एक पूरी तरह से प्रोग्राम के साथ कुशल मोटर नियंत्रण मंच

पर्यावरण संरक्षण हमेशा से ही चिंता का विषय रहा है । एक कम कार्बन जीवन को प्राप्त करने के लिए, विकसित देशों में सरकारों को करों और शुल्क का उपयोग करने के लिए कार्बन उत्सर्जन और ऊर्जा का उपयोग कम । बिजली के आधे से अधिक मोटर ड्राइव करने के लिए प्रयोग किया जाता है, तो डिजाइनरों के लिए और अधिक कुशल मोटर नियंत्रण और डिजाइन का उपयोग नहीं करना चाहिए ।

इस अनुच्छेद के चुंबकीय क्षेत्र अभिविन्यास नियंत्रण (एफओसी) एल्गोरिथ्म और पल्स आवृत्ति मॉडुलन (PFM) का उपयोग करने के लिए बारीकी से उच्च परिशुद्धता और उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए मोटर को नियंत्रित करने के लिए परिचय होगा.

फ़ील्ड ओरिएंटेड नियंत्रण (एफओसी) एल्गोरिथ्म

अदिश नियंत्रण (या आमतौर पर वोल्टेज के रूप में संदर्भित/आवृत्ति नियंत्रण) एक सरल नियंत्रण विधि है कि परिवर्तन टोक़ और बिजली की आपूर्ति (वोल्टेज) और आवृत्ति को station के लिए आपूर्ति बदलकर मोटर की गति है । यह विधि काफी सरल है और एक 8/16-bit माइक्रोप्रोसेसर के साथ भी किया जा सकता है । हालांकि, सरल डिजाइन सबसे बड़ी खामी के साथ है-मजबूत और विश्वसनीय नियंत्रण की कमी है । लोड उच्च गति पर लगातार रखा जाता है, तो यह नियंत्रण विधि पर्याप्त है । लेकिन एक बार लोड परिवर्तन, प्रणाली जल्दी से जवाब नहीं कर सकते, ऊर्जा हानि में जिसके परिणामस्वरूप ।

इसके विपरीत, एफओसी तंग मोटर नियंत्रण प्रदान करता है । इस विधि को अधिकतम टोक़ प्राप्त करने के लिए एक ओर्थोगोनल राज्य (यानी, एक ९० डिग्री कोण पर) में station वर्तमान और चुंबकीय क्षेत्र को बनाए रखने के लिए बनाया गया है । चुंबकीय क्षेत्र से संबंधित जानकारी प्रणाली द्वारा प्राप्त के बाद से लगातार है (चाहे एनकोडर से प्राप्त या संवेदी आपरेशन में अनुमानित), यह सही करने के लिए अधिकतम यांत्रिक टोक़ प्राप्त करने के लिए station वर्तमान नियंत्रित कर सकते हैं.

सामांय में, एफओसी अधिक जटिल है और ३२-बिट प्रोसेसर और हार्डवेयर एक्सेलेरेशन की आवश्यकता है । कारण यह है कि इस विधि ऐसे क्लार्क के रूप में कई अभिकलनी गहन मॉड्यूल, रूपांतरण की आवश्यकता है, पार्कर रूपांतरण, आदि, के लिए तीन आयामी या दो आयामी समंवय प्रणालियों के बीच आपसी रूपांतरण करने के लिए संबंध निकालने वर्तमान और चुंबकीय प्रवाह के बीच ।

चित्रा 1 में दिखाया गया है, मोटर को नियंत्रित करने के लिए विचार किया जा करने के लिए आदानों लक्ष्य टोक़ आदेश, आपूर्ति वर्तमान, और रोटर कोण शामिल हैं. कनवर्ज़न और परिकलन इन पैरामीटर्स के आधार पर किया जाता है, और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के नए ड्राइव मान परिकलित की जाती है । एफओसी के एक चक्र को पूरा करने के लिए आवश्यक समय पाश समय कहा जाता है. जैसा कि उंमीद थी, कम पाश समय, तेजी से प्रणाली का जवाब देंगे । एक तेजी से प्रतिक्रिया प्रणाली का मतलब है कि मोटर जल्दी से लोड करने के लिए समायोजित कर सकते है और चिकनी मोटर संचालन और उच्च दक्षता के लिए समय की एक छोटी अवधि में त्रुटियों के लिए क्षतिपूर्ति ।

एफओसी एल्गोरिथ्म आमतौर पर 50us और 100us, मॉडल और उपलब्ध हार्डवेयर के आधार पर के बीच लूप समय के साथ एक एम्बेडेड प्रोसेसर का उपयोग कर कार्यान्वित किया जाता है । इसके अलावा, सॉफ्टवेयर एफओसी को लागू करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन इसकी निश्चितता की गारंटी नहीं किया जा सकता । इसलिए, डिजाइन की एक बड़ी संख्या के निर्धारकों और इस तकनीक के उच्च गति प्रसंस्करण का लाभ लेने के लिए FPGA हार्डवेयर त्वरण पर निर्भर करते हैं । सबसे उंनत 28nm FPGA प्रौद्योगिकी का उपयोग करना, ठेठ एफओसी वर्तमान पाश समय है 1.6 हमें, जो सॉफ्टवेयर दृष्टिकोण से काफी कम है ।

के बाद से बढ़ाया मोटर नियंत्रण न केवल शोर कम कर देता है, लेकिन यह भी दक्षता और सटीकता में सुधार, सबसे मौजूदा छोरों वर्तमान में हार्डवेयर में लागू कर रहे हैं और हार्डवेयर implementations में गति छोरों और स्थिति छोरों स्थानांतरित करने के लिए करते हैं. इस दृष्टिकोण क्योंकि डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक सर्किट प्रौद्योगिकी की उंनति के साथ संभव है, एक ही डिवाइस पर्याप्त कंप्यूटिंग शक्ति है । गति नियंत्रण पाश समय और स्थिति नियंत्रण पाश FPGA द्वारा कार्यांवित समय 3.6 हमें और 18us1, क्रमशः कर रहे हैं । यह पारंपरिक सॉफ्टवेयर के दृष्टिकोण पर एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन में सुधार है क्योंकि पारंपरिक स्थान पाश बार मिलीसेकंड रेंज में आम तौर पर कर रहे हैं ।

मॉडुलन

मॉडुलन भी ऊर्जा दक्षता में सुधार के लिए एक महत्वपूर्ण मॉड्यूल है. विभिन्न मॉडुलन योजनाओं लोड, प्रदर्शन आवश्यकताओं और आवेदन आवश्यकताओं के आधार पर इस्तेमाल किया जा सकता है, और इन मॉडुलन योजनाओं मोटर नियंत्रण प्रणाली के संचालन पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है. मॉडुलन योजनाबद्ध (चित्रा 2) हम इस लेख में समीक्षा करने के लिए जा रहे हैं कई मॉडुलन योजनाओं का विश्लेषण करती है.

सबसे बुनियादी मॉडुलन योजना एक छह कदम मॉडुलन विधि का उपयोग करता है, जो तीन चरण के बिजली पुलों के छह संभावित संयोजनों का प्रतिनिधित्व करती है (१११ और 000 नल राज्यों को छोड़कर, जिसमें सभी स्विच बंद कर रहे हैं). इस स्विचिंग विधि एक षट्कोण के छह नीले वर्टेक्स के रूप में प्रतिनिधित्व किया है । छह कदम मॉडुलन विधि मोटर के लिए अधिकतम शक्ति लागू होता है, कि है, इन्वर्टर के उत्पादन वोल्टेज गाविस के बराबर है.

हालांकि उत्पादन शक्ति बड़ी है और डिजाइन कार्यांवयन सरल है, अगर मोटर उच्च परिशुद्धता और उच्च मजबूती की आवश्यकता है, छह कदम मॉडुलन विधि इस्तेमाल नहीं किया जाना चाहिए । ऐसा इसलिए है क्योंकि मोटर एक गैर रेखीय राज्य में चलाता है और एक राज्य (शिखर) से दूसरे राज्य के लिए "कूद" की जरूरत है और सुचारू रूप से नहीं चल सकता है ।

मोटर के सुचारू संचालन के लिए, sinusoidal मॉडुलन इस्तेमाल किया जा सकता है । sinusoidal मॉडुलन विधि मोटर सुचारू रूप से चलाने कर सकते हैं? हालांकि इस विधि से थोड़ा और अधिक जटिल है छह कदम मॉडुलन विधि, और वहां दक्षता में कोई फायदा नहीं है, क्योंकि इन्वर्टर के उत्पादन में केवल आधा ग्राम रक्षा समिति, मूल रूप से ग्राम रक्षा समिति/ मॉडुलन योजनाबद्ध पर, इस लाल वृत्त के भीतरी सर्कल के रूप में प्रतिनिधित्व किया है.

sinusoidal मॉडुलन की वजह से नुकसान के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए, अंतरिक्ष वेक्टर PWM (SVPWM) मॉडुलन व्युत्पंन है । SVPWM 1/√ 3Vdc = 0.5773 गाविस के एक वोल्टेज प्रदान कर सकते हैं । sinusoidal मॉडुलन के समान, SVPWM भी मोटर सुचारू रूप से चलाने के लिए अनुमति देता है. मॉडुलन योजनाबद्ध पर, इस लाल सर्कल के बाहरी सर्कल के रूप में प्रतिनिधित्व किया है. चित्रा 3 sinusoidal मॉडुलन विधि और SVPWM मॉडुलन विधि की एक तरंग तुलना है.

दोनों sinusoidal मॉडुलन और अंतरिक्ष वेक्टर मॉडुलन का उपयोग पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM), सबसे आम औद्योगिक मॉडुलन तकनीक में से एक. हालांकि, पल्स चौड़ाई मॉडुलन नाड़ी चौड़ाई बदलकर आपूर्ति वोल्टेज के नियंत्रण को समायोजित करने के लिए एक निश्चित मॉडुलन आवृत्ति का उपयोग करता है, तो harmonics की घटना एक समस्या है. harmonics ईएमआई, मोटर कंपन, और ऊर्जा हानि का कारण हैं ।

harmonics को दबाने के लिए, एक और मॉडुलन विधि इस्तेमाल किया जा सकता है, अर्थात् पल्स आवृत्ति मॉडुलन (PFM) का उपयोग. पल्स आवृत्ति मॉडुलन दालों की एक छोटी संख्या एक निश्चित चौड़ाई पर आयोजित किया जा करने के लिए और वांछित मूल्य के आधार पर विभिन्न समय (आवृत्ति) पर संग्राहक के लिए अनुमति देता है. harmonics सभी आवृत्तियों भर में फैले हुए हैं, क्योंकि इस मॉडुलन विधि harmonics कम कर देता है.

यह PWM और PFM के FFT (तेजी से रूपान्तर रूपांतरण) आवृत्ति विश्लेषण की तुलना है । यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि PFM तीसरे हार्मोनिक विकृति को समाप्त कर सकते हैं ।