DTC - Λειτουργία άμεσου ελέγχου ροπής: Μια τεχνική ελέγχου κινητήρα κατάλληλη για όλες τις συνθήκες

 

Οι ρυθμιστές στροφών μεταβλητής ταχύτητας (VSDs), μπορούν να εξασφαλίσουν πρωτοφανείς αποδόσεις των κινητήρων και σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας συνδυάζοντας την ταχύτητα του κινητήρα και την ροπή βάσει των απαιτήσεων φορτίου. Τα περισσότερα VSDs που είναι διαθέσιμα στην αγορά βασίζονται σε ένα στάδιο διαμόρφωσης σύμφωνα με την συνθήκες τάσης εισόδου και συχνότητας του κινητήρα, προκαλώντας όμως καθυστέρηση στην επεξεργασία των σημάτων ελέγχου. Αντίθετα, οι ρυθμιστές στροφών της ABB έχουν ενσωματωμένη τη λειτουργία άμεσου ελέγχου ροπής (DTC), αυξάνοντας σημαντικά την απόκριση ροπής του κινητήρα. Η τεχνολογία DTC προσφέρει επίσης ένα σημαντικό αριθμό πλεονεκτημάτων που σχετίζονται με τις ρυθμίσεις του συστήματος.

Οι AC ρυθμιστές στροφών υψηλής απόδοσης της ABB ενσωματώνουν μια καινοτόμα τεχνολογία άμεσου ελέγχου ροπής.  Όπως περιγράφεται και στη συγκεκριμένη λειτουργία, ελέγχεται η ροή του κινητήρα και η ροπή του απευθείας, σε αντίθεση με τους AC vector ρυθμιστές και τους DC ρυθμιστές, που επιτυγχάνουν έλεγχο του ρεύματος του κινητήρα έμμεσα . Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει καλύτερη ακρίβεια στην αντιστοίχιση των απαιτήσεων φορτίου του συστήματος κίνησης. Η λειτουργία άμεσου ελέγχου ροπής, προέρχεται από μια από τις ιδρυτικές εταιρίες της ABB κατοχυρωμένη με πιστοποίηση ευρεσιτεχνίας στα μέσα της δεκατίας του 80, περιορίζει την ανάγκη ενός ακόμα σταδίου διαμόρφωσης επιτυγχάνοντας έτσι δυναμικό έλεγχο κοντά στο θεωρητικό μέγιστο.

Όταν το 1995 η ABB παρουσίασε τον πρώτο AC ρυθμιστή στροφών με λειτουργία άμεσου ελέγχου ροπής, η τεχνολογία DTC ήταν μια τεχνολογία άκρως καινοτόμα. Ακολούθησαν βελτιώσεις στην υπολογιστική ισχύ, στον προγραμματισμό της εφαρμογής και στην επικοινωνία του περιβάλλοντος εργασίας οι οποίες εξασφάλιζαν όλο και καλύτερες επιδόσεις της λειτουργίας DTC, προσφέροντας προηγμένο έλεγχο κινητήρα για μια ευρεία γκάμα εφαρμογών.

Λήψη του DTC White Paper

Λήψη
Γιατί να χρησιμοποιήσετε την λειτουργία DTC;
Πέρα από τους επαγωγικούς κινητήρες
Πρόσφατη αξιολόγηση απόδοσης
Η λειτουργία DTC σήμερα και στο μέλλον

Πέρα από την προηγμένη απόκριση ροπής, η λειτουργία DTC προσφέρει μια ποικιλία πλεονεκτημάτων:

  • Δεν χρειάζεται ταχύτητα κινητήρα ή ανατροφοδότηση θέσης στο 95% των εφαρμογών. Έτσι, η εγκατάσταση ακριβών κωδικοποιητών ή άλλων συσκευών απόκρισης δεν είναι απαραίτητο.
  • Ο έλεγχος λειτουργίας άμεσου ελέγχου ροπής για διαφορετικά ήδη κινητήρων, συμπεριλαμβανομένων των κινητήρων μονίμου μαγνήτη και των νέων σύγχρονων κινητήρων.
  • Ακριβής έλεγχος ροπής και ταχύτητας σε χαμηλές ταχύτητες, όπως και στη ροπή πλήρους εκκίνησης έως μηδενικής ταχύτητας. 
  • Τέλεια γραμμικότητα ροπής.
  • Υψηλή ακρίβεια στατικής και δυναμικής ταχύτητας.
  • Δεν χρειάζεται προκαθορισμένη συχνότητα μεταγωγής. H βέλτιστη μεταγωγή τρανζίστορ καθορίζεται για κάθε κύκλο ελέγχου, δίνοντας τη δυνατότητα στο ρυθμιστή στροφών να ανταποκριθεί πιο εύκολα στις απαιτήσεις φορτίου.

Η λειτουργία άμεσου ελέγχου ροπής αρχικά αναπτύχθηκε για εφαρμογές σε AC επαγωγικούς κινητήρες, εξαιτίας της ευρείας χρήσης τους σε βιομηχανικές και καταναλωτικές εγκαταστάσεις.  Ενδεικτικό της απόδοσης της λειτουργίας άμεσου ελέγχου ροπής σε επαγωγικούς κινητήρες είναι ο χρόνος απόκρισης ροπής (σε ένα στάδιο ονομαστικής ροπής 100%) που πλησιάζει το ηλεκτρικό χρονικό όριο του κινητήρα. Η αβεβαιότητα επαναληψιμότητας ροπής κάτω από την ίδια εντολή αναφοράς είναι τυπικά τόσο χαμηλή όσο το 1% της ονομαστικής ροπής στρέψης σε όλη την κλίμακα στροφών της μονάδας.

Η ανάγκη για υψηλότερη πυκνότητα ισχύος και οι όλοι και πιο απαιτητικοί διεθνείς κανόνες αποδοτικότητας, έχουν ανανεώσει το ενδιαφέρον σε άλλες τοπολογίες κινητήρων. Τα καλά νέα είναι ότι η λειτουγία DTC έχει επεκταθεί και στους σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη καθώς και τους νέους κινητήρες μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης (SynRM). Η βασική σημασία της λειτουργίας άμεσου ελέγχου ροπής επικεντρώνεται κατά την εκκίνηση του κινητήρα, γεγονός που εξασφαλίζεται με τους ρυθμιστές της ABB. Η απώλεια των τυλιγμάτων δρομέα και της ταχύτητας ολίσθησης στους κινητήρες SynRM και μονίμου μαγνήτη επεκτείνουν την αποδοτικότητα τους με μια πιο ευρεία γκάμα ροπής-ταχύτητας συγκριτικά με τους επαγωγικούς κινητήρες.

Η αναλογία υψηλής ροπής/μεγέθους αυτών των κινητήρων μπορεί να επιτρέπει ένα πιο απλό σύστημα κίνησης. Για παράδειγμα, ένας άμεσα οδηγούμενος κινητήρας μονίμου μαγνήτη θα μπορούσε να εξαλείψει το κιβώτιο μετάδοσης κίνησης. Ένα μειονέκτημα των σύγχρονων κινητήρων μονίμου μαγνήτη είναι η εξάρτησή τους από το μαγνητικό υλικό σπάνιων γαιών για καλύτερη απόδοση. Εδώ είναι που οι SynRM κινητήρες προσφέρουν μια εναλλακτική - καθώς δεν χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες.

Στα μέσα του 2012, η ABB πραγματοποίησε μια σειρά μετρήσεων για να εξασφαλίσει ότι οι συνεχείς βελτιώσεις που πραγματοποιούνται στην τεχνολογία DTC εξασφαλίζουν την καλύτερη απόδοση στους AC ρυθμιστές στροφών. Παρακάτω είναι συγκεντρωμένα ορισμένα σημαντικά αποτελέσματα.

Σταθερότητα της ροπής σχεδόν σε μηδενική ταχύτητα

Οι βιομηχανικοί ρυθμιστές στροφών της ABB ACS800 και ο νέος ACS880 συγκρίθηκαν για την ακρίβεια ελέγχου ροπής σε λειτουργικό σύστημα ανοιχτού βρόγχου χωρίς αισθητήρες. Κάθε ρυθμιστής οδηγούσε έναν τετραπολικό επαγωγικό κινητήρα στην ορισμένη τιμή αναφοράς ροπής και με ελεγχόμενη πλήρωση μηχανών για αργές αναστροφές ταχύτητας κοντά στη μηδενική.  

Ακρίβεια ροπής κατά την αναπήδηση

Η ακρίβεια ελέγχου ροπής ανοιχτού βρόγχου του ρυθμιστή στροφών ACS880 συγκρίθηκε χρησιμοποιώντας έναν τετραπολικό επαγωγικό κινητήρα και έναν σύγχρονο κινητήρα μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης μεγέθους 15kW (στο 50% της ονομαστικής ταχύτητας). H τεχνολογία DTC παρουσίασε σφάλμα μόνο σε ένα μικρό ποσοστό της ονομαστικής ροπή και για τους δύο τύπους κινητήρα.

Δυναμική απόδοση Servo-class

Η ταχύτητα και η γωνιακή θέση ενός σύγχρονου κινητήρα μονίμου μαγνήτη 1.5 Nm, 6,000 rpm, υπολογίστηκαν κατά την αναστροφή ταχύτητας μεταξύ ±6,000 rpm σε λιγότερο από 25 milliseconds (ms). Αυτό είναι πολύ κοντά στην μηχανική χρονική σταθερά του κινητήρα των 24 ms και σε ένα θεωρητικό όριο. 

Οι συνεχείς βελτιώσεις με τα χρόνια εξασφάλισαν ότι η τεχνολογία DTC θα υπερβαίνει τις προσδοκίες και τις απαιτήσεις δύσκολων εφαρμογών, για το οποίο και σχεδιάστηκε. Οι βελτιώσεις λογισμικού και οι μικροεπεξεργαστές υψηλής ισχύος, καθιστούν τους ρυθμιστές DTC οικονομικά ανταγωνιστικούς για ευρύτερη ενσωμάτωση. Η δυνατότητα ταχείας απόκρισης σε αλλαγές διαδικασιών, όπως η πίεση, η τάση ή η θέση χρησιμοποιώντας τεχνικές εξαιρετικού ελέγχου ταχύτητας και ρόπης, καθιστούν το DTC ελκυστικό για όλο και περισσότερες βιομηχανίες.

Επιπλέον, οι AC ρυθμιστές εξασφαλίζουν δραματική εξοικονόμηση κόστους που μπορούν να κάνουν τη διαφορά σε εφαρμογές μεταβλητής ταχύτητας σε αντλίες ή ανεμιστήρες. Επειδή η ταχύτητα αντλίας σε σχέση με την ισχύ έχουν κυβική σχέση, μια εφαρμογή που λειτουργεί στο 50% της ταχύτητας θα χρειαζόταν μόνο το 1/8 της συνολικής ισχύος.
 
Η ανάπτυξη του λογισμικού και του μηχανικού εξοπλισμού που σχετίζονται με τη τεχνολογία άμεσου ελέγχου ροπής είναι συνεχής εδώ και 30 χρόνια. Ισχυροί επεξεργαστές τώρα πια υλοποιούν πολύπλοκους αλγόριθμους ελέγχου, εκσυγχρονίζουν τις παραμέτρους των μοντέλων των κινητήρων, και αντικαθιστούν τα τρανζίστορ των ρυθμιστών στροφών για βέλτιστη απόδοση.

Οι έμπειροι μηχανικοί της ABB, είναι ο λόγος που αναπτύχθηκε η τεχνολογία άμεσου ελέγχου ροπής. Σήμερα η τεχνολογία αυτή είναι μια δυναμική τεχνολογία. Αναπτύχθηκε με μια προσέγγιση πιο ευρεία από τον απλό έλεγχο ροπής, ενσωματώνοντας έξυπνο περιβάλλον εργασίας, ρυθμίσεις διάγνωσης των ρυθμιστών και λογισμικό σε επίπεδο συστήματος.

Με στόχο το μέλλον, η ABB σκοπεύει να ακολουθήσει το ίδιο δρόμο για ενίσχυση και συνεχή βελτίωση της DTC τεχνολογίας. Οι πελάτες των ABB ρυθμιστών στροφών μπορούν να είναι σίγουροι ότι η τεχνολογία άμεσου ελέγχου ροπής που επενδύουν σήμερα, θα συνεχίσει να ισχύει σε βάθος χρόνου.
Select region / language