بررسی مودهای کنترلی SVPWM/VF، SVC و FVC در درایو GD350A اینوت
در درایو GD350A اینوت، انتخاب صحیح مود کنترلی تأثیر مستقیمی بر کیفیت عملکرد موتور، پایداری سرعت، گشتاور راهاندازی و پاسخ سیستم در برابر تغییرات بار دارد. این درایو سه حالت اصلی کنترلی شامل SVPWM/VF، کنترل برداری بدون سنسور (SVC) و کنترل برداری حلقهبسته (FVC یا VC) را در اختیار کاربر قرار میدهد. انتخاب بین این حالتها در کاربردهای واقعی مانند فن، پمپ و نوار نقاله به عواملی مانند میزان دقت مورد نیاز، ماهیت بار، دینامیک سیستم و امکان یا عدم امکان استفاده از انکودر بستگی دارد.در این مقاله از تتا صنعت به بررسی مودهای کنترلی درایو GD350A می پردازیم.
بهطور کلی میتوان گفت هرچه نیاز به دقت سرعت و گشتاور بیشتر باشد و رفتار بار دینامیکیتر شود، باید از حالتهای کنترلی پیشرفتهتر استفاده کرد. در مقابل، برای کاربردهای ساده و عمومی، حالتهای کنترلی سادهتر هم پاسخگو خواهند بود.
معرفی مودهای کنترلی درایو GD350A
در ادامه به معرفی جداگانه مودهای کنترلی درایو GD350A می پردازیم.
کنترل بردار ولتاژ فضایی SVPWM / V/F
در حالت کنترل بردار ولتاژ فضایی یا همان SVPWM/VF که با پارامتر P00.00 = 2 فعال میشود، درایو بهصورت حلقهباز کار میکند. در این روش، نسبت ولتاژ به فرکانس طبق یک منحنی از پیش تعریف شده تنظیم میشود، اما سرعت یا گشتاور واقعی موتور بهطور فعال اندازهگیری یا کنترل نمیگردد. مزیت اصلی این حالت، استفاده از کلید زنی SVPWM است که نسبت به PWM سینوسی ساده، موج ولتاژ تمیزتری ایجاد کرده و بهرهوری بهتری از باس DC فراهم میکند.
در این حالت، کاربر میتواند منحنی V/f را بهصورت خطی، مخصوص فن و پمپ یا چندنقطهای از طریق پارامترهای P04.xx تنظیم کند و درایو صرفاً این نسبت را دنبال میکند.
کنترل برداری بدون سنسور SVC
کنترل برداری بدون سنسور یا SVC که با پارامتر P00.00 = 0 یا 1 فعال میشود، بدون استفاده از انکودر عمل میکند. در این حالت، درایو با استفاده از مدلهای ولتاژ و جریان، سرعت و شار موتور را تخمین میزند و بر اساس این تخمینها، کنترل برداری انجام میدهد.
در GD350A، عملکرد معمول SVC شامل بازه سرعت حدود 1:200 برای موتورهای القایی، دقت سرعت حدود ±0.2% و گشتاور راهاندازی تا حدود 150% در فرکانسهای پایین است. این حالت نسبت به V/F پایداری سرعت بهتر و گشتاور راهاندازی قویتری ارائه میدهد.
کنترل برداری کامل با فیدبک FVC / VC
کنترل برداری کامل یا FVC که با تنظیم P00.00 = 3 و نصب کارت انکودر (PG) فعال میشود، یکی از دقیقترین مود های کنترلی در GD350A محسوب میگردد. در این حالت، فیدبک واقعی سرعت از طریق انکودر نصبشده روی شفت موتور دریافت میشود و کنترل بهصورت حلقهبسته انجام میگیرد.
این روش امکان دستیابی به گشتاور راهاندازی بسیار بالا تا حدود 200% در صفرHz، بازه سرعت تا 1:1000، دقت سرعت حدود ±0.02% و دقت کنترل گشتاور در حدود 5% را فراهم میکند.
انتخاب مود کنترلی برای فنها
در فنها و سیستمهای HVAC، گشتاور معمولاً متناسب با مربع سرعت است (یعنی اگر سرعت فن دو برابر شود، گشتاور لازم حدوداً چهار برابر میشود) و در اغلب موارد دقت بسیار بالا موردنیاز نیست. در چنین کاربردهایی، زمانی که هدف اصلی تنظیم سرعت، کاهش مصرف انرژی و راهاندازی ساده است، استفاده از SVPWM/VF کاملاً مناسب خواهد بود. این حالت بهویژه زمانی توصیه میشود که یک اینورتر چند فن یکسان را بهصورت موازی راهاندازی کند، زیرا طبق دیتاشیت GD350A ، کاربردهای چند موتوره صراحتاً برای کنترل بردار ولتاژ فضایی پیشنهاد شدهاند.
در این شرایط، تنظیم P00.00 = 2 و انتخاب منحنی Torque-down در P04.00 با توانهای 1.3، 1.7 یا 2.0 مطابق قانون گشتاور فن، انتخابی استاندارد محسوب میشود.
با این حال، اگر یک فن تکی بزرگ با اینرسی بالا در اختیار دارید و عملکرد پایدار در سرعتهای پایین یا کاهش نویز اهمیت دارد، استفاده از SVC گزینه مناسبتری خواهد بود. استفاده از FVC در فنها معمولاً ضرورتی ندارد، مگر در شرایطی که کنترل دبی یا فشار کاملاً بحرانی باشد یا از فن PMSM بههمراه انکودر استفاده شود.
انتخاب مودهای کنترلی درایو GD350A برای پمپها
پمپهای سانتریفیوژ رفتاری مشابه فنها دارند، اما در بسیاری از کاربردها کنترل فشار پایدار با استفاده از PID اهمیت بالاتری پیدا میکند. در پمپهای ساده انتقال یا بوستر با کنترل تقریبی فشار، SVPWM/VF میتواند پاسخگو باشد، بهویژه اگر سادگی سیستم مدنظر باشد.
در اغلب کاربردهای واقعی پمپ آب، استفاده از SVC بهترین انتخاب است. این حالت برای پمپهای تکی با کنترل فشار PID و فیدبک 4–20mA بسیار مناسب بوده و بدون نیاز به انکودر، گشتاور مناسب در فرکانسهای پایین و پایداری سرعت خوبی فراهم میکند. در GD350A، SVC دقت سرعت حدود ±0.2% و گشتاور راهاندازی تا 150% را ارائه میدهد که برای حدود 95% کاربردهای پمپ آب کاملاً کافی است.
استفاده از FVC زمانی منطقی است که لازم باشد فشار یا دبی با دقت بسیار بالا و بدون افت کیفیت، حتی در برابر تغییرات سریع و شدید شرایط کاری حفظ شود، یا زمانی که از پمپ PMSM مجهز به انکودر استفاده میشود و بیشترین پایداری و راندمان مورد انتظار است.
انتخاب مود کنترلی برای نوار نقالهها
نوار نقالهها معمولاً بار گشتاور ثابت دارند، اما حساسیت آنها میتواند از کاربردهای ساده تا بسیار دقیق متغیر باشد. در نقالههای ساده که تنها به استارت نرم و چند سرعت ثابت نیاز دارند یا چند نقاله کوچک با یک اینورتر کنترل میشوند، SVPWM/VF گزینهای ساده و قابلاعتماد است. در این حالت، تنظیم P00.00 = 2 و انتخاب منحنی V/f خطی در P04.00 توصیه میشود.
برای نقالههای تکی با بار متغیر که پایداری سرعت بدون استفاده از انکودر اهمیت دارد، SVC انتخاب رایجتری است. این حالت گشتاور راهاندازی بهتر، حفظ سرعت در برابر تغییر بار و امکان حرکت آهسته با گشتاور قابلقبول را فراهم میکند.
در کاربردهایی که همزمانسازی دقیق، موقعیتیابی یا کنترل کشش موردنیاز است، مانند خطوط چاپ و بستهبندی، یا در مواردی که گشتاور بالا در سرعت صفر اهمیت دارد و امکان نصب انکودر وجود دارد، FVC بهترین انتخاب از بین مودهای کنترلی درایو GD350A خواهد بود.
| بار و نیاز | حالت پیشنهادی | دلیل |
| فن ساختمانی استاندارد، دقت آزاد، احتمال چندموتوره | SVPWM / V/F (P00.00 = 2) | ساده و مقاوم؛ مناسب منحنیهای فن؛ دقت خیلی بالا لازم نیست. |
| پمپ آب تکی با PID فشار 4–20mA، دقت معمولی | SVC (P00.00 = 0/1) | گشتاور بهتر در سرعت پایین، پایداری سرعت، بدون انکودر؛ کاربرد رایج پمپ. |
| نقاله ساده با چند سرعت، همزمانسازی غیرحساس | SVPWM / V/F | منحنی V/f خطی کافی است؛ راهاندازی سریع و ساده. |
| نقاله با بار متغیر و نیاز به پایداری سرعت بدون انکودر | SVC | برداری بدون سنسور، استارت قویتر و نگهداشت سرعت بهتر. |
| نقاله/خط دقیق با انکودر (چاپ، بستهبندی) | FVC / VC | دقت سرعت بالا و پاسخ گشتاور سریع با فیدبک انکودر. |
| فن/پمپ PMSM با نیاز به راندمان و پایداری عالی، انکودر موجود | FVC / VC (PMSM) | کنترل حلقهبسته بهترین راندمان و گشتاور در 0Hz. |
مثال: پمپ آب 11 kW با ترانسمیتر فشار 4–20mA
برای یک پمپ آب 11kW متصل به GD350A که از ترانسمیتر فشار 4–20 mA استفاده میکند، بهترین و عملیترین انتخاب، استفاده از SVC بههمراه PID داخلی درایو است. در این ساختار، سیگنال 4–20 mA بهعنوان فیدبک فشار از طریق AI1 دریافت میشود.
در این کاربرد، انتخاب حالت SVC با مقدار P00.00 = 0 یا 1 گزینهای منطقی و عملی است، زیرا با یک موتور القایی تکی سروکار داریم، پایداری فشار اهمیت دارد و در اغلب سیستمهای پمپاژ انکودر روی موتور نصب نمیشود. در مقابل، استفاده از SVPWM/VF بیشتر زمانی قابل توجیه است که هدف صرفاً کنترل دستی سرعت یا راهاندازی چند پمپ یکسان با یک اینورتر باشد، در حالیکه FVC تنها در شرایطی ارزشمند است که انکودر در دسترس بوده و دقت کنترلی بسیار بالا موردنیاز باشد.
ساختار کنترلی پیشنهادی برای پمپ 11kW
در این ساختار، حالت کنترل SVC انتخاب میشود و کنترل فشار ثابت با PID داخلی درایو انجام میگیرد. ترانسمیتر فشار 4–20 mA به AI1 متصل شده و پارامتر P05.50 بهگونهای تنظیم میشود که AI1 در حالت جریان قرار گیرد. سپس مشخصات پلاک موتور در پارامترهای P02.xx وارد شده و اتوتیون موتور از طریق P00.15 اجرا میشود تا پارامترهای برداری دقیق شوند.
در نهایت، گروه پارامترهای PID تنظیم میگردد بهطوریکه منبع فیدبک فرآیند AI1، مقدار مرجع فشار از منبع مناسب و جهت PID بهصورت فیدبک منفی انتخاب شود. در این حالت، GD350A بهطور پیوسته سرعت پمپ را تنظیم میکند تا فشار اندازهگیریشده بدون نیاز به انکودر، نزدیک مقدار تنظیمی باقی بماند.
جمع بندی نهایی
در این مقاله به بررسی مودهای کنترلی درایو GD350A پرداختیم و متوجه شدیم درایو GD350A اینوت با ارائه سه مود کنترلی SVPWM/VF، SVC و FVC، امکان انتخاب بهینه برای طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی را فراهم میکند. SVPWM/VF گزینهای ساده و مقاوم برای کاربردهای عمومی و چند موتوره است، SVC بهترین تعادل بین عملکرد و سادگی را برای اغلب فنها، پمپها و نقالههای تکی ارائه میدهد و FVC دقیقترین و قدرتمندترین حالت برای کاربردهای حساس و پیشرفته محسوب میشود. انتخاب صحیح این مودها، نقش کلیدی در افزایش راندمان، پایداری و عمر سیستم خواهد داشت.
سوالات متداول
آیا SVPWM/VF برای همه کاربردها کافی است؟
خیر. حالت SVPWM/VF برای کاربردهای ساده و غیرحساس مناسب است، اما در بارهای دینامیکی، کاربردهای با تغییرات سریع گشتاور یا نیازمند دقت سرعت بالا، محدودیتهایی دارد و معمولاً حالتهای کنترلی پیشرفتهتر توصیه میشوند.
چرا SVC در پمپها بسیار رایج است؟
حالت SVC بدون نیاز به انکودر، گشتاور مناسب در سرعتهای پایین و پایداری سرعت خوبی ارائه میدهد. این ویژگی باعث میشود در کاربردهایی مانند پمپ و فن که نیاز به دقت متوسط و هزینه مناسب دارند، بسیار پرکاربرد باشد.
آیا FVC همیشه بهترین انتخاب است؟
از نظر دقت کنترل، حالت FVC معمولاً بهترین عملکرد را ارائه میدهد، زیرا از فیدبک انکودر استفاده میکند. با این حال، نیاز به نصب انکودر، سیمکشی اضافی، هزینه بیشتر و پیچیدگی راهاندازی باعث میشود این حالت فقط در کاربردهایی که دقت و پاسخ دینامیکی بالا ضروری است استفاده شود.
در کاربرد چند موتوره کدام حالت توصیه میشود؟
طبق راهنمای درایو GD350A، در کاربردهای چند موتوره معمولاً حالت SVPWM/VF مناسبتر است، زیرا تنظیم و پایداری آن در چنین شرایطی سادهتر بوده و نیاز به پارامترهای دقیق موتور بهصورت جداگانه ندارد.
آیا میتوان بین مودهای کنترلی پس از راهاندازی جابهجا شد؟
بله، امکان تغییر مود کنترلی وجود دارد، اما معمولاً لازم است پارامترهای موتور و کنترل مجدداً تنظیم شوند و در بسیاری از موارد اجرای دوباره Auto-tuning برای دستیابی به بهترین عملکرد توصیه میشود.