کلیاتی در مورد درایو انواع موتور آسانسوری

درایو یا اینورتر وسیله‌ای است که جهت کنترل سرعت موتور به صورت پیوسته استفاده می­شود و قادر است سرعت موتور را از صفر تا چند برابر سرعت نامی موتور تغییر دهد. درایو‌های کنترل سرعت موتور به صورت گسترده در صنایع مختلف نظیر صنعت سیمان، پتروشیمی، نساجی، فولاد، خودرو و ... مورد استفاده قرار گرفته اند. امروزه به علت رشد تکنولوژی ادوات الکترونیک قدرت نظیر IGBT ها، قیمت آنها کاهش چشمگیری پیدا کرده است و در نتیجه قیمت درایو کاهش پیدا کرده است و امروزه از درایوها در صنایعی نظیر آسانسور و پله برقی به صورت گسترده استفاده می­شود. در این مقاله قصد بر آن است که در مورد نحوه کارکرد درایو به صورت مختصر توضیحاتی داده شود.

کلیه درایوها از دو بخش اصلی تشکیل شده اند:

1 بخش کنترل

2 بخش قدرت

بخش کنترل قسمتی از درایو است که با توجه به الگوریتم کنترلی که روی آن قرار داده شده است فرمان‌های مربوط به کلید زنی را صادر می‌کند. همچنین بخش کنترل وظیفه حفاظت درایو در برابر اضافه جریان را بر عهده دارد. بخش قدرت درایو نیز با توجه به فرمانی که از بخش کنترل صادر می­شود ولتاژ و جریان مورد نظر را در خروجی خود قرار می‌دهد.

شکل 1 شماتیک ساده‌ای از مدار قدرت یک درایو را نشان می­دهد. همانطور که در این شکل مشاهده می­شود ابتدا ولتاژ سه فاز به یک پل دیودی داده می­شود. پل دیودی ولتاژ سه فاز که سینوسی است و 120 درجه نسبت به هم اختلاف فاز دارند را یکسو کرده و به صورت یک ولتاژ تقریبا DC که دارای ریپل است تبدیل می­کند. با استفاده از این ولتاژ خازن‌های مربوط به لینک DC شارژ می­شود. با استفاده از ماژول قدرتی که بعد از لینک DC قرار داده شده است ولتاژ DC با توجه به فرمانی که قسمت کنترل صادر می­کند به یک ولتاژ سینوسی با دامنه و فرکانس مشخص تبدیل می­شود و به موتور اعمال می­گردد. در شکل 1 قسمتی مربوط به اندازه‌گیری جریان با استفاده از دو سنسور قرار داده شده به صورت سری در مسیر اتصال ماژول قدرت به موتور وجود دارد. از این جریان برای کنترل و همچنین حفاظت درایو در برابر اضافه جریان استفاده می­شود. از مقاومت ترمز نیز برای کاهش ولتاژ لینک DC استفاده می­شود. در مواقعی که موتور تبدیل به ژنراتور می­شود از آنجایی که جریانی از سمت موتور به درایو داده می­شود، ولتاژ لینک DC افزایش می­یابد. در صورتی که ولتاژ لینک بیش از اندازه افزایش یابد باعث آسیب دیدن درایو می­شود. بنابر این جهت جلوگیری از آسیب مذکور با روشن شدن کلید مربوطه مقاومت ترمز در مدار قرار گرفته و ولتاژ خازن را کاهش می­دهد. مقدار مقاومت ترمزی که باید با لینک موازی شود، با توجه به جریانی که کلید مربوط به قطع و وصل مقاومت می‌تواند تحمل کند تعیین می­شود.

قیمت یک درایو را همین دو بخش اصلی تعیین می‌کند. اولاً اینکه بخش قدرت برای چه توانی طراحی شده و ثانیاً توانمندی بخش کنترل و الگوریتی که درایو با استفاده از آن موتور را کنترل می‌کند.

شکل 1: شماتیک قدرت درایو

در صنعت اسانسور از دو مدل موتور استفاده می­شود :

1 موتورهای القایی که گیربکس دارند.

2 موتورهای PM که به موتورهای گیرلس معروف هستند.

کنترل موتور القایی در آسانسور معمولا به دو صورت انجام می‌گیرد:

1 کنترل حلقه باز: این روش نیازی به فیدبک سرعت موتور ندارد و به دو صورت برداری و اسکالر انجام می‌گردد. در هر دو این روش‌ها افت گشتاور با افزایش ولتاژ خروجی درایو جبران شده و برای حفظ ثبوت سرعت مکانیکی، لغزش با اصلاح فرکانس خروجی درایو جبران می‌شود. در کاربرد آسانسوری که در سر طبقه ایستادن کابین اهمیت دارد، عدم جبران صحیح لغزش در حالت موتوری و ژنراتوری مشکل ایجاد می‌کند و باعث می‌شود در حالت تغییر بار، در واقع تعداد نفرات مختلف، اختلاف سطح وجود داشته باشد. بنابراین باید لغزش موتور القایی را جبران نمود تا در بارهای مختلف سرعت موتور القایی تقریبا ثابت مانده و از ایجاد اختلاف سطح جلوگیری شود. به عنوان نمونه در حالتی که کابین آسانسور خالی است و از بالا به سمت پایین در حال حرکت است و در هنگام توقف طبقه را رد می­کند. همانطور که مشخص است سرعت کابین بیش از اندازه بوده است و باید با کاهش ضریب جبران لغزش موتوری سرعت را در این حالت کاهش داد.

2 کنترل حقله بسته برداری: این روش علاوه بر جریان موتور به فیدبک از سرعت موتور نیاز دارد. در این روش کنترلی دیگر به جبران گشتاور و جبران لغزش نیاز نیست زیرا در این روش سرعت موتور در هر لحظه مشخص بوده و الگوریتم سعی می­کند سرعت موتور را در سرعت مورد نظر کنترل کند. این روش نسبت به روش حلقه باز حرکت نرم‌‌تری ارائه می‌دهد.

کنترل موتور PM یا گیرلس در آسانسور فقط به صورت حلقه بسته برداری ممکن است:

برای کنترل این موتور نیز همانند موتور القایی فیدبک انکدر نیاز است، با این تفاوت که با توجه به بالا بودن تعداد قطب‌های الکتریکی موتورهای گیرلس، انکدر مورد استفاده باید از دقت بالاتری برخوردار باشد. کنترل موتور PM دارای ملاحظات بیشتری نسبت به موتور القایی است که در صورت عدم رعایت این ملاحظات حرکت موتور ممکن نخواهد بود. در موتور PM بر خلاف موتور القایی موقعیت روتور موتور بسیار مهم است بنابراین برای بدست آوردن موقعیت دقیق نیز نیازمند انکودر است. هر چه تعداد قطب‌های موتور بیشتر باشد بدست آوردن موقعیت دقیق روتور سختتر است. موتورهای گیرلس یا PM نسبت به موتور القایی مصرف انرژی بهینه‌ای دارند.

انواع انکدر مورد استفاده در موتورهای گیرلس به شرح ذیل است:

1- انکدر سینوسی (ERN1387 یا FNC SC2048):

این نوع انکدر مطلق است که دقت نسبی بالایی داشته ولی دقت مطلق آن متوسط است. خروجی‌های این انکدر شامل A و B برای محاسبه موقعیت نسبی و C و D برای محاسبه موقعیت مطلق است. سیگنال R نیز وجود دارد که از جنس سیگنال A و B است ولی برای افزایش کیفیت موقعیت مطلق استفاده می‌شود.

این سیگنال‌ها تماما آنالوگ و به صورت سینوس و کسینوس بود و شرکت سازنده 100 پله دقت آنالوگ را برای آنها تضمین کرده است. با توجه به اینکه برای هر بخش هم سینوس و هم کسینوس در اختیار است دقت موقیت محاسبه شده 200 پله می‌شود. این دقت در محاسبه موقعیت نسبی ضرب در تعداد پالس (2048) شده و دقت بسیار بالایی را برای محاسبه سرعت فراهم می‌آورد. اما این دقت برای موقعت مطلق برابر 8/1 درجه مکانیکی به دست می‌آید. برای محاسبه دقت الکتریکی این عدد باید در تعداد جفت قطب ضرب شود، پس برای اینکه از دقت الکتریکی 30 درجه که در ادبیات کنترل مطرح می‌شود عدول نکنیم از انکدر سینوسی نهایتا می‌شود برای کنترل موتور با 16-17 جفت قطب استفاده کرد، یعنی عملا بالاترین تعداد قطب با کیفیت تضمینی 32 قطب است. البته باید به این نکته توجه کرد که 100 پله اشاره شده تضمین سازنده است و معمولا دقت از این بالاتر است.

2- انکدرهای SSI/BiSS:

برای افزایش بازدهی موتورها با تعداد قطب پایین و امکان کنترل مناسب موتورها با تعداد قطب بالا (36 و بالاتر) انواع دیگری از انکدرها وجود دارند که موقعیت نسبی را همانند انکدرهای سینوسی گزارش می‌کنند اما برای موقعیت مطلق به جای استفاده از سیگنال آنالوگ با دقت تضمین شده 200 پله از سیگنال دیجیتال با 2000 پله دقت استفاده می‌نمایند. این سیستم مشابه انکدرهای پالسی است با این تفاوت که به جای یک حلقه چاک دار و یک سنسور نوری، 13 حلقه تو در تو و 13 سنسور وجود دارد.

داده مطلق این نوع انکدر‌ها به صورت کد گری (gray code)  است و با یک شیفت رجیستر ساده به بیرون ارسال می‌گردد. این نوع انکدرها قابلیت کنترل با کیفیت تمامی موتورهایی که تا کنون ساخته شده است را فراهم می‌آورند.

3- انکدرهای اندت (Endat:ECN 1313)

به خاطر سادگی مدارهای دیجیتال داخلی انکدرهای SSI، به کارت انکدر پیچیده تری نیاز است لذا بسیار از تولید کنندگان درایو کارت انکدر مخصوص این نوع انکدر را عرضه نمی کنند. Endat نام یک پروتوکل منطقی به معنی داده نهایی است. انکدرهایی که از این پروتکل پشتیبانی می‌کنند با قرار دادن مدارهای داخلی پیچیده، همان داده کد گری ساده انکدر SSI را به یک داده نهایی با قابلیت استفاده ساده تبدیل نموده تا برای استفاده از آن متحمل پیچیدگی ریاضی نشویم.

این نوع انکدرها از لحاظ دقت نسبی دقیقا مشابه انکدرهای سینوسی و از لحاظ دقت مطلق مشابه انکدرهای SSI هستند و تنها برای سازنده کارت انکدر ایجاد مزیت نموده‌اند.

 

مولفان : امین مرادحاصل ، امیرحسین زارع سخویدی