تاریخچه توسعه فناوری کنترل موتور القایی

تاریخچه موتورهای الکتریکی به سال 1820 برمی گردد، زمانی که هانس کریستین اوستر اثر مغناطیسی جریان الکتریکی را کشف کرد و یک سال بعد مایکل فارادی چرخش الکترومغناطیسی را کشف کرد و اولین موتور DC اولیه را ساخت.فارادی القای الکترومغناطیسی را در سال 1831 کشف کرد، اما تا سال 1883 بود که تسلا موتور القایی (ناهمزمان) را اختراع کرد.امروزه، انواع اصلی ماشین‌های الکتریکی، DC، القایی (ناهمزمان) و سنکرون یکسان باقی مانده‌اند که همگی بر اساس نظریه‌هایی هستند که بیش از صد سال پیش توسط آلستد، فارادی و تسلا توسعه و کشف شده‌اند.

از زمان اختراع موتور القایی، به دلیل مزایای موتور القایی نسبت به سایر موتورها، امروزه به پرکاربردترین موتور تبدیل شده است.مزیت اصلی این است که موتورهای القایی نیازی به اتصال الکتریکی بین قسمت های ثابت و دوار موتور ندارند، بنابراین نیازی به کموتاتور مکانیکی (برس) ندارند و موتورهای بدون تعمیر و نگهداری هستند.موتورهای القایی همچنین دارای ویژگی های وزن سبک، اینرسی کم، راندمان بالا و ظرفیت اضافه بار قوی هستند.در نتیجه ارزان‌تر، قوی‌تر هستند و در سرعت‌های بالا خراب نمی‌شوند.علاوه بر این، موتور می تواند در فضای انفجاری بدون جرقه کار کند.

با در نظر گرفتن تمام مزایای فوق، موتورهای القایی به عنوان مبدل های انرژی الکترومکانیکی کامل در نظر گرفته می شوند، با این حال، انرژی مکانیکی اغلب در سرعت های متغیر مورد نیاز است، جایی که سیستم های کنترل سرعت یک موضوع بی اهمیت نیستند.تنها راه موثر برای ایجاد تغییر سرعت بدون پله، ارائه ولتاژ سه فاز با فرکانس و دامنه متغیر برای موتور آسنکرون است.سرعت روتور به سرعت میدان مغناطیسی دوار ارائه شده توسط استاتور بستگی دارد، بنابراین تبدیل فرکانس مورد نیاز است.ولتاژ متغیر مورد نیاز است، امپدانس موتور در فرکانس های پایین کاهش می یابد و جریان باید با کاهش ولتاژ تغذیه محدود شود.

قبل از ظهور الکترونیک قدرت، کنترل محدود کننده سرعت موتورهای القایی با تعویض سه سیم پیچ استاتور از یک مثلث به یک اتصال ستاره، که ولتاژ را در سیم پیچ های موتور کاهش می داد، به دست می آمد.موتورهای القایی همچنین دارای بیش از سه سیم پیچ استاتور هستند تا امکان تغییر تعداد جفت قطب ها را فراهم کنند.با این حال، موتور با سیم پیچ های متعدد گران تر است زیرا موتور به بیش از سه پورت اتصال نیاز دارد و فقط سرعت های گسسته خاصی در دسترس است.روش جایگزین دیگری برای کنترل سرعت را می توان با موتور القایی روتور زخمی به دست آورد، جایی که انتهای سیم پیچ روتور روی حلقه های لغزش قرار می گیرد.با این حال، این رویکرد ظاهراً بسیاری از مزایای موتورهای القایی را حذف می کند، در حالی که تلفات اضافی را نیز ایجاد می کند، که می تواند با قرار دادن مقاومت ها یا راکتانس ها به صورت سری در سراسر سیم پیچ های استاتور یک موتور القایی منجر به عملکرد ضعیف شود.

در آن زمان، روش‌های فوق تنها روش‌های موجود برای کنترل سرعت موتورهای القایی بودند، و موتورهای DC از قبل با درایوهای سرعت متغیر بی‌نهایت وجود داشتند که نه تنها اجازه کار در چهار ربع را می‌دادند، بلکه طیف وسیعی از توان را نیز پوشش می‌دادند.آنها بسیار کارآمد هستند و دارای کنترل مناسب و حتی پاسخ دینامیکی خوب هستند، اما عیب اصلی آن الزام اجباری برس ها است.

در نتیجه

در 20 سال گذشته، فناوری نیمه هادی پیشرفت فوق العاده ای داشته است و شرایط لازم را برای توسعه سیستم های محرک موتور القایی مناسب فراهم کرده است.این شرایط به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

(1) کاهش هزینه و بهبود عملکرد دستگاه های سوئیچینگ الکترونیکی قدرت.

(2) امکان پیاده سازی الگوریتم های پیچیده در ریزپردازنده های جدید.

با این حال، پیش نیازی برای توسعه روش‌های مناسب برای کنترل سرعت موتورهای القایی که پیچیدگی آن‌ها، برخلاف سادگی مکانیکی، از نظر ساختار ریاضی (چند متغیره و غیرخطی) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، باید ایجاد شود.