ریپورتر
29th March 2010, 11:02 AM
تکنولوژی الکترونیک – قدرت
تکنولوژی الکترونیک – قدرت ( Power Electronics ) ، بهره وری و کیفیت فرایندهای صنعتی مدرن را بی وقفه بهبود می بخشد . امروزه با کمک همین تکنولوژی امکان استفاده از منابع انرژی غیرآلاینده بازیافتی ( ReneWable Energy ) ، نظیر باد و فتو ولتائیک فراهم شده است . تخمین زده می شود که با استفاده از الکترونیک قدرت ، حدود 15 تا 20 درصد امکان صرفه جوئی انرژی الکتریکی وجود دارد . در واقع با کاهش بی وقفه قیمت ها در عرصه الکترونیک قدرت زمینه برای حضور آن ها در کاربردهای صنعتی ، حمل و نقل و حتی خانگی فراهم می گردد .
نیروی محرک بيشتر پمپ ها و فن های موتورهای القائی هستند که در دور ثابت کار می کنند . ليكن در سال های اخير با پيشرفت های انجام گرفته در زمينه ی تكنولوژی الكترونيك قدرت ، استفاده از موتورهای القائی قفس سنجابی همراه با كنترل كننده دور موتور ( AC DRIVE يا اينورتر يا به طور ساده درايو ) رو به گسترش است . درایوها دستگاه هائی هستند که توان ورودی با ولتاژ و فرکانس ثابت را به توان خروجی با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل می کنند .
باید توجه کرد که دور یک موتور تابعی از فرکانس منبع تغذیه آن است . برای این منظور یک درایو نخست برق شبکه را به ولتاژ DC تبدیل کرده و سپس آن را با استفاده از یک اینورتر مجدداً به ولتاژ AC با فرکانس و ولتاژ متغیر تبدیل می کند . اینورتر متشکل از سوئیچ های قدرتی است که در سال های اخیر تغییرات تکنولوژیک زیادی پیدا کرده اند . در واقع با معرفی سوئیچ های قدرتی چون IGBT با قيمت های رو به کاهش ، زمینه برای عرضه درایوهای با قیمت مناسب فراهم شد . در هر حال خاطر نشان می کنیم که شکل موج خروجی درایو ترکیبی از پالس های DC با دامنه ثابت است . این موضوع موجب می شود که خود درایو منشأ اختلالاتی در کار موتور شود . برای مثال کیفیت شکل موج خروجی درایو می تواند سبب اتلاف حرارتی اضافی ناشی از مؤلفه های هارمونیکی فركانس های بالا در موتور شده و یا موجب نوسانات گشتاور Torque Pulsation در موتور گردد . با این حال درایوهای امروزی به دلیل استفاده از سوئیچ های قدرت سریع این نوع مشکلات را عملاً حذف کرده اند .
كنترل كننده های دور موتورهای الكتريكی هر چند كه ادوات پيچيده ای هستند ولی چون در ساختمان آن ها از مدارات الكترونيك قدرت استاتيك استفاده می شود و فاقد قطعات متحرك می باشند ، از عمر مفيد بالائی برخوردار هستند . مزيت ديگر كنترل كننده های دور موتور توانائی آن ها در عودت دادن انرژی مصرفی در ترمزهای مكانيكی و يا مقاومت های الكتريكی به شبكه می باشد . در چنين شرايطی با استفاده از كنترل كننده های دور مدرن می توان از اتلاف اين نوع انرژی جلوگيری نمود . به طوری كه در برخی كاربردها قيمت انرژی بازيافت شده از اين طريق ، در كمتر از يكسال معادل هزينه ی سرمايه گذاری سيستم بازيافت انرژی می شود . کنترل کننده های دور موتور انواع مختلفی دارند . آن ها قادر هستند انواع موتورهای AC و DC را کنترل کنند . قیمت کنترلرها وابسته به نوع تکنولوژی به کار رفته در ساختمان آن ها می باشد .
ساده ترین روش کنترل موتورهای AC روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس ( یا کنترل V/F ثابت ) می باشد . اینک این روش ، به طور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد . این نوع کنترلرها از نوع اسکالر بوده و به صورت حلقه باز با پایداری خوب عمل می كنند . مزیت این روش سادگی سیستم های کنترلی آن است . در مقابل این نوع کنترلرها برای کاربردهای با پاسخ سریع مناسب نمی باشند . روبوت ها و ماشین های ابزار نمونه هائی از کاربردهای با دینامیک بالا هستند . در این کاربردها روش های کنترلی برداری استفاده می شود . در روش های کنترلی برداری با تفکیک مؤلفه های جریان استاتور به دو مؤلفه تورک ساز و فلو ساز، و کنترل آن ها با استفاده از رگولاتورهای PI ترتیبی داده می شود که موتور AC نظیر موتور DC کنترل شود .
و بدین ترتیب تمام مزایای موتور DC از جمله پاسخ گشتاور سریع آن ها در موتورهای AC نیز در دسترس خواهد بود . برای مثال پاسخ گشتاور در روش های برداری حدود ms 20–10و در روش های کنترل مستقیم گشتاور ( Direct Torque Control ) این زمان حدود ms 5 است . اینک روش های کنترل برداری متعددی پیاده سازی شده است که بررسی آن ها خارج از حوصله این مقاله است . در هر حال نوع کنترلر مطلوب ، متناسب با کاربرد انتخاب می گردد .
تکنولوژی الکترونیک – قدرت ( Power Electronics ) ، بهره وری و کیفیت فرایندهای صنعتی مدرن را بی وقفه بهبود می بخشد . امروزه با کمک همین تکنولوژی امکان استفاده از منابع انرژی غیرآلاینده بازیافتی ( ReneWable Energy ) ، نظیر باد و فتو ولتائیک فراهم شده است . تخمین زده می شود که با استفاده از الکترونیک قدرت ، حدود 15 تا 20 درصد امکان صرفه جوئی انرژی الکتریکی وجود دارد . در واقع با کاهش بی وقفه قیمت ها در عرصه الکترونیک قدرت زمینه برای حضور آن ها در کاربردهای صنعتی ، حمل و نقل و حتی خانگی فراهم می گردد .
نیروی محرک بيشتر پمپ ها و فن های موتورهای القائی هستند که در دور ثابت کار می کنند . ليكن در سال های اخير با پيشرفت های انجام گرفته در زمينه ی تكنولوژی الكترونيك قدرت ، استفاده از موتورهای القائی قفس سنجابی همراه با كنترل كننده دور موتور ( AC DRIVE يا اينورتر يا به طور ساده درايو ) رو به گسترش است . درایوها دستگاه هائی هستند که توان ورودی با ولتاژ و فرکانس ثابت را به توان خروجی با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل می کنند .
باید توجه کرد که دور یک موتور تابعی از فرکانس منبع تغذیه آن است . برای این منظور یک درایو نخست برق شبکه را به ولتاژ DC تبدیل کرده و سپس آن را با استفاده از یک اینورتر مجدداً به ولتاژ AC با فرکانس و ولتاژ متغیر تبدیل می کند . اینورتر متشکل از سوئیچ های قدرتی است که در سال های اخیر تغییرات تکنولوژیک زیادی پیدا کرده اند . در واقع با معرفی سوئیچ های قدرتی چون IGBT با قيمت های رو به کاهش ، زمینه برای عرضه درایوهای با قیمت مناسب فراهم شد . در هر حال خاطر نشان می کنیم که شکل موج خروجی درایو ترکیبی از پالس های DC با دامنه ثابت است . این موضوع موجب می شود که خود درایو منشأ اختلالاتی در کار موتور شود . برای مثال کیفیت شکل موج خروجی درایو می تواند سبب اتلاف حرارتی اضافی ناشی از مؤلفه های هارمونیکی فركانس های بالا در موتور شده و یا موجب نوسانات گشتاور Torque Pulsation در موتور گردد . با این حال درایوهای امروزی به دلیل استفاده از سوئیچ های قدرت سریع این نوع مشکلات را عملاً حذف کرده اند .
كنترل كننده های دور موتورهای الكتريكی هر چند كه ادوات پيچيده ای هستند ولی چون در ساختمان آن ها از مدارات الكترونيك قدرت استاتيك استفاده می شود و فاقد قطعات متحرك می باشند ، از عمر مفيد بالائی برخوردار هستند . مزيت ديگر كنترل كننده های دور موتور توانائی آن ها در عودت دادن انرژی مصرفی در ترمزهای مكانيكی و يا مقاومت های الكتريكی به شبكه می باشد . در چنين شرايطی با استفاده از كنترل كننده های دور مدرن می توان از اتلاف اين نوع انرژی جلوگيری نمود . به طوری كه در برخی كاربردها قيمت انرژی بازيافت شده از اين طريق ، در كمتر از يكسال معادل هزينه ی سرمايه گذاری سيستم بازيافت انرژی می شود . کنترل کننده های دور موتور انواع مختلفی دارند . آن ها قادر هستند انواع موتورهای AC و DC را کنترل کنند . قیمت کنترلرها وابسته به نوع تکنولوژی به کار رفته در ساختمان آن ها می باشد .
ساده ترین روش کنترل موتورهای AC روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس ( یا کنترل V/F ثابت ) می باشد . اینک این روش ، به طور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد . این نوع کنترلرها از نوع اسکالر بوده و به صورت حلقه باز با پایداری خوب عمل می كنند . مزیت این روش سادگی سیستم های کنترلی آن است . در مقابل این نوع کنترلرها برای کاربردهای با پاسخ سریع مناسب نمی باشند . روبوت ها و ماشین های ابزار نمونه هائی از کاربردهای با دینامیک بالا هستند . در این کاربردها روش های کنترلی برداری استفاده می شود . در روش های کنترلی برداری با تفکیک مؤلفه های جریان استاتور به دو مؤلفه تورک ساز و فلو ساز، و کنترل آن ها با استفاده از رگولاتورهای PI ترتیبی داده می شود که موتور AC نظیر موتور DC کنترل شود .
و بدین ترتیب تمام مزایای موتور DC از جمله پاسخ گشتاور سریع آن ها در موتورهای AC نیز در دسترس خواهد بود . برای مثال پاسخ گشتاور در روش های برداری حدود ms 20–10و در روش های کنترل مستقیم گشتاور ( Direct Torque Control ) این زمان حدود ms 5 است . اینک روش های کنترل برداری متعددی پیاده سازی شده است که بررسی آن ها خارج از حوصله این مقاله است . در هر حال نوع کنترلر مطلوب ، متناسب با کاربرد انتخاب می گردد .