گردش کنترل بسته از موتورها

در سیستم حلقه بسته، خروجی سیستم به ورودی بازخورد داده می‌شود که این امر به سیستم اجازه می‌دهد تا درایو الکتریکی را کنترل کند و عملکرد خود را خودکار تنظیم کند. حلقه‌های بازخورد در درایو الکتریکی برای تأمین نیازهای زیر ادغام شده‌اند:

• افزایش گشتاور و سرعت: برای بهبود عملکرد گشتاور و سرعت سیستم.

• بهبود دقت حالت پایدار: برای افزایش دقت سیستم در طول عملکرد حالت پایدار.

• حفاظت: برای محافظت اجزای درایو الکتریکی از آسیب پذیری.

اجزای کلیدی یک سیستم حلقه بسته شامل کنترل‌کننده، تبدیل‌کننده، محدودکننده جریان و حسگر جریان و غیره است. تبدیل‌کننده نقش مهمی در تبدیل انرژی با فرکانس متغیر به فرکانس ثابت و برعکس ایفا می‌کند. از سوی دیگر، محدودکننده جریان وظیفه دارد تا جریان از یک مقدار ماکزیمم پیش‌تعیین‌شده عبور نکند. در ادامه، انواع مختلف پیکربندی‌های حلقه بسته را بررسی خواهیم کرد.

کنترل محدودیت جریان

این طرح کنترل طراحی شده است تا جریان تبدیل‌کننده و موتور در طول عملیات گذرا در محدوده ای ایمن نگه داشته شود. سیستم شامل یک حلقه بازخورد جریان یکپارچه با مدار منطقی آستانه است.

مدار منطقی به عنوان یک محافظ عمل می‌کند تا سیستم را از جریان بیش از حد محافظت کند. در صورتی که عملیات گذرا باعث افزایش جریان بالای مقدار ماکزیمم پیش‌تعیین‌شده شود، مدار بازخورد فعال می‌شود. آن به سرعت اقدامات اصلاحی انجام می‌دهد و جریان را مجبور می‌کند که زیر آستانه ماکزیمم بیاید. هنگامی که جریان به سطح طبیعی باز می‌گردد، حلقه بازخورد غیرفعال می‌شود و به حالت آماده‌باش بازمی‌گردد.

کنترل گشتاور حلقه بسته

سیستم‌های کنترل گشتاور حلقه بسته به طور گسترده در خودروهای باتری‌دار، کاربردهای ریلی و قطارهای الکتریکی استفاده می‌شوند. گشتاور مرجع T^* توسط موقعیت پدال گاز تعیین می‌شود. کنترل‌کننده حلقه سپس با موتور همکاری می‌کند تا خروجی گشتاور واقعی به مقدار مرجع T^* نزدیک شود. با تنظیم فشار روی پدال گاز، اپراتور می‌تواند سرعت سیستم درایو را مؤثر کنترل کند، زیرا خروجی گشتاور مستقیماً بر شتاب و سرعت خودرو یا قطار تأثیر می‌گذارد.

کنترل سرعت حلقه بسته

نمودار بلوکی سیستم کنترل سرعت حلقه بسته در شکل زیر نشان داده شده است. این سیستم شامل یک ساختار کنترل تو در تو است که یک حلقه کنترل داخلی در یک حلقه سرعت خارجی نشان داده شده است. وظیفه اصلی حلقه کنترل داخلی تنظیم جریان و گشتاور موتور است تا در محدوده عملکرد ایمن نگه داشته شوند.

کنترل سرعت حلقه بسته

فرض کنید یک سرعت مرجع ωm∗ وجود دارد که خطای سرعت مثبت Δω*m را تولید می‌کند. این خطای سرعت توسط یک کنترل‌کننده سرعت پردازش شده و سپس به یک محدودکننده جریان اعمال می‌شود. قابل توجه است که محدودکننده جریان حتی با وجود خطای سرعت کوچک می‌تواند بار زیادی را تحمل کند. محدودکننده جریان سپس جریان را برای حلقه کنترل جریان داخلی تنظیم می‌کند. در نتیجه، سیستم درایو شروع به شتاب گرفتن می‌کند. هنگامی که سرعت درایو با سرعت مورد نظر مطابقت پیدا کند، گشتاور موتور با گشتاور بار برابر می‌شود. این تعادل باعث کاهش سرعت مرجع و ایجاد خطای سرعت منفی می‌شود.

هنگامی که محدودکننده جریان به اشباع رسید، درایو وارد حالت ترمز می‌شود و شروع به کاهش سرعت می‌کند. برعکس، وقتی محدودکننده جریان از حالت اشباع خارج شود، درایو به صورت هموار از حالت ترمز به حالت موتوری گذر می‌کند.

کنترل سرعت حلقه بسته درایوهای چندموتوره

در سیستم‌های درایو چندموتوره، بار کل بین چندین موتور توزیع می‌شود. هر بخش از سیستم با یک موتور خود را مجهز می‌کند که اصلی وظیفه آن حمل بار مخصوص به آن بخش است. اگرچه مشخصات موتورها بر اساس نوع باری که خدمات می‌دهند متفاوت است، اما تمام موتورها با یک سرعت عمل می‌کنند. هنگامی که نیازهای گشتاوری هر موتور توسط مکانیزم محرک خود برآورده می‌شود، محور محرک فقط نیاز به تحمل گشتاور همزمان کوچکی دارد که عملکرد هماهنگ چندموتوره را تسهیل می‌کند.

در یک لوکوموتیف، به دلیل میزان مختلف خوردگی، چرخ‌ها با سرعت یکسانی چرخانده نمی‌شوند. بنابراین، سرعت حرکت لوکوموتیف نیز به طور متناسب تغییر می‌کند. علاوه بر حفظ سرعت یکنواخت، حفظ توزیع یکنواخت گشتاور بین چندین موتور نیز بسیار مهم است. اگر این توازن حاصل نشود، یک موتور ممکن است بیش از حد بار بیاورد در حالی که موتور دیگری کم استفاده شود. این عدم توازن در نهایت منجر به این می‌شود که گشتاور مجاز کل لوکوموتیف به طور قابل توجهی کمتر از مجموع گشتاورهای مجاز موتورهای فردی باشد.