Global site

ABB's website uses cookies. By staying here you are agreeing to our use of cookies. Läs mer

DTC: En motorstyrningsteknik för åretruntbruk

Varvtalsreglerade frekvensomriktare (VSD:er) har möjliggjort prestandanivåer hos elmotorer som tidigare inte varit möjliga. De levererar även dramatiska energibesparingar genom att matcha motorvarvtal och moment mot kraven på det drivna systemets lastkrav. De flesta VSD:er på marknaden använder sig av ett moduleringssteg som konditionerar spännings- och frekvensingångarna till motorn, men detta orsakar tidsfördröjningar i styrsignalerna i processen. Som en kontrast till detta använder sig ABB:s drivsystem av innovativ Direct Torque Control(DTC) – vilket kraftigt ökar motorns momentsvar. DTC-tekniken ger även andra fördelar, inklusive egenskaper upp till systemnivå.

ABB:s avancerade frekvensomriktare för växelström erbjuder en innovativ teknik som kallas Direct Torque Control(DTC). Som namnet antyder reglerar metoden motorns flöde och moment direkt istället för att försöka reglera motorströmmarna indirekt som i vektordrivsystem för växelström och drivsystem för likström. Detta resulterar i högre noggrannhet vid matchning av det drivna systemets lastkrav. DTC, som utvecklats av ett av de företag som grundade ABB och patenterades i mitten av 1980-talet,eliminerar behovet av ett extra modulatorsteg, vilket gör att styrdynamik uppnås som ligger nära den teoretiska maxgränsen. 

När ABB lanserade sin första DTC-frekvensomriktare för växelström på marknaden 1995 var DTC redan en ledande teknik. De efterföljande förbättringarna av processorkapaciteten, applikationsprogrammeringen och kommunikationsgränssnitten har möjliggjort ständigt högre DTC-prestanda för att kunna tillhandahålla förstklassig motorstyrning för ett stort antal applikationer.

Varför ska man använda DTC?
Tillämpning bortom induktionsmotorer
Nyligen gjorda prestandavalideringar
DTC i dag och i morgon

Varför ska man använda DTC?

Förutom det oöverträffade momentsvaret erbjuder DTC andra kundfördelar, inklusive:

  • Inget behov av återkoppling om motorvarvtal eller motorns position i 95 % av applikationerna. Följaktligen kan man undvika installation av dyra kodare eller andra återkopplingsenheter.
  • DTC är tillgängligt för olika typer av motorer, inklusive motorer med permanentmagnet och de nya synkrona reluktansmotorerna.
  • Korrekt moment och hastighetsstyrning med hög precision även på låga varvtal, liksom tillgång till maximalt moment ned till nollhastighet. 
  • Utmärkt momentlinjäritet.
  • Hög statisk och dynamisk hastighetsnoggrannhet.
  • Ingen förinställd switchfrekvens. Optimal transistorswitching bestäms för varje kontrollcykel, vilket gör att drivsystemet enklare kan matchas mot kraven för den drivna lasten.

 

Tillämpning bortom induktionsmotorer

DTC utvecklades ursprungligen för induktionsmotorer för växelström på grund av deras popularitet inom otaliga industriella och kommersiella applikationer. En indikator på DTC-prestandan med induktionsmotorer är momentsvarstiden (till ett referenssteg med 100 % moment) som närmar sig gränsen för motorns elektriska tidskonstant. Osäkerheten för momentets repeterbarhet under samma referenskommando är typiskt så låg som 1 %  av det nominella momentet över drivsystemets varvtalsområde.

Efterfrågan på högre effektdensitet och utveckling av internationella effektivitetsförordningar har lett till ett förnyat intresse för andra motortopologier. Den goda nyheten är att DTC har utökats till arbete med synkronmotorer med permanentmagnet (PM) och de nya synkrona reluktansmotorerna (SynRM). Den viktigaste skillnaden för DTC uppstår i samband med motorstart, som ABB:s drivsystem inrymmer. Avsaknad av rotorlindningar och slip-speed i PM- och SynRM-motorer ökar deras effektivitetsvinster över ett större moment-varvtalsområde jämfört med induktionsmotorer. 

Det höga moment/storleksförhållandet hos dessa motorer kan möjliggör en enklare drivlinekonstruktion. Till exempel kan en direktdriven lågvarvig PM-motor eliminera transmissionen på en förpackningsmaskin. En nackdel med PM-synkronmotorer är deras beroende av så kallade sällsynta jordartsmagneter för bästa möjliga prestanda. Det är här som SynRM-motorer utgör ett alternativ – eftersom de inte använder sig av permanentmagneter.

Nyligen gjorda prestandavalideringar

I mitten av 2012 genomförde ABB en serie mätningar för att säkerställa att de fortsatta förbättringarna av DTC-tekniken har säkerställt att företagets frekvensomriktare för växelström fortsatt presterar på topp.

Nedan följer några viktiga resultat av mätningarna:


Momentstabilitet nära nollhastighet

ABB:s industriella drivsystem ACS800 och den nya ACS880 jämfördes med avseende på momentstyningsnoggrannhet i driftläge utan givare (öppen slinga). Varje drivsystem drev en 15 kW, fyrpolig induktionsmotor vid dess nominella momentreferens och med den last som maskinen styrde för reversering i låg hastighet nära nollhastighet. 


Momentnoggrannhet vid rampning

ACS880 drivsystemets givarlösa momentstyrningsnoggranhet jämfördes med hjälp av en fyrpolig induktionsmotor och en synkron reluktansmotor på 15 kW (vid 50 % av den nominella hastigheten). DTC:ns momentfel hölls på endast knappt en procent av det nominella momentet för båda motortyperna.


Dynamiska prestanda i servofrekvensomriktarklass

Hastighet och vinkelläge på en 1,5 Nm, 6 000 rpm PM-synkronmotor mättes vid snabb reversering mellan ±6 000 rpm på mindre än 25 millisekunder (ms) Detta ligger mycket nära motorns mekaniska tidskontant på 24 ms och den teoretiska gränsen.

DTC i dag och i morgon

Uppdateringarna som har gjorts över tid har gjort att DTC har nått bortom de krävande, högdynamiska applikationer för vilka de ursprungligen skapades. Förbättrad programvara och gemensamma, högeffektiva mikroprocessorer gör DTC-drivsystem till ett ekonomiskt bra val för bred tillämpning. Möjlighet att snabbt möta förändringar i processvariablerna, såsom tryck, spänning, eller position i kombination med enastående hastighets- och momentstyrningsdynamik gör DTC till ett attraktivt val för fler industrier. 

Dessutom möjliggör frekvensomriktare för växelström stora energibesparingar för ett stort antal tillämpningar för pumpar/fläktar med variabel hastighet. Eftersom pumphastighet kontra effekt har ett kubiskt samband, en processekvens som gör att pumpen kan köras med 50 % av hastigheten skulle endast använda 1/8 av den maximala effekten.

Maskinvaran och programvaran för Direct Torque Control har utvecklats kontinuerligt under de 30 år som denna teknik har funnits. Baserat på teoretiska grunder och DSP-teknik har DTC:erna inte längre de begränsningar som de tidigare processorerna hade. Kraftfulla processorer kör nu snabbt komplexa styralgoritmer, uppdaterar motormodellernas parametrar och switchar frekvensomriktarens transistorer för optimal prestanda.

ABB:s respekterade arv inom drivsystemsteknik och stora resurser har använts för att utveckla diremtmomentstyrning. DTC fortsätter att vara en teknik i utveckling. Det har vuxit till ett varumärke som är större än ”momentstyrning” genom integrering av smarta användargränssnitt, funktioner för drivningsdiagnostik och programvara för systemnivå. 

Om vi blickar framåt har ABB för avsikt att fortsätta på den inslagna vägen med sin hållbara DTC-teknik. Kunder som köper ABB:s drivsystem kan känna sig trygga i att de fördelar med Direct Torque Controlsom de investerar i i dag kommer att finnas kvar under överskådlig tid.