การขับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ โดยใช้เทคนิค PWM

      .            

  การขับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ โดยใช้เทคนิค PWM

ปัญญา มัฆะศร

สาขาวิชาเทคโนโลยีมีเดีย

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

 

เทคนิคการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสับในงานอุตสาหกรรม  เพื่อลดการสูญเสียพลังงานและการสึกกร่อนทางกล รวมถึงการทำงานของมอเตอร์ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพด้วยระบบควบคุมการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่สามารถปรับความเร็ว แรงบิดในแบบต่างๆได้อย่างเหมาะสม

การขับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ โดยใช้เทคนิค PWM ได้เข้ามามีบทบาทอย่างกว้างขวางในระบบการควบคุมความเร็ว แรงบิดของมอเตอร์ในวงการอุตสาหกรรม ทั้งนี้ เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) มีราคาถูกกว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงและมีโครงสร้งภายในที่ไม่ซับซ้อน แต่ข้อจำกัดของการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ คือ การแม่นยำและความถูกต้องในการควบคุมมีประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากการควบคุมความเร็ว แรงบิดของอินดักชั่นมอเตอร์มีความซับซ้อนมากกว่ามอเตอร์ไฟฟฟ้ากระแสตรง ดังนั้น การใช้เทนนิค PWM มาใช้ควบคุมการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ จึงเป็นสิ่งจำเป็นโดยเทคนิคดังกล่าวนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างตั้งแต่ ไดร์ฟปั้มมอเตอร์ พัดลม คอมเพรสเซอร์ จนถึงเครื่องจักรที่มีการทำงานซับซ้อนสามารถทำงานได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่าตัวแปรทางไฟฟ้ากระแสสลับและจ่ายให้กับมอเตอร์ผ่านทาง “Solid State Electronic Devices” ซึ่งเทคนิคนี้มีประสิทธิภาพและความแม่นยำที่น่าเชื่อถือ สำหรับการใช้งานหลากหลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบเทคนิคมีความแตกต่างรวมไปถึงข้อจำกัดบางประการดังมีรายละเอียดที่จะอธิบายได้ดังนี้ คือ จากบล็อกไดอะแกรมดังรูปที่1. แสดงการแปลงพลังงานในรูปแบบ “Pulse Width Modulated” (PWM) ที่ใช้ในการขับเคลื่อมอเตอร์ 3 เฟส โดยวงจรกำลังจะประกอบไปด้วยไดโอดเรคต์ไฟเออร์แบบบริดจ์ให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงผ่านไปยังวงจร“Intermediate DC” หรือ D.C Link ทำหน้าที่ในการกรองสัญญาณที่ประกอบไปด้วยวงจร “LC Low-Pass Filter” และแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้จะแปรผันกลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับด้วยวิธี PWM ซึ่งความถี่ด้านเอาต์พุตและแรงดันไฟฟ้าจะถูกควบคุมให้คงที่ (Regulator) ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ทำหน้าที่ควบคุมความกว้างของสัญญาณพัลส์ด้วยแรงดันไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ หลักการใช้งานเทคนิคเหล่านี้ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์สวิตซ์ชิ่งในการเปลี่ยนแปลงขนาดกำลังไฟฟ้าที่ประกอบไปด้วยอุปกรณ์สวิตซ์กำลัง เช่น ทรานซิสเตอร์หรือ IGBTs สำหรับการสร้างระดับแรงดันไฟฟ้าRMS ทางเอาต์พุตในการขับมอเตอร์ที่เหมาะสม

1

รูปที่ 1  บล็อกไดอะแกรมระบบการควบคุมการขับมอเตอร์ด้วยหลักการพื้นฐาน PWM

PWM Generator

การทำงานของวงจรสวิตซ์ชิ่งภาคกำลังนี้ต้องมีการควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้นมากกว่าการเปลี่ยนแปลงเพียงแค่แรงดันไฟฟ้าทางด้านอินพุต (Variable Voltage Input: VVI) ด้วยการใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีฟังก์ชั่นควบคุมที่ซับซ้อนและจัดการได้อย่างมีประสิทธิภาพ บล็อกไดอะแกรมที่ 2. แสดงการสร้างวงจรกำเนิดคลื่นแรงดันเอาต์พุต PWM ด้วยการรวมคลื่นสัญญาณสามเหลี่ยมและคลื่นสัญญาณไซน์ทางอินพุต

2

รูปที่ 2 บล็อกไดอะแกรมของวงจรกำเนิดคลื่นแรงดันเอาต์พุต PWM

สัญญาณสามเหลี่ยม คือ สัญญาณพาหะหรือการสลับเปลี่ยนความถี่ของอินเวอร์เตอร์ โดนมอดูเลตไปกับสัญญาณคลื่นไซน์ที่กำหนดความกว้างของสัญญาณ   แรงดันพัลส์ทางเอาท์พุท RMS ของอินเวอร์เตอร์

3 ก

(ก)

3 ข

(ข)

 รูปที่ 3 (ก),(ข) เอาต์พุต PWM ของการมอดูเลตสัญญาณสามเหลี่ยมกับสัญญาณไซน์

ชนิดการควบคุม (Types of Control)

การขับสัญญาณ AC ที่ใช้เทคนิค PWM มีระดับที่แตกต่างของผลการทำงานด้วยวิธีการควบคุมอัลกอริทึม ซึ่งประกอบไปด้วย 4 ประเภทพื้นฐานหลัก ๆ ของการควบคุมการขับสัญญาณ AC (โวลต์ต่อเฮิรตซ์) พื้นฐานและเป็นการควบคุมเวกเตอร์โดยไม่ใช้เซนเซอร์ (Sensorless Vector Control) การควบคุมฟลักส์เวกเตอร์ (Flux Vector Control) และการควบคุมในแบบ “Field Oriented Control”

  1. Volts/Hertz Control คือ วิธีการควบคุมขั้นพื้นฐานในการเปลี่ยนแปลงค่าความถี่และแรงดันไฟฟ้า สำหรับการขับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ เช่น พัดลมและเครื่องสูบน้ำ เป็นต้น การใช้งานที่ความเร็วเริ่มต้นและแรงบิดที่เหมาะสมกับต้นทุนราคาของการใช้งานที่ต่ำ โดยข้อได้เปรียบของเทคนิคการขับมอเตอร์ในแบบนี้ คือ สามารถใช้กับมอเตอร์ทั่วๆไปได้ที่ไม่ต้องการทราบค่าตัวแปรในการควบคุมมากมายแต่อย่างใด แต่ข้อจำกัด คือ เนื่องจากเป็นการควบคุมโดยใช้พื้นฐานที่ง่ายไม่ซับซ้อน จึงไม่สามารถควบคุมความเร็วและแรงบิดได้โดยตรง อีกทั้ง ความแม่นยำและประสิทธิภาพต่ำ

  2. Sensorless Vector Control คือ วิธีที่มีประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วที่ดีเป็นพิเศษและสามารถในการกำเนิดแรงบิดเริ่มต้นที่สูงเป็นพิเศษ โดยหลักการทำงานจะช้การตรวจสอบตำแหน่งของฟลักส์เวกเตอร์ด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เนื่องจากผู้ใช้งานไม่สามารถวัดค่าฟลักส์ได้โดยตรง ดังนั้น ข้อจำกัดของเทคนิคดังกล่าวนี้ คือ ผู้ใช้งานจำเป็นต้องทราบข้อมูลตัวแปรพารามิเตอร์ค่อนข้างมาก เพื่อใช้เป็นตัวกำหนดการควบคุมการทำงานของมอเตอร์ได้อย่างถูกต้อง การใช้เทคนิคนี้จึงเหมาะสมกับงานที่ต้องการความแม่นยำและการตอบสนองค่อนข้างสูงเป็นพิเศษ

  3. Flux Vector Control คือ วิธีที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมความเร็วและแรงบิดที่แม่นยำมากยิ่งขึ้นด้วยการตอบสนองการใช้ทำงานแบบไดนามิก โดยวิธีการนี้จะอาศัยการควบคุมฟลักส์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นในสเตเตอร์ให้มีค่าคงที่ตลอดและใช้การป้อนกลับกระแส( Current Loop Back) เพื่อควบคุมแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์เป็นหลัก ซึ่งวิธีการนี้มีความแม่นยำสูง เนื่องจากระบบยังต้องใช้พารามิเตอร์ต่างๆ เพื่อใช้ในการอ้างอิงการทำงานของระบบโดยรวม แต่ข้อจำกัดของเทคนิคดังกล่าวนี้ คือ การทำงานของอุปกรณ์สวิตซ์กำลังมีการทำงานไม่เป็นไปตามอุดมคติ ดังนั้น จึงส่งผลต่อการควบคุมมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำ

  4. Field Oriented Control หรือ เรียกอีกชื่อว่า อินเวอร์เตอร์แบบเวกเตอร์ คอนโทรล คือ วิธีที่มุ่งเน้นการควบคุมให้ดีที่สุดความเร็วและแรงบิดที่พร้อมใช้งานสำหรับการควบคุมมอเตอร์แบบ AC โดยมีหลักการใช้งานที่คล้ายคลึงกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขนิดขดลวดกระตุ้นแยก (Separated Exciting) เช่น ประสิทธิภาพการทำงานสำหรับมอเตอร์ AC และมีความเหมาะสม สำหรับการใช้งานทั่วไปทางด้านดีซี

Voltz/Hertz Control

การควบคุมโวลต์ / เฮิร์ตซ์ในรูปแบบที่ง่ายเพียงใช้อ้างอิงความเร็วจากแหล่งภายนอกและความแตกต่างกันของแรงดันไฟฟ้าและความถี่ที่ใช้ขับมอเตอร์ โดยรักษาอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าและความถี่(โวลต์ / เฮิรตซ์) ให้คงที่อย่างต่อเนื่อง โดยสามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ที่เชื่อมต่อกับระบบได้อย่างสมบูรณ์

4

รูปที่ บล็อกไดอะแกรมการควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วยเทคนิคควบคุมแรงดันไฟฟ้าและความถี่คงที่ต่อเนื่อง

โดยปกติ การจำกัดกระแสไฟฟ้า (Current Limit Block) ที่ไหลผ่านมอเตอร์และการเปลี่ยนแปลงความถี่ เมื่อค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านมอเตอร์เกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ ส่วนในบล็อกแรงดันไฟฟ้า/ความถี่ (Volts/Hertz Block) ทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงกระแสเป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า/ความถี่ใช้งานได้ผลลัพธ์เป็นขนาดแรงดันไฟฟ้า(V Mag) ไปยังบล็อกควบคุมแรงดันไฟฟ้า (Voltage Control Block) ทำหน้าที่กำเนิดสัญญาณควบคุมการสวิตซ์ของอุปกรณ์กำลังทางเอาต์พุต

การกำหนดกระแสฟลักซ์ให้กับมอเตอร์ ถ้ามุมเฟสการทำงานที่ไม่ถูกต้องเกิดขึ้น มอเตอร์ก็ไม่เกิดเสถียรภาพในการทำงานเช่นกัน  ดังนั้น มุมเฟสของการทำงานจะไม่ได้ถูกควบคุมในโหมดอัตราส่วนของโวลต์ / เฮิรตซ์ ส่งผลให้ความเร็วในการทำงานที่ต่ำและมีความไม่เกิดสภาวะคงที่เทียบกับเวลาและไม่เกิดการชดเชยข้อผิดพลาดแต่อย่างไร ดังนั้น ระบบการทำงานจึงเพิ่มเติมคุณลักษณะในการขับวงจรแบบใหม่นี้จะใช้วิธีการ คือ  “การชดเชยสลิป” (Slip Compensation Block) เพื่อการปรับปรุงคุณภาพการควบคุมความเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่อ้างอิง เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของโหลด เพื่อให้ความเร็วของมอเตอร์ที่เกิดขึ้นจริงใกล้เคียงกับความเร็วที่ต้องการในขณะที่ประเภทของการควบคุมนี้เป็นสิ่งที่ดีมากสำหรับการใช้งาน แต่ไม่เหมาะสมกับการนำไปใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพการทำงานแบบไดนามิกที่สูง การใช้งานจึงเหมาะกับมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำมากหรืองานที่ต้องมีการควบคุมโดยตรงของแรงบิดมอเตอร์มากกว่าความถี่ของมอเตอร์

5

รูปที่ 5  การเปรียบเทียบความเร็วคงที่ / ความถี่อ้างอิงกับแรงบิดเพลาของมอเตอร์

กราฟดังรูปที่ 5. แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการทำงานของการขับในอัตราส่วนของโวลต์/เฮิร์ตซ์ (สภาวะคงที่เมื่อเทียบกับเวลา) เทียบกับแรงบิดโดยตรงบนเพลามอเตอร์ โดยข้อมูลที่มีพล็อตสรุปได้ว่า การขับที่ความเร็วคงที่ / ความถี่อ้างอิงแล้วโหลดมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นตามแรงบิดเพลาที่เกิดขึ้นจริง สังเกตได้ คือ การขับสัญญาณที่เอาท์พุทแรงบิดสูงๆ ที่ความเร็วต่ำลดลงอย่างมีนัยสำคัญต่ำกว่า 3 เฮิรตซ์นี้เป็นลักษณะปกติของโวลต์/เฮิร์ตซ์ และเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ช่วงความเร็วของการทำงานสำหรับโวลต์/เฮิรตซ์เป็นปกติ ประมาณ 20: 1 ในขณะที่โหลดมีค่าเพิ่มขึ้น ณ ความเร็วมอเตอร์ลดลงและก็ไม่ได้เป็นข้อบ่งชี้การเริ่มต้นของแรงบิดที่เกิดขึ้นกับมอเตอร์ แต่จะแสดงให้เห็นถึงความสามารถของการขับที่จะรักษาแรงบิดในช่วงระยะเวลาที่ยาวนานได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งการแก้ปัญหาของการควบคุมได้รับการพัฒนา เพื่อแก้ไขบางส่วนของปัญหาที่จะเกิดขึ้นเหล่านี้

Sensorless Vector

“Sensorless Vector Control” มีลักษณะเฉกเช่นเดียวกับการขับสัญญาณด้วยโวลต์/เฮิร์ตซ์ ซึ่งยังคงใช้การควบคุมความถี่กับการชดเชยสลิป (Slip Compensation Block)  สำหรับการรักษาความเร็วของมอเตอร์ที่เกิดขึ้นจริงให้มีความใกล้เคียงกับความเร็วที่ต้องการ โดยใช้บล็อกตัวประมาณค่าแรงบิดกระแส (Torque Current Estimator Block) ที่กำหนดเป็นร้อยละของค่ากระแสในเฟสสัญญาณเดียวกันกับแรงดันไฟฟ้า ซึ่งการใช้วิธีนี้จากประมาณการขนาดของสลิป สำหรับการควบคุมความเร็วที่มีประสิทธิภาพภายใต้โหลดการทำงาน

6

รูปที่ 6  การแก้ปัญหาของการควบคุมได้รับการพัฒนาด้วยเทคนิค “Sensorless Vector Control” 

การปรับปรุงและแก้ไขปัญหาการควบคุมพื้นฐานด้วยเทคนิคโวลต์/เฮิรตซ์ภายใต้เงื่อนไขทั้งขนาดและมุมของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าด้วยการควบคุมขนาดแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวเท่านั้น โดยมุมของแรงดันไฟฟ้าจะใช้ควบคุมปริมาณของกระแสไฟฟ้าในมอเตอร์ที่จะส่งผลต่อการเกิดฟลักซ์ในมอเตอร์ (บล็อกไดอะแกรม “Torque Current Estimator) โดยการควบคุมมุมเฟสจะนิยมใช้ขับมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำและการควบคุมแรงบิดดีขึ้นกว่ามาตรฐานการขับแบบโวลต์/เฮิรตซ์ จากกราฟรูปที่ 7. สังเกตได้ว่า การเปรียบเทียบความเร็วคงที่กับแรงบิดเพลาของมอเตอร์ของเทคนิค “Sensorless Vector Control” ณ ความเร็วคงที่เช่นเดียวกับเทคนิคมาตรฐานแบบโวลต์/เฮิรตซ์ แต่แรงบิดที่ได้มีค่ามากกว่าเทคนิคมาตรฐานแบบโวลต์/เฮิรตซ์

7

รูปที่ การเปรียบเทียบความเร็วคงที่กับแรงบิดเพลาด้วยเทคนิค “Sensorless Vector Control”

Flux Vector

การควบคุมเวกเตอร์ฟลักซ์ยังคงใช้หลักการโวลต์/เฮิรตซ์เป็นหลักสำคัญและได้เพิ่มบล็อกไดอะแกรม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของด้วยบล็อกไดอะแกรม “Current Resolver” สำหรับการวิเคราะห์หรือตรวจจับกระแส ฟลักซ์และแรงบิดที่เกิดขึ้นในมอเตอร์และทำให้ค่าเหล่านี้สามารถใช้ได้กับบล็อกอื่นๆ ในการขับสัญญาณ การควบคุกระแสมีความถูกต้องมากขึ้นในการควบคุมมอเตอร์แทนที่บล็อกที่จำกัดค่ากระแสไฟฟ้า (Current Limit Block) มีข้อสังเกตได้ว่าการรักษาระดับกระแสเอาต์พุตให้คงที่ยังคงใช้การอ้างอิงความถี่เป็นหลักสำคัญ

ในเวอร์ชันแรกๆ ของฟลักซ์เวกเตอร์จำเป็นต้องมีการป้อนกลับสัญญาณความเร็ว (โดยใช้ตัวเข้ารหัสสัญญาณ) และข้อมูลของฟลักส์และกระแสแรงบิดที่เกิดขึ้นในมอเตอร์ สิ่งนี้จึงนำไปสู่ความต้องการที่จะรวม “Matched Motor/Drive” เข้าด้วยกัน โดยหากมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้นในระหว่างการใช้งาน วิธีการนี้จะจำกัดตัวเลือกของผู้ใช้ที่ไม่สามารถควบคุมฟลักซ์มอเตอร์และแรงบิดได้อย่างอิสระ การควบคุมเวกเตอร์ฟลักซ์ช่วยเพิ่มการตอบสนองแบบไดนามิกและในบางกรณียังสามารถควบคุมแรงบิดมอเตอร์เช่นเดียวกับความเร็วของมอเตอร์ แต่ก็ยังคงต้องอาศัยหลักพื้นฐานของโวลต์/เฮิรตซ์ สำหรับการควบคุมมอเตอร์

8

รูปที่ บล็อกไดอะแกรมการควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วยเทคนิคการควบคุมเวกเตอร์ฟลักซ์

ปัจจุบัน การควบคุมของฟลักซ์เวกเตอร์ได้รับการปรับปรุง เพื่อช่วยให้การขับมอเตอร์ทำงานได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์การป้อนกลับความเร็ว โดยแทนที่ด้วยบล็อกไดอะแกรม “Torque Current Estimator” และ Slip Compensation” ในมาตรฐานเดียวกับการควบคุมโวลต์/เฮิร์ตซ์ แสดงดังรูปที่ 9.

9

รูปที่ การปรับปรุงเทคนิคฟลักซ์เวกเตอร์ โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์การป้อนกลับความเร็ว

10

รูปที่ 10 การเปรียบเทียบความเร็วคงที่กับแรงบิดเพลาด้วยเทคนิค “Flux Vector” 

กราฟนี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของแรงบิดในสภาวะคงที่เมื่อเทียบกับเวลาของการขับด้วยฟลักซ์เวกเตอร์ ประการแรก คือ การควบคุมความเร็วมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ประการที่สอง คือ ประสิทธิภาพของแรงบิดทางเอาต์พุตมีค่าเพิ่มขึ้น แต่ยังคงมีการลดลงของแรงบิดที่การขับมอเตอร์ ณ ความเร็วต่ำ เนื่องจากการขับมอเตอร์ยังคงใช้หลักการพื้นฐานของโวลต์/เฮิรตซ์เป็นหลักสำคัญ

11

รูปที่ 11 การปรับปรุงเทคนิคฟลักซ์เวกเตอร์ โดยใช้การควบคุมการปรับตัว (Adaptive Controller)

ตามแรงดันป้อนกลับและการปรับจูนอัตโนมัติ (Auto Tuning) 

การรักษากระแสคงที่ในย่านแบนด์วิดธ์สูงจะมีการแยกและควบคุมส่วนประกอบของกระแสไฟฟ้าในสเตเตอร์แทนที่โวลต์/เฮิรตซ์ในแบบเดิมๆ โดยคุณลักษณะแบนด์วิดธ์ที่สูงนี้จะใช้ควบคุมและจำกัดสิ่งรบกวนที่เกิดจากสภาวะ “Shock-Loads” ที่มีการปรับตัวอย่างต่อเนื่องกับการเปลี่ยนแปลงในมอเตอร์และคุณลักษณะโหลด การแยกตัวควบคุมการปรับตัว (Adaptive Controller) ที่ได้รับข้อมูลจากบล็อกไดอะแกรมการปรับจูนอัตโนมัติ (Auto Tuning) ของข้อมูลอ้างอิงที่เกิดขึ้นจริงและสัญญาณแรงดันป้อนกลับ (Voltage Feedback) ของมอเตอร์ที่ทำให้แรงบิดที่เกิดขึ้นเป็นอิสระและการควบคุมฟลักส์นี้จะช่วยให้การควบคุมความเร็วของมอเตอร์และแรงบิดได้อย่างต่อเนื่อง แสดงดังรูปที่ 11.

Sensorless Field Oriented Control

การพัฒนาเทคนิคฟลักซ์เวกเตอร์ที่สามารถควบคุมมอเตอร์ โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ตรวจวัดความเร็ว (Sensorless Field Oriented Control) กับความแตกต่างที่สำคัญเมื่อเทียบกับเทคนิคอื่นๆที่กล่าวมา คือ เทคนิคนี้สามารถขับมอเตอร์ได้อย่างต่อเนื่องและยังคงทำงานในแบบ “Field Oriented Control” แทนที่โวลต์/เฮิรตซ์ในแบบปกติ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากกับการทำงานของมอเตอร์ในแบบไดนามิกและการควบคุมแรงบิดของมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น การควบคุมการทำงานของมอเตอร์นี้สามารถเปรียบเทียบกับการควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ทำให้เกิดความเข้มของสนามแม่เหล็กในชุดขดลวดสเตเตอร์และขดลวดอาร์มาเจอร์ที่เกิดสนามแม่เหล็กบนโรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง โดยเปรียบเทียบหลักการทำงาน คือ เมื่อต้องการเปลี่ยนแปลงความเร็วหรือแรงบิดมอเตอร์ก็จะควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดขดลวดอาร์มาเจอร์ โดยกำหนดให้ขดลวดขดลวดสเตเตอร์ที่มีค่าคงที่ตลอดการทำงาน ยกเว้น

กรณีที่ต้องการควบคุมความเร็วเกินพิกัด การสามารถปรับเปลี่ยนค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์แทน เป็นต้น จากรูปที่ 12. การเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมมอเตอร์ด้วยการเพิ่มบล็อกไดอะแกรม “Auto Tuning Parameter” ทำหน้าที่ในการกำหนดหาค่าพารามิเตอร์ด้ยตัวมันเองในแบบออนไลน์ในระหว่างการทำงานของมอเตอร์ เช่น ค่าความต้านทานของขดลวดที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ค่าเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในขดลวดที่มีผลต่อแรงบิดมอเตอร์ ค่าความฉื่อยของระบบทางกล เป็นต้น   โดยพารามิเตอร์ที่หาได้นี้จะใช้เป็นตัวกำหนดคุณลักษณะการควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ให้เกิดความเหมาะสมในการควบคุมการทำงานแบบ PI Control

12

รูปที่ 12 บล็อกไดอะแกรมการควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วยเทคนิค“Sensorless Field Oriented Control”

13

รูปที่ 13  การเปรียบเทียบความเร็วคงที่กับแรงบิดเพลาด้วยเทคนิค “Sensorless Field Oriented Control” 

รูปที่ 13. คือ กราฟผลลัพธ์แสดงการขับมอเตอร์โดยไม่ใช้เซนเซอร์ตรวจวัดความเร็ว เช่น Tacho Generator หรือ Pulse Encoder มีข้อสังเกตที่ได้ คือ แรงบิดมีความสอดคล้องจากสภาวะที่ไม่โหลด (No Load) ไปจนกกระทั้งสภาวะโหลดเต็ม (Full Load) เกินกว่าช่วงความเร็วที่กว้างมากๆ นอกจากนี้ ผู้ใช้งานยังสามารถสังเกตได้ว่ามอเตอร์มีคุณลักษณะความเร็ว/แรงบิดที่มีลักษณะคล้ายกันมากกับแบบดีซี แม้ในขณะที่มอเตอร์ทำงานเหนือความเร็วฐานปกติ

สรุป การเลือกใช้การควบคุมการขับมอเตอร์แบบใดก็ตามขึ้นอยู่กับความเข้าใจในการเลือกใช้งานอย่างเหมาะสมกับคุณลักษณะของงานที่ผู้ใช้งานต้องการและความจำเป็นในการใช้เทคนิคใดๆ ก็ตามยังขึ้นอยู่กับงบประมาณและค่าใช้จ่ายเป็นสำคัญ

 

 

Leave a Comment

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>