بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله روش هاي کنترل سرعت موتورهاي القایی غلتک هاي - رولر - موجود در بخش نورد گرم مورد بررسی قرار گرفته است. درایو هاي در نظر گرفته شده براي این موتورهاي قابلیت کارکرد به روش هاي کنترل مستقیم گشتاور - DTC - و کنترل فرکانس متغیر - VFC - را دارا می باشند. انتخاب روش کنترلی مناسب براي راه اندازي چند موتور با یک اینورتر و چگونگی عملکرد قسمت هاي مختلف این سیستم از اهمیت به سزایی برخوردار است. با شناخت سخت افزاري و نرم افزاري این سیستم کنترل کننده می توان استفاده مؤثرتر ي از این سیستم نمود و بهرهور ي خط تولید را افزایش داد؛ همچنین امکان بومیسازي و طراحی سیستمی مشابه مبتنی بر موتورهاي القایی و سیستم درایو VFC براي بخشهاي دیگر صنایع فولاد از دستاوردهاي این پروژه است.
مقدمه
موتورهاي القایی یا آسنکرون سه فاز با روتور قفس سنجابی به دلیل طراحی ساده و پایدار، تعمیر و نگهداري آسان، بهاي پایین و رنج توان بالا داراي کاربردي گسترده در صنعت میباشند. با پیشرفت در ساخت ادوات نیمههادي، مشکل کنترل سرعت و گشتاور موتورهاي القایی برطرف گردیده و جایگزین بسیار مناسبی براي موتورهاي جریان مستقیم - DC - در کاربردهایی با سرعت متغیر گشتهاند. شرکت فولاد مبارکه اصفهان نیز در بخشهاي مختلف از موتورهاي القایی با توانهاي متفاوت استفاده مینماید که نیاز به کنترل سرعت یا گشتاور آنها وجود دارد.
با ﺑﻬﺮهﻣﻨﺪي از یکسوسازهاي قدرت و اینورترهاي منبع ولتاژ - VSI - 1 یا اینورترهاي منبع جریان - CSI - 2 روشهاي ﻣﺨﺘﻠﻔﯽ براي کنترل موتور القایی معرفیشدهاند که شامل کنترل فرکانس متغیر - VFC - 3 یا کنترل اسکالر، کنترل ﺑﺮداري - VC - 4 یا کنترل مبتنی بر ﻣﯿﺪان - FOC - 5 و کنترل مستقیم ﮔﺸﺘﺎور - DTC - 6 میشوند. کنترل VFC سادهترین راه براي کنترل سرعت موتور القایی میباشد. در این روش با ثابت نگهداشتن نسبت ولتاژ به فرکانس در ترمینالهاي استاتور موتور، شار فاصله هوایی ثابت مانده و کنترل گشتاور در سرعتهاي مختلف قابلدستیابی است.
پیادهسازي آسان، عدم استفاده از سنسورهاي جریان و ولتاژ، عدم نیاز به تخمین گشتاور و شار تولیدي موتور از مزایاي این روش به شمار میروند؛ از معایب آن نیز عدم قابلیت تنظیم دقیق سرعت هنگام تغییر گشتاور بار و عدم کنترل جریان موتور میباشند .[1] براي کنترل دقیق سرعت در یک محدوده وسیعروش معمولاً کنترل برداري استفاده میگردد. در این روش با تکیه بر تئوري دومحوري و تجزیه جریان سه فاز استاتور به دو مؤلفه عمود بر هم میتوان گشتاور الکترومغناطیس و شار تولیدي موتور را بهصورت مجزا از هم کنترل نمود. استفاده از کنترلکنندههاي PI موجب وابستگی پایداري کنترلکننده به پارامترهاي موتور و همچنین نقطهي کار شده و طراحی این نوع کنترلکنندهها را دشوار مینماید .[1]
درروش DTC میتوان گشتاور و شار موتور را با انتخاب بردار ولتاژ مناسب و اعمال آن توسط یک اینورتر منبع ولتاژ بهصورت مستقیم کنترل کرد. انتخاب این بردار ولتاژ بهگونهاي انجام میشود که خطاي گشتاور و شار در یک محدوده مشخص قرار گیرد. این روش داراي پاسخ دینامیکی بسیار سریع و کمترین وابستگی به پارامترهاي موتور است اما در مقابل وجود ریپل زیاد در گشتاور موتور و فرکانس کلید زنی متغیر از نقاط ضعف این روش به شمار میروند .[2]
استفاده از روشهاي هوشمند نظیر شبکه عصبی 1 و منطق فازي 2 در تلفیق با کنترل برداري و یا طراحی کنترلکننده ها ي غیرخطی همانند کنترل مد ﻟﻐﺰﺷﯽ - SMC - 3 جهت بهبود عملکرد موتور القایی نیز پیشنهاد گردیدهاند. این روشها داراي محاسبات پیچیده بوده و نیاز به پردازشگرهاي سیگنال قويتري نسبت به روشهاي قبلی دارند، ازاینرو تاکنون تجاريسازي نشدهاند و در صنایع مورد استفاده قرار نگرفتهاند. [3-5]
در این مقاله ابتدا روش کنترل مستقیم گشتاور معرفی شده و پس از آن روش کنترل فرکانس متغیر مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد. براي مقایسه این دو روش، عملکرد آنها براي کنترل یک موتور توسط شبیه سازي با یکدیگر مقایسه شده و نتایج عملی مربوط به روش DTC نیز بررسی می شود. سپس سیستم موردمطالعه در بخش نورد گرم شرکت فولاد مبارکه اصفهان و کنترلکنندهها ي در نظر گرفتهشده براي موتورهاي القایی موجود در این بخش، معرفی شده و پبشنهاداتی براي اصلاح عملکرد آن ارائه می گردد.
روش تحقیق
براي کنترل موتورهاي القایی موجود در بخش رافینگ نورد گرم از درایوهاي سري ACS 600 ساخت شرکت ABB استفاده شده است. در این بخش از کارخانه تعداد 46 موتور القایی وجود دارد که چندین موتور توسط یک درایو کنترل می شود. این موتورهاي باید قابلیت تغییر سرعت و همچنین تغییر جهت گردش را داشته باشند. همچنین موتورهایی مجزا براي ساید گارد ورودي و خروجی و همچنین فید رول در نظر گرفتهشدهاند که سیستم کنترلکننده و درایو آنها مشابه موتورهاي رول اصلی بوده و تنها توان خروجی آنها متفاوت است.
در سال 1995 میلادي اولین نمونه صنعتی یک درایو با فناوري DTC بانام ACS 600 توسط شرکت ABB ساخته شد. این سري از اینورترهاي فرکانس متغیر با استفاده از ماژولهاي IGBT قادر به کنترل موتورهایی با ولتاژ نامی 380 الی 690 ولت و توانهاي 2/2 الی 630 کیلووات هستند. امکانات ارتباطی گسترده و قابلیت کنترل سرعت موتور بدون استفاده از سنسور سرعت از ویژگیهاي بارز این خانواده از محصولات ABB است. این اینورتر دو حالت کاري دارد، در حالت کاري تک موتوره - Single Drive - به هر اینورتر یک موتور القایی متصل میشود. در کاربردهایی که تعداد موتورها زیاد بوده و همگی باید با سرعت یکسانی کنترل شوند، تعدادي موتور بهصورت موازي به خروجی هر اینورتر متصل میشود و حالت کاري Multi Drive باید انتخاب گردد.
