنگام راه اندازی، اگر اقدامات احتیاطی انجام نشود، موتورها می توانند جریان عظیمی را تجربه کنند. یک کنترل کننده حد جریان برای مدیریت این مورد استفاده می شود. جریان را کنترل می کند و اگر از حد مطمئن فراتر رفت، حلقه بازخورد برای کاهش جریان فعال می شود. پس از بازگشت به سطح ایمن، حلقه بازخورد غیرفعال می شود و عملکرد عادی را تضمین می کند.

کنترل گشتاور حلقه بسته

این نوع کنترل کننده گشتاور عمدتاً در وسایل نقلیه باتری دار مانند اتومبیل، قطار و غیره دیده می شود. پدال گاز موجود در وسایل نقلیه توسط راننده فشار داده می شود تا گشتاور مرجع T را تنظیم کند. گشتاور واقعی T از T* پیروی می کند که توسط راننده کنترل می شود.

کنترل سرعت حلقه بسته درایو های الکتریکی

حلقه های کنترل سرعت حلقه های بازخوردی هستند که به طور گسترده در درایوهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. نگاه کردن به یک بلوک دیاگرام می تواند به درک نحوه عملکرد آنها کمک کند. کنترل سرعت حلقه بسته
از نمودار می بینیم که دو حلقه کنترل وجود دارد که می توان به عنوان حلقه داخلی و حلقه بیرونی گفت. حلقه کنترل جریان داخلی، مبدل و جریان موتور یا گشتاور موتور را کمتر از حد ایمن محدود می کند. اکنون می توانیم عملکرد حلقه کنترل و درایو را با مثال های عملی درک کنیم. فرض کنید سرعت مرجع Wm* افزایش می یابد و خطای مثبت ΔWm وجود دارد که نشان می دهد سرعت باید افزایش یابد.
اکنون حلقه داخلی جریان را افزایش می دهد و آن را تحت حداکثر جریان مجاز نگه می دارد. و سپس راننده شتاب می گیرد، وقتی سرعت به سرعت مورد نظر رسید، گشتاور موتور برابر با گشتاور بار است و سرعت مرجع Wm کاهش می یابد که نشان می دهد دیگر نیازی به شتاب نیست، بلکه باید کاهش سرعت وجود داشته باشد. و ترمز توسط کنترل کننده سرعت در حداکثر جریان مجاز انجام می شود. بنابراین می توان گفت که در حین کنترل سرعت، عملکرد از موتور به ترمز و از ترمز به موتور به طور مداوم برای عملکرد و کارکرد نرم موتور منتقل می شود.

نتیجه‌گیری

درایوهای الکتریکی نقش حیاتی در مدیریت و بهینه‌سازی عملکرد موتورهای الکتریکی و ماشین‌های دوار دارند. با قابلیت‌هایی مانند راه‌اندازی، کنترل سرعت و ترمز، این سیستم‌ها امکان کنترل کامل موتور را فراهم می‌کنند. با این حال، کنترل دقیق درایوهای الکتریکی ضروری است، زیرا تغییرات گذرا در ولتاژ و جریان می‌توانند آسیب‌های جدی به موتور وارد کنند.

استفاده از سیستم‌های کنترل حلقه بسته و روش‌هایی مانند کنترل محدودیت جریان، کنترل گشتاور و کنترل سرعت حلقه بسته، باعث افزایش حفاظت، بهبود سرعت پاسخ و افزایش دقت عملکرد می‌شود. این تکنیک‌ها نه تنها از موتور محافظت می‌کنند، بلکه عملکردی روان و کارآمد را تضمین می‌کنند.

با درک و پیاده‌سازی این روش‌ها، می‌توان از مزایای کامل درایوهای الکتریکی بهره برد و عمر مفید موتور و تجهیزات مرتبط را بهبود بخشید. درایوهای الکتریکی، نه‌تنها به‌عنوان ابزارهای کنترلی بلکه به‌عنوان عاملی برای ارتقای بهره‌وری و ایمنی سیستم‌های الکتریکی اهمیت دارند.