کنترل حلقه بسته موتورهای الکتریکی

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

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

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

• حفاظت: برای محافظت اجزای موتور الکتریکی از آسیب پذیری بالقوه.

اجزای کلیدی یک سیستم حلقه بسته شامل کنترل‌کننده، تبدیل‌کننده، محدودکننده جریان و حسگر جریان می‌باشند. تبدیل‌کننده نقش مهمی در تبدیل انرژی با فرکانس متغیر به فرکانس ثابت و برعکس دارد. محدودکننده جریان همچنین وظیفه دارد تا جریان را از افزونگی بر مقدار ماکزیمم تعیین شده جلوگیری کند. در ادامه، انواع مختلف ساختارهای حلقه بسته را بررسی خواهیم کرد.

کنترل محدودکننده جریان

این طرح کنترلی برای نگهداری جریان تبدیل‌کننده و موتور در محدوده ای امن در طول عملیات گذرا طراحی شده است. سیستم شامل یک حلقه بازخورد جریان که با مدار منطقی آستانه ادغام شده است.

مدار منطقی به عنوان یک محافظ عمل می‌کند تا سیستم را از جریان بیش از حد محافظت کند. در صورتی که عملیات گذرای جریان را بالاتر از مقدار ماکزیمم تعیین شده ببرد، مدار بازخورد فعال می‌شود. این مدار فوراً اقدامات اصلاحی را انجام می‌دهد و جریان را به زیر آستانه ماکزیمم برمی‌گرداند. هنگامی که جریان به سطح عادی باز می‌گردد، حلقه بازخورد غیرفعال می‌شود و به حالت آماده‌باش بازمی‌گردد.

کنترل گشتاور حلقه بسته

سیستم‌های کنترل گشتاور حلقه بسته در خودروهای باتری‌پیشه، کاربردهای ریلی و قطارهای الکتریکی گسترده استفاده می‌شوند. گشتاور مرجع T^* با موقعیت پدال گاز تعیین می‌شود. کنترل‌کننده حلقه سپس با موتور همکاری می‌کند تا مطمئن شود که خروجی گشتاور واقعی به مقدار مرجع T^* نزدیک باشد. با تنظیم فشار روی پدال گاز، اپراتور می‌تواند سرعت سیستم را 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 داخل یک حلقه سرعت خارجی جاسازی شده است. وظیفه اصلی حلقه کنترل داخلی تنظیم جریان و گشتاور موتور است تا در محدوده عملیاتی ایمن باقی بمانند.

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 ذکر است که محدودکننده جریان حتی با وجود خطای سرعت کوچک می‌تواند بیش از حد بار شود. محدودکننده جریان سپس جریان را برای حلقه کنترل جریان داخلی تنظیم می‌کند. سپس سیستم حرکت می‌کند و شروع به شتاب می‌کند. هنگامی که سرعت حرکت با سرعت مورد نظر برابر می‌شود، گشتاور موتور با گشتاور بار برابر می‌شود. این تعادل باعث کاهش سرعت مرجع می‌شود و خطای سرعت منفی ایجاد می‌کند.

هنگامی که محدودکننده جریان به اشباع می‌رسد، سیستم به حالت ترمز می‌رود و شروع به کاهش سرعت می‌کند. برعکس، هنگامی که محدودکننده جریان از حالت اشباع خارج می‌شود، سیستم به صورت هموار از حالت ترمز به حالت حرکت بازمی‌گردد.

کنترل سرعت حلقه بسته سیستم‌های چندموتوره

در سیستم‌های چندموتوره، بار کل بین چندین موتور تقسیم می‌شود. هر بخش از سیستم با یک موتور خاص خود مجهز شده است که اساساً مسئول حمل بار مربوط به آن بخش است. اگرچه ظرفیت موتورها بر اساس نوع باری که خدمت می‌کنند متفاوت است، اما تمام موتورها با سرعت یکسان عمل می‌کنند. هنگامی که نیازهای گشتاوری هر موتور توسط مکانیسم محرک خود برآورده می‌شود، محور محرک فقط نیاز به تحمل گشتاور همزمان کوچکی دارد که عملکرد هماهنگ سیستم چندموتوره را تسهیل می‌کند.

در یک لوکوموتیف، به دلیل میزان مختلف افت و خرابی، چرخ‌ها با سرعت یکسانی چرخانده نمی‌شوند. بنابراین، سرعت حرکت لوکوموتیف نیز به طور متناسب تغییر می‌کند. علاوه بر حفظ سرعت یکسان، اطمینان از توزیع یکنواخت گشتاور بین موتورهای چندگانه نیز بسیار مهم است. اگر این توازن به دست نیاید، یک موتور ممکن است بیش از حد بار شود در حالی که موتور دیگری کم استفاده شود. این عدم توازن در نهایت منجر به وضعیتی می‌شود که گشتاور مرجع کل لوکوموتیف به طور قابل توجهی کمتر از مجموع گشتاورهای مرجع موتورهای فردی باشد.