کنترل دور توان پایین

جزییات بیشتر

 

کنترل دورهای قدرت پایین در 2 مدل FC7702 و BLDC Drive تولید می شوند.
همانگونه که اطلاع دارید ، موتورهای القایی بخصوص موتورهای قفسه سنجابی مزایای زیادی نسبت به موتور های سنکرون دارند که می توان به مواردی همچون نیاز به نگهداری کمتر، قابلیت اطمینان بالاتر ،هزینه کمترو راندمان بیشتر اشاره کرد. برای اینکه بتوان موتور القایی را در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار داد باید بتوان سرعت و گشتاور موتور را در نقطه کار مطلوب کنترل نمود. برای این منظور روش های بسیاری وجود دارد که بهترین و دقیق ترین روش استفاده از کنترل دور یا در اصطلاح VFD است. استفاده از کنترل دورهای برنا علاوه بر اینکه امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتور را فراهم می کند، موجب می گردد که موتور همواره در بالاترین راندمان خودش کار کند و بدین ترتیب مصرف انرژی بصورت چشمگیری کاهش می یابد. شرکت برنا الکترونیک، این گروه از کنترل دورها را در قالب مدل FC7702 تولید می نماید که موتورهای القایی از 0/75 تا 5/5 کیلو وات را پوشش می دهد. مشخصات دقیق تر این گروه در جدول زیر آورده شده است :

 

 

یکی دیگر از انواع موتورهای الکتریکی که اخیرا با استقبال چشمگیری روبرو گشته است، موتور BLDC می باشد. موتور BLDC بدلیل راندمان بالا و ضریب قدرت مناسب در بسیاری از کاربردهایی که مصرف انرژی حائز اهمیت است - مانند لوازم خانگی -  مورد توجه می باشد. این موتور اصلاحا line-start نبوده و برای راه اندازی و استفاده از آن نیاز به بلوک الکترونیک قدرت تحت عنوان BLDC Drive می باشد. شرکت برنا الکترونیک افتخار دارد که همگام با نیاز صنعت این تجهیز را توسعه داده و تحت عنوان کنترل دور موتورهای BLDC به بازار عرضه نموده است.
اگر چه ارائه نظریه مربوط به موتور DC بدون جاروبک به بیش از نیم قرن پیش باز می گردد، اما تنها در طول دو دهه گذشته بر این اساس سیستمهای عملی موثر و ارزشمندی ساخته شده اند. از مهمترین عواملی که به افزایش محبوبیت این نوع محرک منجر گردیده مربوط به بهبودهایی است که در زمینه مواد آهنربایی و کاهش قیمت مدارهای مجتمع و ساخت سوئیچ های ولتاژ بالا جریان بالا می باشد.

برخی از مزایایی سیستم های محرکه DC بدون جاروبک به صورت زیر می باشد:
 
الف) حذف لوازم جاروبک مزایای زیر را به همراه دارد:

1. کارکرد در سرعتهای بالاتر نسبت به ماشینهای DC
2. قابلیت اطمینان بیشتر و عدم نیاز به تعمیر
3. حذف انواع تداخل فرکانس رادیوئی
4. از بین بردن جرقه زدن جاروبک
5. کاهش وزن و حجم موتور

ب) استفاده از روتورهای آهنربای دائم که مزایای زیر را به همراه دارد:

1. حذف تلفات مسی روتور
2. بهبود قابل توجه در مشخصه های حرارتی
3. کاهش قطر روتور نسبت به موتور معمول
4. کوچکی اینرسی روتور و شتاب سریعتر

يك موتور DC بدون جاروبك، ماشين دوار سنكروني است كه داراي روتور مغناطيس دائم بوده وازموقعيتهاي مشخصي از محور دوار روتور،جهت كموتاسيون الكترونيكي استفاده مي کند. اين موتورمي تواند همراه با درايوهاي الكترونيكي مربوطه بصورت مجتمع باشد يا اينكه موتور از درايو مربوطه جدا شود. در یک تقسیم بندی می توان موتورهای BLDC را به دو نوع شار سینوسی و شار ذوزنقه ای تقسیم بندی نمود.

 

موتور BLDC شار سینوسی

در نوع تغذيه سينوسي كه در واقع همان ماشين سنكرون مغناطيس دائم (PMSM) مي باشد براي ايجادشار سينوسي علاوه بر اينكه توزيع سيم پيچي فازهاي استاتور سينوسي است، ولتاژ اعمالي به فازهاي استاتور نيز سينوسي مي باشد. لذا دانستن مقدار لحظه ايي موقعيت روتور الزامي بوده و در نتيجه بايد ازاينكودرهاي موقعيت دقيق استفاده نمود. مقدار گشتاور لحظه ايي در اين نوع موتور بسيار صاف بوده و ريپل گشتاور ناچيز مي باشد. با اين وجود ايجاد سيم بندي سينوسي با پيچيدگي بيشتري همراه بوده و تعداد اتصالات داخلي بيشتري را مي طلبد.

 

موتور BLDC شار ذوزنقه ای

در اين نوع موتور توزيع سيم پيچي فازهاي استاتور بصورت ذوزنقه ايي بوده و ولتاژ اعمالي به فازها نيزبصورت ذوزنقه ايي يا مربعي مي باشد. در اين ساختار، نيازي به دانستن مقدار لحظه ايي موقعيت روتورنبوده و مي توان از سه سنسور وضعيت از نوع اثر هال كه در فواصل 120 درجه نسبت به يكديگر قرار گرفته اند استفاده نمود. محاسبات و عمل كنترلي در اين نوع موتور نسبت به نوع سينوسي بسيار ساده تر مي باشند. در چگالي شار و اندازه يكسان براي هر دو نوع موتور ذوزنقه ايي و سينوسي، نوع ذوزنقه ايي بدليل توزيع سيم بندي ذوزنقه ايي، بمقدار 15 % گشتاور بيشتري توليد مي كند.

 

مزايا و معايب موتور

 

موتورهاي BLDC مغناطيس دائم كه در صنايع اتومبيل سازي و هوافضا، مورد استفاده قرار مي گيرند شامل مزاياي ذيل مي باشند:

1. نويز پائين: بدليل عدم نياز به هيچ گونه جاروبك مكانيكي يا حلقه هاي لغزان در موتورهاي BLDC تمام نويزهاي مكانيكي به استثناي نويزهاي مربوط به بلبرينگها، كوپلينگها وبار حذف مي شوند.
2. بهره بالا: ثابت شده است كه موتورهاي BLDC بهره بالایی را در بين موتورهاي موجود دارند. بهره بالاتر موتورهاي BLDC در اصل بواسطه وجود ميدان مغناطيس دائم موتورمي باشد كه ميداني پيوسته و ثابت بوده و مصرف توان الكتريكي ندارد. خصوصيت مهم ديگرمغناطيسها، طول عمر درازشان مي باشد كه تحت شرايط كاري مناسب، ضريب مغناطيس زدايي پائيني دارند.
3. كاهش ملزومات تحريك: همانطوركه اشاره گرديد، مغناطيسهاي دائم يك ميدان مغناطيسي ثابت ايجاد مي كنند كه بهره را با كاهش نياز به ايجاد يك ميدان تحريك الكتریکی كه در ديگرانواع موتورها لازم است، افزايش مي دهند
4. نگهداري كم و طول عمر بيشتر: چون هيچ جاروبك مكانيكي وجود ندارد و اثري هم از حلقه هاي لغزش نمي باشد، طول عمر موتور وابسته به طول عمر عايقي بلبرينگها و عمر مغناطيسي مي باشد.
5. سهولت در كنترل: در موتور BLDC گشتاور خروجي مستقيما متناسب با جريان موتور است كه در نتيجه عمل كنترل به راحتي انجام مي گردد. لذا بسياري از سازندگان نيمه هاديها، براي موتورهاي BLDC ادوات نيمه هادي قدرت با مدارات درايو گيت در بسته هاي 6 تايي مجتمع طراحي مي كنند تا نيازهاي اينورتر درايو موتور را برآورده سازند و لذا قيمت كلي سيستم و درايو كاهش مي يابد.
6. ساختار مجتمع و متراكم: كاربردهاي هوافضا و اتومبيل، نياز به تجهيزات با وزن كمتر و حجم كوچكتري دارند تا بهره سوخت مصرفي را افزايش دهند و لذا نياز به ذخيره سازي انرژي كمتري داشته باشند. اخيرا مواد مغناطيسي با دانسيته بالا نظير ساماريوم - كبالت و نئوديميم - آهن - بور (Nd Fe B) به بازار عرضه شده اند كه چگالی انرژي ماشين را براي اين كاربردها افزايش مي کند.
با وجود مزاياي ذكر شده، اين موتورها داراي مشخصات و معايب ذاتي مي باشند كه عبارتند از:

1. قيمت مواد مغناطيسي: قيمت مواد مغناطيس دائم با چگالی انرژي بالا، مانع از استفاده از آنها در برخی از كاربردها كه قيمت کم حائز اهمیت می باشد، شده است. بعنوان مثال سراميكها، كمترين قيمت را دارند و از طرفي داراي كمترين چگالی انرژي نيزمي باشند. مغناطيس دائم از نوع (Nd Fe B) بالاترين چگالی انرژي را دارد كه در حدود سه برابر قيمت سراميك مي باشد . مغناطیس دائم ساماريوم - كبالت، چگالی انرژي قابل مقايسه ايي با مگنت (Nd Fe B) داشته ولي در حدود 6 برابر سراميك، قيمت دارد.
2. احتمال مغناطيس زدايي: در استفاده از مواد مغناطيس دائم بايد توجه ویژه ای به نيروهاي مغناطيس زدا و حداکثر دمای قابل تحمل مواد مغناطیس دائم نمود.
علاوه بر موارد فوق مي توان به خطرات ناشي از وقوع خطاهاي اتصال كوتاه در مبدل براي سيم بنديهاي استاتور, ناحيه توان ثابت محدود و قابليت كم عملكرد در سرعتهاي بالا نيز اشاره نمود.

 

مقایسه PMSM و BLDCM 

PMSM بسیار پر شباهت به موتور BLDC است با چند تفاوت کوچک:

1. سیم بندی استاتور PMSMرا برای شکل موج سینوسی طراحی می گردد ولی سیم بندی استاتور BLDC بصورت متمرکز بوده و برای موج مربعی بهینه شده است (در این حالت جریان ذوذنقه ای از سیم پیچها عبور خواهد کرد)
2. کنترل PMSM خیلی سخت تر از BLDC است.
3. گشتاور راه اندازیش اندکی کمتر از BLDC است.