วิธีการควบคุมแรงบิดของ VF ควบคุม VFD คืออะไร?

ในฐานะซัพพลายเออร์ของ VF ควบคุม VFD ฉันได้เห็นโดยตรงว่าการควบคุมแรงบิดที่สำคัญมีบทบาทในประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของไดรฟ์ความถี่ผันแปร ในบล็อกนี้เราจะสำรวจวิธีการควบคุมแรงบิดที่หลากหลายของ VF ควบคุม VFD โดยเจาะลึกลงไปในหลักการข้อดีและแอปพลิเคชัน

ทำความเข้าใจกับแรงบิดใน VFDS

แรงบิดเป็นแรงหมุนที่ทำให้วัตถุหมุนรอบแกน ในบริบทของ VFDS การควบคุมแรงบิดเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาความเร็วและประสิทธิภาพที่ต้องการของมอเตอร์ภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน VF ควบคุม VFD (ไดรฟ์ความถี่แปรผัน) ปรับความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่ส่งไปยังมอเตอร์เพื่อควบคุมความเร็วและแรงบิด

การควบคุมแรงบิดโดยตรง (DTC)

หนึ่งในวิธีการควบคุมแรงบิดที่ทันสมัยที่สุดคือการควบคุมแรงบิดโดยตรง (DTC) DTC เสนอการควบคุมแรงบิดและฟลักซ์ของมอเตอร์โดยตรงและรวดเร็ว แทนที่จะใช้การแปลงพิกัดที่ซับซ้อนเช่นในวิธีอื่น DTC จะเลือกเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าที่ดีที่สุดโดยตรงขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างการอ้างอิงและค่าแรงบิดและฟลักซ์ที่แท้จริง

หลักการที่อยู่เบื้องหลัง DTC คือการลดข้อผิดพลาดระหว่างแรงบิดที่ต้องการและแรงบิดและฟลักซ์ที่แท้จริง ด้วยการใช้คอนโทรลเลอร์ hysteresis DTC สามารถปรับเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็วเพื่อรักษาแรงบิดและฟลักซ์ภายในแถบที่ระบุ สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็วมากซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานที่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของแรงบิดเช่นในหุ่นยนต์และการตัดเฉือนความเร็วสูง

ข้อดีของ DTC รวมถึง:

• การตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว: มันสามารถบรรลุเวลาตอบสนองแรงบิดตามลำดับมิลลิวินาทีช่วยให้สามารถเร่งความเร็วและชะลอตัวของมอเตอร์ได้อย่างรวดเร็ว
• ความแม่นยำของแรงบิดสูง: การควบคุมแรงบิดที่แม่นยำสามารถรักษาได้แม้ภายใต้สภาวะโหลดที่แตกต่างกัน
• โครงสร้างการควบคุมที่ง่ายขึ้น: เนื่องจากมันไม่พึ่งพาการแปลงพิกัดที่ซับซ้อนอัลกอริทึมการควบคุมจึงค่อนข้างง่ายลดภาระการคำนวณบนคอนโทรลเลอร์

อย่างไรก็ตาม DTC ยังมีข้อ จำกัด บางประการ มันสามารถสร้างระลอกแรงบิดในระดับที่ค่อนข้างสูงซึ่งอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเชิงกลในมอเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ นอกจากนี้ความถี่การสลับของอินเวอร์เตอร์ใน DTC นั้นไม่คงที่ซึ่งสามารถนำไปสู่ปัญหาการรบกวนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

การควบคุมเวกเตอร์

การควบคุมเวกเตอร์หรือที่เรียกว่าการควบคุมแบบฟิลด์ (FOC) เป็นวิธีการควบคุมแรงบิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับ VF ควบคุม VFD แนวคิดพื้นฐานของการควบคุมเวกเตอร์คือการแปลงกระแสสเตเตอร์สามเฟสของมอเตอร์เป็นสองส่วนประกอบมุมฉาก: ส่วนประกอบแรงบิด - การผลิต (กระแสแกน q - แกน) และส่วนประกอบการผลิตฟลักซ์ - (กระแสแกน d - แกน)

ในการควบคุมเวกเตอร์กระแสของสเตเตอร์จะถูกวัดครั้งแรกจากนั้นเปลี่ยนจากเฟรมอ้างอิงเฟสสามเฟสที่อยู่กับที่เป็นเฟรมอ้างอิงเฟสสองเฟสหมุนที่อยู่ในแนวเดียวกันกับฟลักซ์โรเตอร์ โดยการควบคุมกระแสแกน Q - แกนและแกน D - แกนแรงบิดและฟลักซ์ของมอเตอร์สามารถควบคุมได้แยกกัน

การควบคุมเวกเตอร์มีสองประเภทหลัก: การควบคุมเวกเตอร์โดยตรงและการควบคุมเวกเตอร์ทางอ้อม ในการควบคุมเวกเตอร์โดยตรงตำแหน่งฟลักซ์ของโรเตอร์วัดโดยตรงโดยใช้เซ็นเซอร์เช่นเซ็นเซอร์ฮอลล์หรือตัวเข้ารหัส ในทางกลับกันการควบคุมเวกเตอร์ทางอ้อมประเมินตำแหน่งฟลักซ์ของโรเตอร์ตามพารามิเตอร์ไฟฟ้าของมอเตอร์และกระแสสเตเตอร์ที่วัดได้

ข้อดีของการควบคุมเวกเตอร์รวมถึง:

• ความแม่นยำในการควบคุมแรงบิดสูง: มันสามารถให้การควบคุมแรงบิดที่แม่นยำมากทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการควบคุมความเร็วสูงและแรงบิดสูงเช่นในลิฟต์และเครื่องจักรสิ่งทอ
• ระลอกแรงบิดต่ำ: เมื่อเทียบกับ DTC การควบคุมเวกเตอร์โดยทั่วไปจะสร้างแรงบิดกระเพื่อมน้อยลงทำให้การทำงานของมอเตอร์ราบรื่นขึ้น
• ความถี่สลับคงที่: อินเวอร์เตอร์ในการควบคุมเวกเตอร์ทำงานที่ความถี่การสลับคงที่ซึ่งช่วยลด EMI

อย่างไรก็ตามการควบคุมเวกเตอร์ยังมีข้อเสียบางอย่าง มันต้องมีความรู้ที่แม่นยำเกี่ยวกับพารามิเตอร์ไฟฟ้าของมอเตอร์เช่นความต้านทานสเตเตอร์ความต้านทานของโรเตอร์และการเหนี่ยวนำร่วมกัน ข้อผิดพลาดใด ๆ ในพารามิเตอร์เหล่านี้อาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบควบคุม นอกจากนี้อัลกอริทึมการควบคุมนั้นซับซ้อนกว่า DTC ซึ่งต้องการคอนโทรลเลอร์ที่ทรงพลังกว่า

การควบคุม V/F ด้วยแรงบิดเพิ่ม

การควบคุม V/F เป็นวิธีการควบคุมที่ง่ายที่สุดและใช้กันมากที่สุดสำหรับ VFD ในการควบคุม V/F อัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า (V) ต่อความถี่ (F) จะคงที่เพื่อรักษาฟลักซ์แม่เหล็กที่ค่อนข้างคงที่ในมอเตอร์ อย่างไรก็ตามที่ความถี่ต่ำการลดลงของแรงดันไฟฟ้าความต้านทานสเตเตอร์จะมีความสำคัญซึ่งอาจทำให้แรงบิดของมอเตอร์ลดลง

เพื่อชดเชยสิ่งนี้เพิ่มแรงบิดเพิ่มลงในการควบคุม V/F แรงบิดเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ความถี่ต่ำเพื่อรักษาแรงบิดของมอเตอร์ สิ่งนี้ทำได้โดยการเพิ่มส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมลงในแรงดันเอาต์พุตของ VFD ตามความถี่

ข้อดีของการควบคุม V/F ด้วยแรงบิดรวมถึง:

• อัลกอริทึมการควบคุมอย่างง่าย: เป็นเรื่องง่ายที่จะนำไปใช้และต้องการความรู้น้อยที่สุดเกี่ยวกับพารามิเตอร์ของมอเตอร์
• ต้นทุนต่ำ: เนื่องจากไม่ต้องการเซ็นเซอร์ที่ซับซ้อนหรืออัลกอริทึมการควบคุมค่าใช้จ่ายของ VFD จึงค่อนข้างต่ำ
• เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไป - วัตถุประสงค์: มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานที่การควบคุมแรงบิดที่แม่นยำไม่สำคัญเช่นในพัดลมปั๊มและสายพาน

อย่างไรก็ตามการควบคุม V/F ด้วยแรงบิดเพิ่มความสามารถในการควบคุมแรงบิด มันไม่สามารถให้ความแม่นยำของแรงบิดและการตอบสนองแบบไดนามิกในระดับเดียวกันกับการควบคุม DTC หรือการควบคุมเวกเตอร์ แรงบิดเพิ่มเป็นค่าตอบแทนคงที่ซึ่งอาจไม่เหมาะสมสำหรับเงื่อนไขการโหลดทั้งหมด

แอปพลิเคชันของวิธีการควบคุมแรงบิดที่แตกต่างกัน

• การควบคุมแรงบิดโดยตรง: DTC นั้นดี - เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็วและประสิทธิภาพแรงบิดสูงเช่นในยานพาหนะไฟฟ้ารถไฟความเร็วสูงและหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่นในยานพาหนะไฟฟ้า DTC สามารถปรับแรงบิดของมอเตอร์ได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้การเร่งความเร็วและการชะลอตัวราบรื่นปรับปรุงประสบการณ์การขับขี่ของยานพาหนะ
• การควบคุมเวกเตอร์: การควบคุมเวกเตอร์มักใช้ในแอพพลิเคชั่นที่ต้องการความเร็วสูงและการควบคุมแรงบิดที่มีความแม่นยำเช่นในเครื่องมือเครื่องจักรลิฟต์และเครื่องจักรสิ่งทอ ในเครื่องมือเครื่องจักรการควบคุมเวกเตอร์สามารถมั่นใจได้ว่าแรงตัดที่แม่นยำโดยการควบคุมแรงบิดของมอเตอร์อย่างแม่นยำส่งผลให้การตัดเฉือนที่มีคุณภาพสูง
• การควบคุม V/F ด้วยแรงบิดเพิ่ม: การควบคุม V/F ด้วยแรงบิดเพิ่มขึ้นอย่างกว้างขวางโดยทั่วไป - การใช้งานวัตถุประสงค์ที่ค่าใช้จ่าย - ประสิทธิผลเป็นปัญหาสำคัญเช่นในแฟน ๆ ปั๊มและเครื่องเป่าลม ในแอปพลิเคชันพัดลมมันสามารถรักษาความเร็วที่ค่อนข้างคงที่และให้แรงบิดเพียงพอที่จะขับเคลื่อนใบพัดพัดลม

บทสรุป

โดยสรุปการเลือกวิธีการควบคุมแรงบิดสำหรับ VF ควบคุม VFD ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของแอปพลิเคชัน การควบคุมแรงบิดโดยตรงให้การตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว แต่อาจมีปัญหาเกี่ยวกับแรงบิดระลอกคลื่นและ EMI การควบคุมเวกเตอร์ให้การควบคุมแรงบิดที่มีความแม่นยำสูง แต่ต้องใช้พารามิเตอร์มอเตอร์ที่แม่นยำและอัลกอริทึมการควบคุมที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น การควบคุม V/F ด้วยแรงบิดเพิ่มขึ้นง่ายและมีค่าใช้จ่าย - มีประสิทธิภาพ แต่มีความสามารถในการควบคุมแรงบิด จำกัด

ในฐานะซัพพลายเออร์ของ VF Control VFDs เราสามารถให้โซลูชัน VFD ที่เหมาะสมที่สุดตามความต้องการของแอปพลิเคชันของคุณ ไม่ว่าคุณจะต้องการไฟล์ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร VFDสำหรับแอปพลิเคชันทั่วไป - วัตถุประสงค์หรือประสิทธิภาพสูงไดรฟ์ VFD เฟสเดียวสำหรับงานพิเศษหรือกหน้าที่ปกติและการทำงานหนัก VFDเพื่อจัดการกับเงื่อนไขการโหลดที่แตกต่างกันเรามีความเชี่ยวชาญและผลิตภัณฑ์เพื่อตอบสนองความต้องการของคุณ

หากคุณมีความสนใจในผลิตภัณฑ์ VF ควบคุม VFD ของเราหรือต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการควบคุมแรงบิดโปรดติดต่อเราสำหรับการอภิปรายอย่างละเอียดและการเจรจาต่อรองการจัดซื้อจัดจ้าง เราหวังว่าจะได้ทำงานร่วมกับคุณเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ

การอ้างอิง

• Boldea, I. , & Nasar, SA (2005) ไดรฟ์ไฟฟ้า: วิธีการบูรณาการ CRC Press
• Novotny, DW, & Lipo, TA (2006) การควบคุมเวกเตอร์และการเปลี่ยนแปลงของไดรฟ์ AC สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด
• Bose, BK (2002) อิเล็กทรอนิกส์พลังงานที่ทันสมัยและไดรฟ์ AC Prentice Hall