کنترل مستقیم گشتاور یا DTC یکی از روش‌های رایج مورد استفاده در درایوهای فرکانس متغیر است که برای کنترل گشتاور سه فاز موتورهای الکتریکی AC مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش شامل محاسبه و برآورد شار مغناطیسی موتور و گشتاور بر اساس اندازه‌گیری ولتاژ و جریان ورودی به موتور است. DTC با کنترل مستقیم گشتاور، عملکرد و کنترل دقیق‌تری را در مقایسه با روش‌های سنتی کنترل سرعت ارائه می‌دهد.

در این مقاله به بررسی اصول و مبانی DTC، مزایای آن نسبت به روش‌های دیگر کنترل موتور، چالش‌های پیاده‌سازی آن و کاربردهای صنعتی این روش خواهیم پرداخت.

تعریف کنترل مستقیم گشتاور (DTC)

کنترل مستقیم گشتاور (DTC) یک روش کنترل دیجیتال است که برای کنترل سرعت و گشتاور موتورهای القایی سه فاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، گشتاور و جریان موتور به طور مستقیم و بدون استفاده از حلقه‌های کنترل سرعت و جریان، توسط سوئیچ‌های قدرت الکترونیکی کنترل می‌شود.
DTC شامل محاسبه مداوم شار مغناطیسی و گشتاور موتور بر اساس اندازه‌گیری ولتاژ و جریان استاتور است. سپس با مقایسه گشتاور محاسبه شده و گشتاور مرجع، الگوی سوئیچینگ مناسب برای ولتاژ ورودی اعمال می‌شود تا گشتاور موتور به گشتاور مطلوب برسد.
استفاده از DTC مزایای متعددی نسبت به روش‌های سنتی کنترل سرعت دارد.

اهمیت کنترل مستقیم گشتاور DTC

در مورد میزان اهمیت کنترل مستقیم گشتاور (DTC) می‌توان چند نکته مهم را بیان کرد:

• DTC یک روش کنترل برداری و مدرن برای موتورهای الکتریکی AC است که جایگزین روش‌های کنترل اسکالر (V/F) سنتی شده است.
• هدف اصلی DTC، کنترل مستقیم و دقیق گشتاور موتور بر اساس مدل موتور الکتریکی است.
• DTC شامل کنترلرهایی برای گشتاور و فلاکس است که وظیفه کنترل دینامیکی گشتاور و سرعت موتور را برعهده دارند.
• DTC نیازی به اندازه‌گیری مستقیم سرعت و موقعیت روتور ندارد و از سنسورهای جریان و ولتاژ استفاده می‌کند.
• مزایای DTC شامل بهبود کنترل دینامیک، پاسخ سریع، بهبود راندمان و قابلیت اطمینان بالاتر است.
• DTC در درایوهای فرکانس متغیر، کنترل کننده‌های حرکت، خودروهای الکتریکی و صنایع پیشرفته کاربرد دارد.

درمجموع DTC یک فناوری پیشرفته و کارآمد برای کنترل بهینه موتورهای الکتریکی AC است و باعث بهبود کنترل، بازدهی و عملکرد سیستم‌های مختلف الکترومکانیکی می‌شود.

نحوه عملکرد کنترلِ مستقیم گشتاور (DTC)

کنترل مستقیم گشتاور یا DTC یک روش کنترل برداری برای ماشین‌های الکتریکی AC است که بدون نیاز به اندازه‌گیری سرعت و موقعیت روتور، گشتاور موتور را به طور مستقیم کنترل می‌کند. در این روش، گشتاور و جریان استاتور به صورت مداوم اندازه‌گیری شده و با مقادیر مرجع مقایسه می‌شوند. بر اساس خطای گشتاور و جریان، کنترل‌کننده‌های گشتاور و فلاکس، ولتاژ مناسب اعمالی به استاتور را تعیین می‌کنند تا گشتاور موتور به مقدار مرجع برسد.

کنترل‌کننده گشتاور با توجه به خطای گشتاور، مقدار ولتاژ لازم را محاسبه کرده و کنترل‌کننده فلاکس نیز جهت ولتاژ را بر اساس خطای جریان انتخاب می‌کند. سپس ترکیبی از ولتاژهای محاسبه شده، به عنوان ورودی ولتاژ مرجع به اینورتر اعمال می‌شود تا ولتاژ مناسب به استاتور اعمال شود. با این کار گشتاور و جریان استاتور دنباله‌روی مقادیر مرجع می‌شوند. DTC سبب پاسخ‌گویی سریع موتور، بهبود کنترل گشتاور و راندمان بالاتر می‌شود.

تئوری عملکرد کنترلِ مستقیم گشتاور (DTC)

تئوری عملکرد کنترل مستقیم گشتاور (DTC) به این صورت است:

• DTC برای کنترل موتورهای القایی سه فاز AC به کار می‌رود. هدف آن کنترل مستقیم گشتاور الکترومغناطیسی موتور است.
• DTC از دو حلقه کنترلی جداگانه برای گشتاور و فلاکس استفاده می‌کند. کنترل‌کننده گشتاور وظیفه کنترل گشتاور الکترومغناطیسی و کنترل‌کننده فلاکس وظیفه کنترل شار مغناطیسی (فلاکس) را برعهده دارد.
• DTC نیازی به اندازه‌گیری مستقیم سرعت یا موقعیت روتور ندارد و فقط از سنسورهای جریان و ولتاژ استاتور استفاده می‌کند.
• با مقایسه گشتاور و جریان واقعی با مقادیر مرجع، سیگنال‌های کنترلی مناسبی برای اعمال ولتاژ به استاتور تولید می‌شود تا گشتاور و فلاکس به مقادیر مطلوب برسند.
• در DTC از مدولاسیون وکتور فضایی (SVM) برای کنترل ولتاژ استاتور استفاده می‌شود.
• مزایای DTC شامل پاسخ دینامیکی سریع، عدم نیاز به سنسور سرعت، کنترل دقیق گشتاور و بهبود کارایی است.
• DTC کاربردهای زیادی در درایوها، خودروهای الکتریکی، رباتیک و صنایع پیشرفته دارد.

درمجموع DTC یک روش کنترل برداری پیشرفته و مؤثر برای موتورهای القایی AC است.

کاربرد کنترل مستقیم گشتاور DTC چیست؟

کنترل مستقیم گشتاور (DTC) کاربردهای متعددی در صنایع مختلف دارد که می‌توان به برخی از موارد زیر اشاره کرد:

• در خودروهای الکتریکی و هیبریدی برای کنترل موتور الکتریکی تراکشن و بهبود عملکرد و راندمان
• در درایوهای الکتریکی و سیستم‌های حرکت الکتریکی برای کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی
• در انواع ماشین‌آلات صنعتی مانند پمپ‌ها، کمپرسورها، نوار نقاله و غیره برای بهبود کنترل و بازدهی
• در ربات‌ها و ماشین‌های CNC برای کنترل دقیق موتورهای حرکتی
• در توربین‌های بادی و توربین‌های گازی برای کنترل دقیق گشتاور و سرعت
• در کشتی‌ها و قطارها برای کنترل موتورهای الکتریکی تراکشن
• در صنایع هوافضا برای کنترل موقعیت و جهت‌دهی موتورهای الکتریکی
• در سیستم تهویه مطبوع و پمپ‌های حرارتی برای بهبود کنترل و راندمان

مقایسه کنترل مستقیم گشتاور DTC با سیستم‌های کنترل موتور سنتی

در مقایسه با سیستم‌های کنترل موتور سنتی، کنترل مستقیم گشتاور (DTC) دارای مزایا و ویژگی‌های زیر است:

• کنترل مستقیم گشتاور DTC امکان کنترل مستقیم و دقیق گشتاور الکترومغناطیسی موتور را فراهم می‌کند، درحالی‌که در روش‌های سنتی کنترل غیرمستقیم گشتاور از طریق ولتاژ انجام می‌شد.
• DTC پاسخ دینامیکی بهتر و سریع‌تری نسبت به کنترل اسکالر V/F دارد. زمان رسیدن به گشتاور مرجع کوتاه‌تر است.
• کنترل مستقیم گشتاور DTC نیازی به اندازه‌گیری سرعت و موقعیت روتور ندارد و از سنسورهای ساده‌تر جریان و ولتاژ استفاده می‌کند.
• قابلیت حفاظت و ایمنی کنترل مستقیم گشتاور DTC در برابر اضافه بار و اشکالات مداری بالاتر است.
• کنترل مستقیم گشتاور DTC امکان کنترل بهینه مصرف انرژی و بهبود راندمان را فراهم می‌کند.
• پیاده‌سازی و تنظیم کنترلر DTC ساده‌تر از کنترل‌کننده‌های برداری پیچیده‌تر مانند FOC است.
• کنترل مستقیم گشتاور DTC دارای ساختار مدولار و قابلیت انعطاف بالایی برای پیاده‌سازی در سخت‌افزارهای مختلف است.

درمجموع کنترل مستقیم گشتاور DTC یک روش کنترلی مدرن و بهینه برای ماشین‌های الکتریکی به شمار می‌رود.

مزایای کنترل مستقیم گشتاور DTC چیست؟

کنترل مستقیم گشتاور (DTC) مزایای زیادی نسبت به روش‌های سنتی کنترل موتور دارد:

• کنترل سریع و دقیق گشتاور موتور
• پاسخگویی دینامیکی بهتر به تغییرات بار
• بهبود شتاب و کنترل گشتاور در حالت گذرا
• افزایش راندمان و بهبود مصرف انرژی
• کاهش جریان و تلفات ناشی از آن
• کاهش هارمونیک‌ها و لرزش‌های موتور
• عدم نیاز به سنسور سرعت و موقعیت موتور
• قابلیت اطمینان و حفاظت بالا در برابر اضافه بار
• عملکرد مناسب در سرعت‌های بالا و گشتاورهای پایین
• ساختار مدولار و انعطاف‌پذیر برای پیاده‌سازی
• سادگی کنترل و تنظیم پارامترها

بنابراین DTC یک فناوری بهینه و پیشرفته برای کنترل موتورهای الکتریکی است.

راه‌اندازی الکتروموتور با مد DTC

برای راه‌اندازی و کنترل یک الکتروموتور سه فاز AC با استفاده از روش کنترل مستقیم گشتاور (DTC) مراحل زیر طی می‌شود:

1. انتخاب الکتروموتور مناسب AC سه فاز و تعیین مشخصات و پارامترهای آن
2. انتخاب تجهیزات الکترونیک قدرت مانند اینورتر سه فاز و تنظیم پارامترهای آن
3. اندازه‌گیری جریان و ولتاژ هر فاز استاتور با استفاده از سنسورهای جریان و ولتاژ
4. محاسبه گشتاور و فلاکس از روی اندازه‌گیری‌های جریان و ولتاژ
5. مقایسه گشتاور و فلاکس محاسبه شده با مقادیر مرجع و محاسبه سیگنال خطا
6. اعمال سیگنال‌های کنترلی مناسب برای تنظیم ولتاژ و فرکانس اینورتر
7. کنترل ولتاژ و فرکانس اینورتر به گونه‌ای که گشتاور و فلاکس موتور به مقادیر مرجع برسند
8. اعمال بار مکانیکی به محور موتور و بررسی عملکرد کنترل‌کننده DTC

با این روش، الکتروموتور به طور دقیق و بهینه توسط کنترل‌کننده DTC کنترل خواهد شد.

جمع‌بندی نهایی

کنترل مستقیم گشتاور (DTC) یک فناوری نوین و کارآمد برای کنترل دقیق و بهینه موتورهای الکتریکی است که موجب بهبود عملکرد، افزایش بازدهی و کاهش هزینه‌های تولید می‌شود. پیشنهاد می‌کنیم جهت ارتقای سیستم‌های الکترومکانیکی، از مشاوره و خدمات کارشناسان نیک صنعت بهره ببرید.

راه‌های ارتباطی نیک صنعت:

• تماس با نیک صنعت: 87700210
• واحد فروش نیک صنعت: 09197872783
• واحد تعمیرات نیک صنعت: 09197872789
• ایمیل نیک صنعت: info@nicsanat.com
• آدرس شرکت: تهران، خیابان بهشتی، خیابان میرعماد، خیابان پیمانی (یازدهم)، پلاک 17

​

.