فهم التحكم القياسي (V / f) لمحركات الحث

سنحاول في هذه المقالة فهم كيفية تنفيذ خوارزمية التحكم القياسي للتحكم في سرعة المحرك التعريفي بحسابات مباشرة نسبيًا ، ومع ذلك نحقق تحكمًا جيدًا في السرعة المتغيرة الخطي للمحرك.

تقارير من العديد من تحليلات السوق العليا تكشف ذلك المحركات التعريفي هي الأكثر شيوعًا عندما يتعلق الأمر بالتعامل مع التطبيقات والوظائف المتعلقة بالمحركات الصناعية الثقيلة. ترجع الأسباب الرئيسية وراء شعبية المحركات الحثية أساسًا إلى درجة متانتها العالية ، وموثوقيتها الأكبر من حيث مشاكل التآكل ، والكفاءة الوظيفية العالية نسبيًا.

ومع ذلك ، فإن المحركات الحثية لها جانب سلبي نموذجي ، حيث ليس من السهل التحكم فيها بالطرق التقليدية العادية. يعد التحكم في المحركات الحثية أمرًا متطلبًا نسبيًا نظرًا لتكوينه الرياضي المعقد نوعًا ما ، والذي يتضمن في المقام الأول:

• استجابة غير خطية عند التشبع الأساسي
• عدم استقرار شكل التذبذبات بسبب اختلاف درجات حرارة الملف.

نظرًا لهذه الجوانب الحاسمة ، فإن تنفيذ التحكم في المحرك التعريفي يتطلب على النحو الأمثل خوارزمية محسوبة بدقة مع موثوقية عالية ، على سبيل المثال باستخدام طريقة 'التحكم في النواقل' ، بالإضافة إلى استخدام نظام معالجة يعتمد على متحكم دقيق.

فهم تنفيذ التحكم العددي

ومع ذلك ، توجد طريقة أخرى يمكن تطبيقها لتنفيذ التحكم في المحرك التعريفي باستخدام تكوين أسهل بكثير ، وهو التحكم القياسي الذي يشتمل على تقنيات محرك غير ناقل.

من الممكن في الواقع تمكين محرك تحريضي التيار المتردد في حالة مستقرة من خلال تشغيله بتغذية مرجعية مباشرة للجهد وأنظمة التحكم الحالية.

في هذه الطريقة العددية ، يمكن تعديل المتغير القياسي بمجرد تحقيق قيمته الصحيحة إما عن طريق التجربة عمليًا أو من خلال الصيغ والحسابات المناسبة.

بعد ذلك ، يمكن استخدام هذا القياس لتنفيذ التحكم في المحرك عبر دائرة حلقة مفتوحة أو من خلال طوبولوجيا حلقة تغذية مرتدة مغلقة.

على الرغم من أن الطريقة العددية للتحكم تعد بنتائج جيدة للحالة المستقرة على المحرك ، إلا أن استجابتها العابرة قد لا تصل إلى المستوى المطلوب.

كيف تعمل محركات التعريفي

تشير كلمة 'الاستقراء' في المحركات التحريضية إلى الطريقة الفريدة لعملها حيث يصبح جذب الدوار بواسطة لف الجزء الثابت جانبًا مهمًا من العملية.

عندما يتم تطبيق التيار المتردد عبر لف الجزء الثابت ، يتفاعل المجال المغناطيسي المتذبذب من لف الجزء الثابت مع المحرك الدوار مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا جديدًا على الجزء المتحرك ، والذي يتفاعل بدوره مع الحقل المغناطيسي للجزء الثابت مما يؤدي إلى قدر كبير من عزم الدوران على الجزء المتحرك . يوفر عزم الدوران هذا الإخراج الميكانيكي الفعال المطلوب للآلة.

ما هو المحرك التعريفي ذو قفص السنجاب ثلاثي الأطوار

إنه أكثر أنواع المحركات الحثية شيوعًا ويستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية. في المحرك التحريضي على شكل قفص سنجاب ، يحمل الجزء المتحرك سلسلة من القضبان مثل الموصلات المحيطة بمحور الجزء المتحرك ، مما يمثل هيكلًا فريدًا يشبه القفص ، ومن هنا جاء اسم 'قفص السنجاب'.

هذه القضبان المنحرفة في الشكل وتدور حول محور الدوار متصلة بحلقات معدنية سميكة ومتينة في نهايات القضبان. لا تساعد هذه الحلقات المعدنية في تثبيت القضبان بقوة في مكانها فحسب ، بل تساعد أيضًا في فرض دائرة كهربائية قصيرة أساسية عبر القضبان.

عندما يتم تطبيق لف الجزء الثابت بتيار متناوب جيبي ثلاثي الطور متسلسل ، يبدأ المجال المغناطيسي الناتج أيضًا في التحرك بنفس سرعة التردد الجيبي للجزء الثابت ثلاثي الطور (ωs).

نظرًا لأن مجموعة الجزء المتحرك من قفص السنجاب يتم تثبيتها داخل لف الجزء الثابت ، فإن المجال المغناطيسي المتناوب ثلاثي الأطوار أعلاه من لف الجزء الثابت يتفاعل مع مجموعة الدوار التي تحفز مجالًا مغناطيسيًا مكافئًا على موصلات الشريط لتجميع القفص.

هذا يفرض وجود مجال مغناطيسي ثانوي حول قضبان الدوار ، وبالتالي يضطر هذا المجال المغناطيسي الجديد للتفاعل مع الحقل الثابت ، مما يفرض عزم دوران على الجزء المتحرك الذي يحاول تتبع اتجاه الحقل المغناطيسي للجزء الثابت.

في هذه العملية ، تحاول سرعة الجزء المتحرك الوصول إلى سرعة التردد للجزء الثابت ، وعندما تقترب من سرعة المجال المغناطيسي المتزامن للجزء الثابت ، يبدأ فرق السرعة النسبي e بين سرعة تردد الجزء الثابت وسرعة دوران الجزء المتحرك في التناقص ، مما يؤدي إلى انخفاض في المغناطيسية تفاعل المجال المغناطيسي للدور على المجال المغناطيسي للجزء الثابت ، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل عزم الدوران على الجزء المتحرك ، وإخراج الطاقة المكافئة للدوار.

يؤدي هذا إلى الحد الأدنى من الطاقة على الجزء المتحرك ، وبهذه السرعة يُقال إن الدوار قد اكتسب حالة ثابتة ، حيث يكون الحمل على الجزء المتحرك مكافئًا ومطابقًا لعزم الدوران على الجزء المتحرك.

يمكن تلخيص عمل المحرك التعريفي استجابة للحمل كما هو موضح أدناه:

نظرًا لأنه أصبح من الضروري الحفاظ على فرق دقيق بين سرعة الدوار (العمود) وسرعة التردد الداخلي للجزء الثابت ، فإن سرعة الجزء المتحرك التي تتعامل بالفعل مع الحمل ، تدور بسرعة منخفضة قليلاً عن سرعة تردد الجزء الثابت. على العكس من ذلك ، إذا افترضنا أن الجزء الثابت مطبق بإمداد ثلاثي الأطوار 50 هرتز ، فإن السرعة الزاوية لتردد 50 هرتز عبر لف الجزء الثابت ستكون دائمًا أعلى قليلاً من الاستجابة في سرعة دوران الدوار ، ويتم الحفاظ على هذا بطبيعته لضمان أفضل السلطة على الدوار.

ما هو الانزلاق في المحرك التعريفي

يُطلق على الاختلاف النسبي بين السرعة الزاوية للتردد للجزء الثابت وسرعة الدوران المستجيبة للجزء المتحرك اسم 'الانزلاق'. يجب أن يكون الانزلاق موجودًا حتى في المواقف التي يتم فيها تشغيل المحرك باستراتيجية موجهة نحو المجال.

نظرًا لأن عمود الدوران في المحركات الحثية لا يعتمد على أي إثارة خارجية لدورانه ، فيمكنه العمل بدون حلقات أو فرش انزلاقية تقليدية تضمن تقريبًا عدم تآكل وتمزق وكفاءة عالية ومع ذلك غير مكلفة مع صيانتها.

يتم تحديد عامل عزم الدوران في هذه المحركات من خلال الزاوية المحددة بين التدفقات المغناطيسية للجزء الثابت والدوار.

بالنظر إلى الرسم البياني أدناه ، يمكننا أن نرى أن سرعة الجزء المتحرك محددة بـ ، وأن الترددات عبر الجزء الثابت والدوار يتم تحديدها بواسطة المعلمة 's' أو الانزلاق المقدم مع الصيغة:

ق = ( ω س - ω ص ) / ω س

في التعبير أعلاه ، s هي 'الانزلاق' الذي يظهر الفرق بين سرعة التردد المتزامن للجزء الثابت وسرعة المحرك الفعلية المطورة على عمود الدوار.

فهم نظرية التحكم في السرعة العددية

في مفاهيم التحكم في المحرك التعريفي حيث التقنية V / هرتز يتم استخدام التحكم في السرعة عن طريق ضبط جهد الجزء الثابت فيما يتعلق بالتردد بحيث لا يتمكن تدفق فجوة الهواء أبدًا من الانحراف عن النطاق المتوقع للحالة المستقرة ، وبعبارة أخرى يتم الحفاظ عليه ضمن هذه الحالة الثابتة المقدرة القيمة ، ومن ثم يطلق عليها أيضًا اسم التحكم العددي لأن التقنية تعتمد بشكل كبير على ديناميكيات الحالة المستقرة للتحكم في سرعة المحرك.

يمكننا فهم طريقة عمل هذا المفهوم من خلال الرجوع إلى الشكل التالي ، الذي يوضح المخطط المبسط لتقنية التحكم القياسي. في الإعداد ، يُفترض أن مقاومة الجزء الثابت (Rs) هي صفر ، في حين أن محاثة التسرب للجزء الثابت (LIs) تتأثر بتسرب الجزء المتحرك والحث الممغنط (LIr). يمكن ملاحظة أن (LIr) الذي يصور حجم تدفق فجوة الهواء قد تم دفعه قبل محاثة التسرب الكلية (Ll = Lls + Llr).

نتيجة لهذا ، فإن تدفق فجوة الهواء الناتج عن التيار الممغنط يحصل على قيمة تقريبية قريبة من نسبة التردد للجزء الثابت. وبالتالي يمكن كتابة تعبير الطور لتقييم الحالة المستقرة على النحو التالي:

بالنسبة للمحركات الحثية التي قد تعمل في مناطقها المغناطيسية الخطية ، لن يتغير Lm ويظل ثابتًا ، في مثل هذه الحالات يمكن التعبير عن المعادلة أعلاه على النحو التالي:

حيث V و هي قيم جهد الجزء الثابت وتدفق الجزء الثابت على التوالي ، بينما تمثل Ṽ معلمة الطور في التصميم.

يوضح التعبير الأخير أعلاه بوضوح أنه طالما ظلت نسبة V / f ثابتة بغض النظر عن أي تغيير في تردد الإدخال (f) ، فإن التدفق يظل ثابتًا أيضًا ، مما يمكّن القفل من العمل دون الاعتماد على تردد جهد الإمداد . هذا يعني أنه إذا تم الحفاظ على ΛM عند مستوى ثابت ، فسيتم أيضًا تقديم نسبة Vs / بسرعة ثابتة مناسبة. لذلك ، كلما زادت سرعة المحرك ، سيحتاج الجهد عبر لف الجزء الثابت أيضًا إلى زيادة تناسبية ، بحيث يمكن الحفاظ على ثابت V / f.

ومع ذلك ، فإن الانزلاق هو وظيفة الحمل المرتبط بالمحرك ، فإن سرعة التردد المتزامن لا تصور السرعة الحقيقية للمحرك.

في حالة عدم وجود عزم تحميل على الدوار ، قد يكون الانزلاق الناتج صغيرًا بشكل مهم ، مما يسمح للمحرك بالوصول إلى سرعات قريبة من التزامن.

هذا هو السبب في أن التكوين الأساسي Vs / f أو V / Hz قد لا يكون له القدرة على تنفيذ التحكم الدقيق في سرعة المحرك التعريفي عند توصيل المحرك بعزم دوران الحمل. ومع ذلك ، يمكن بسهولة إدخال تعويض الانزلاق في النظام إلى جانب قياس السرعة.

يوضح التمثيل الرسومي الموضح أدناه بوضوح مستشعر السرعة داخل نظام V / Hz ذو الحلقة المغلقة.

في التطبيقات العملية ، قد تعتمد نسبة جهد الجزء الثابت والتردد على تصنيف هذه المعلمات نفسها.

تحليل V / Hz Speed ​​Control

يمكن مشاهدة تحليل V / Hz القياسي في الشكل التالي.

ستجد في الأساس 3 نطاقات لاختيار السرعة ضمن ملف تعريف V / Hz ، والتي يمكن فهمها من النقاط التالية:

• بالاشارة الى الشكل 4 عندما يكون تردد القطع في المنطقة 0-fc ، يصبح إدخال الجهد ضروريًا ، مما يؤدي إلى حدوث انخفاض محتمل عبر لف الجزء الثابت ، ولا يمكن تجاهل هذا الانخفاض في الجهد ويتطلب تعويضه عن طريق زيادة جهد الإمداد مقابل. يشير هذا إلى أن المظهر الجانبي لنسبة V / Hz في هذه المنطقة ليس دالة خطية. يمكننا تقييم التردد المقطوع بشكل تحليلي لجهود الجزء الثابت المناسبة بمساعدة الدائرة المكافئة للحالة المستقرة التي لها Rs ≠ 0.
• في المنطقة fc-r (المصنفة) هرتز ، يمكنها تنفيذ علاقة Vs / Hz ثابتة ، وفي هذه الحالة يشير ميل العلاقة إلى كمية تدفق فجوة الهواء .
• في المنطقة التي تتجاوز f (مصنفة) ، والتي تعمل بترددات أعلى ، يصبح من المستحيل تنفيذ نسبة Vs / f بمعدل ثابت ، لأنه في هذا الموضع يميل جهد الجزء الثابت إلى التقيد بالقيمة f (المقدرة). يحدث هذا للتأكد من أن لف الجزء الثابت لا يتعرض لانهيار العزل. نتيجة لهذا الموقف ، يميل تدفق فجوة الهواء الناتج إلى الاختراق وتقليله ، مما يؤدي إلى تناقص عزم الدوران المقابل. تسمى هذه المرحلة التشغيلية في المحركات التحريضية باسم 'منطقة ضعف المجال' . لمنع هذا النوع من المواقف ، عادة لا يتم الالتزام بقاعدة V / Hz ثابتة في نطاقات التردد هذه.

نظرًا لوجود تدفق مغناطيسي ثابت للجزء الثابت بغض النظر عن تغيير التردد في لف staor ، يجب أن تعتمد القبعة على الدوار الآن فقط على سرعة الانزلاق ، ويمكن رؤية هذا التأثير في الشكل 5 فوق

مع التنظيم المناسب لسرعة الانزلاق ، يمكن التحكم في سرعة المحرك التعريفي بشكل فعال مع عزم الدوران على حمل الدوار من خلال استخدام مبدأ V / Hz الثابت.

لذلك ، سواء كان وضعًا مفتوحًا أو مغلقًا للتحكم في السرعة ، يمكن تنفيذ كلاهما باستخدام قاعدة V / Hz الثابتة.

يمكن استخدام وضع التحكم في الحلقة المفتوحة في التطبيقات التي قد لا تكون فيها دقة التحكم في السرعة عاملاً مهمًا ، كما هو الحال في وحدات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، أو الأجهزة مثل المروحة والمنفاخ. في مثل هذه الحالات ، يتم العثور على تردد الحمل من خلال الإشارة إلى مستوى السرعة المطلوب للمحرك ، ومن المتوقع أن تتبع سرعة الدوار سرعة التزامن اللحظية تقريبًا. يتم تجاهل وقبول أي شكل من أشكال الاختلاف في السرعة الناتج عن انزلاق المحرك بشكل عام في مثل هذه التطبيقات.

المرجع: http://www.ti.com/lit/an/sprabq8/sprabq8.pdf