Motor yükü değiştiğinde kontrol nasıl tepki verir?

Doğrudan Tork Kontrolü, İngilizce adıyla Direct Torque Control (DTC), motorun elektromanyetik torkunu ve stator akısını esas alan bir sürücü kontrol yöntemidir. Tork, milin döndürme etkisidir; akı ise motorun manyetik durumunu tanımlayan büyüklüklerden biridir. DTC, ölçümlerden bu iki büyüklüğü tahmin eder ve hedefe yaklaşmak için inverterin anahtarlama durumunu belirler.

DTC bir kontrol yöntemidir; tork modu ise bir çalışma seçimidir. DTC kullanan sürücü, hız modunda da çalışabilir. Bu durumda dıştaki hız döngüsü genellikle bir PI denetleyiciyle tork referansı üretir; içteki DTC döngüsü bu isteği uygular. Tork kontrolü modunda ise belirli bir tork hedeflenir, hız yükle birlikte değişebilir. Bu yüzden hız kontrolü ile tork kontrolü aynı şey değildir.

Ölçümden anahtarlama kararına

Sürücü, motor akımlarını, DC bara gerilimini ve anahtarlama durumlarını kullanarak motorun elektriksel durumunu hesaplayabilir. Kullanılan yönteme göre gerilim doğrudan ölçülebilir veya yeniden oluşturulabilir. Motor modeli, bu verilerden tork ve akı tahmini üretir. Klasik gerilim modeliyle akı hesabında stator direnci de önemlidir; dolayısıyla “DTC motor parametrelerinden bağımsızdır” demek doğru değildir.

Klasik DTC, tork ve akı hatalarını histerezis karşılaştırıcılarında değerlendirir. Tipik yapıda akı karşılaştırıcısı iki, tork karşılaştırıcısı üç seviyelidir. Bu sonuçlar ve akı vektörünün sektörü, anahtarlama tablosunun girişleridir. Üç fazlı, iki seviyeli inverterde altı aktif ve iki sıfır gerilim vektörü bulunur. Seçilen vektör, bir sonraki anda tork ve akının nasıl değişeceğini etkiler. Klasik yapının anahtarlama frekansı çalışma koşullarıyla değişebilir; DTC'nin modülasyon kullanan farklı türevleri de vardır.

Histerezis bandının mantığı

Aşağıdaki çizimde 100 Nm referans ve ±5 Nm örnek bant gösterilir. Hareketli nokta, tork tahmininin çizim üzerindeki yerini izler. Başlat gösterimi çalıştırır; Durdur ve sıfırla başlangıca döndürür.

Bu, önceden çizilmiş eğitici bir gösterimdir; motor simülasyonu veya sürücü ayarı değildir. Gerçek kontrolde akı hatası ve sektör de karara katılır. Örnekleme ve uygulama gecikmeleri nedeniyle tork, histerezis sınırlarını kısa süreli aşabilir. ±5 Nm değeri herhangi bir ürün için öneri değildir.

V/f ve FOC ile farkı

V/f kontrolü, gerilim ile frekans arasındaki ilişkiyi esas alır. Basit pompa ve fan uygulamalarında yeterli olabilir; ani yük değişiminde hassas tork yönetimi gerektiğinde daha gelişmiş yöntemler değerlendirilir. Tork artırma ayarı, tek başına bir V/f sürücüyü DTC sürücüye dönüştürmez.

FOC, motor akımını dönen bir referans sisteminde bileşenlerine ayırır; akı ve tork üreten akım bileşenlerini düzenler. Genellikle akım denetleyicileri ve PWM modülasyonu kullanır. Klasik DTC ise doğrudan tork ve akı hataları üzerinden anahtarlama seçer. FOC de hızlı ve hassas olabilir. Sonucu yalnızca yöntem adıyla değil, sürücünün gerçek performansı ve uygulamanın ihtiyacıyla değerlendirmek gerekir.

Motor tanıtma ve enkoder seçimi

Devreye almada motor tipi, etiket gerilimi, akımı, frekansı ve devri doğru girilmelidir. Üreticinin öngördüğü motor tanıtma / auto-tuning işlemi uygulanmalı; akım sınırı ve motor aşırı yük koruması gerçek motora göre ayarlanmalıdır. Asenkron, kalıcı mıknatıslı senkron ve senkron relüktans motor desteği sürücüye ve yazılıma bağlıdır; her DTC sürücü her motoru çalıştırmaz.

Birçok uygulama enkoder olmadan yürütülebilir. Ancak çok düşük hız, uzun süre sıfıra yakın çalışma veya hassas konumlama için gereken doğruluk ayrıca değerlendirilmelidir. “DTC varsa enkoder gereksizdir” yaklaşımı yanlıştır. Düşük frekansta titreşim görülürse motor verileri, tanıtma işlemi, geri besleme ve mekanik sistem birlikte incelenmelidir.

Sahadaki karşılığı ve sınırları

Örneğin 900 dev/dak çalışan bir makinede yükün gerektirdiği tork 75 Nm'den 100 Nm'ye çıksın. Hız modunda hız döngüsü tork isteğini artırır; DTC bu yeni isteğe hızlı yanıt vermeyi amaçlar. Tork modunda sabit 75 Nm komutu korunursa motorun aynı hızda kalması beklenemez. Sarıcı, ekstrüder ve vinç sürücüsü gibi uygulamalarda bu ayrım seçim kadar ayarlama için de önemlidir.

Hızlı tork kontrolü, frenleme enerjisini ortadan kaldırmaz. Yükün motoru sürmesiyle oluşan rejeneratif enerji, uygun donanımda şebekeye döndürülmeli veya fren direnci gibi bir çözümle yönetilmelidir. Ayrıca düşük hızdaki motor soğutması, akım kapasitesi ve tork-hız eğrisi fiziksel sınırları belirlemeye devam eder.

DTC'nin güçlü tarafı dinamik tork kontrolüdür. Klasik yapıda tork dalgalanması, değişken anahtarlama frekansı ve model doğruluğu değerlendirilmesi gereken konulardır. Histerezis bandını daraltmak bazı koşullarda dalgalanmayı azaltabilir; buna karşılık anahtarlama sayısını ve kayıpları artırabilir. Ticari sürücülerde bu bantlar kullanıcıya açık olmayabilir; başka bir cihazın deney değerleri doğrudan kopyalanmamalıdır.