היסטוריית פיתוח של טכנולוגיית בקרת אינדוקציה

ההיסטוריה של המנועים החשמליים מתחילה בשנת 1820, כאשר הנס כריסטיאן אוסטר גילה את ההשפעה המגנטית של זרם חשמלי, ושנה לאחר מכן גילה מייקל פאראדיי את הסיבוב האלקטרומגנטי ובנה את מנוע ה-DC הפרימיטיבי הראשון.פאראדיי גילה אינדוקציה אלקטרומגנטית בשנת 1831, אך רק בשנת 1883 המציאה טסלה את מנוע האינדוקציה (אסינכרוני).כיום, הסוגים העיקריים של מכונות חשמליות נשארים זהים, DC, אינדוקציה (אסינכרוני) וסינכרוני, כולם מבוססים על תיאוריות שפותחו והתגלו על ידי אלסטד, פאראדיי וטסלה לפני למעלה ממאה שנים.

מאז המצאת מנוע האינדוקציה, הוא הפך למנוע הנפוץ ביותר כיום בשל יתרונותיו של מנוע האינדוקציה על פני מנועים אחרים.היתרון העיקרי הוא שמנועי אינדוקציה אינם דורשים חיבור חשמלי בין החלקים הנייחים והמסתובבים של המנוע, לפיכך, הם אינם דורשים שום קומוטטורים מכניים (מברשות) והם מנועים ללא תחזוקה.למנועי אינדוקציה יש גם מאפיינים של משקל קל, אינרציה נמוכה, יעילות גבוהה ויכולת עומס יתר חזקה.כתוצאה מכך, הם זולים יותר, חזקים יותר ואינם נכשלים במהירויות גבוהות.בנוסף, המנוע יכול לעבוד באווירה נפיצה ללא ניצוצות.

בהתחשב בכל היתרונות שלעיל, מנועי אינדוקציה נחשבים לממירי אנרגיה אלקטרו-מכאניים מושלמים, אולם לרוב נדרשת אנרגיה מכנית במהירויות משתנות, כאשר מערכות בקרת מהירות אינן עניין של מה בכך.הדרך היעילה היחידה ליצור שינוי מהירות ללא דרגות היא לספק מתח תלת פאזי עם תדר ומשרעת משתנים עבור המנוע האסינכרוני.מהירות הרוטור תלויה במהירות השדה המגנטי המסתובב שמספק הסטטור, ולכן נדרשת המרת תדר.נדרש מתח משתנה, עכבת המנוע מופחתת בתדרים נמוכים, ויש להגביל את הזרם על ידי הפחתת מתח האספקה.

לפני הופעת האלקטרוניקה הכוחנית, בקרת הגבלת מהירות של מנועי אינדוקציה הושגה על ידי החלפת שלושת פיתולי הסטטור מחיבור דלתא לכוכב, מה שהפחית את המתח על פיתולי המנוע.למנועי אינדוקציה יש גם יותר משלושה פיתולי סטטור כדי לאפשר שינוי במספר זוגות הקטבים.עם זאת, מנוע עם ריבוי פיתולים יקר יותר מכיוון שהמנוע דורש יותר משלוש יציאות חיבור ורק מהירויות נפרדות זמינות.שיטה חלופית נוספת של בקרת מהירות יכולה להיות מושגת עם מנוע אינדוקציה רוטור פצע, שבו קצוות מתפתל הרוטור מובאים על טבעות החלקה.עם זאת, גישה זו ככל הנראה מסירה את רוב היתרונות של מנועי אינדוקציה, ובמקביל גם מציגה הפסדים נוספים, שעלולים לגרום לביצועים גרועים על ידי הצבת נגדים או ריאקטנסים בסדרה על פני פיתולי הסטטור של מנוע אינדוקציה.

בזמנו, השיטות הנ"ל היו היחידות הזמינות לשליטה במהירות מנועי האינדוקציה, ומנועי DC כבר היו קיימים עם כוננים בעלי מהירות משתנה לא רק שאפשרו פעולה בארבעה רביעיות, אלא גם כיסו טווח הספק רחב.הן יעילות מאוד ובעלות שליטה מתאימה ואפילו תגובה דינמית טובה, אולם חסרונן העיקרי הוא דרישת החובה למברשות.

לסיכום

ב-20 השנים האחרונות, טכנולוגיית המוליכים למחצה עשתה התקדמות אדירה, ומספקת את התנאים הדרושים לפיתוח מערכות הנעה אינדוקציה מתאימות.תנאים אלה מתחלקים לשתי קטגוריות עיקריות:

(1) הפחתת עלויות ושיפור ביצועים של התקני מיתוג אלקטרוניים.

(2) אפשרות ליישם אלגוריתמים מורכבים במיקרו-מעבדים חדשים.

עם זאת, יש ליצור תנאי מוקדם לפיתוח שיטות מתאימות לשלוט במהירות של מנועי אינדוקציה שמורכבותם, בניגוד לפשטות המכנית שלהם, חשובה במיוחד בהתייחס למבנה המתמטי שלהם (רב משתנים ולא ליניאריים).