ประวัติความเป็นมาของเทคโนโลยีการควบคุมมอเตอร์เหนี่ยวนำ

ประวัติความเป็นมาของมอเตอร์ไฟฟ้าย้อนกลับไปในปี 1820 เมื่อ Hans Christian Oster ค้นพบผลทางแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า และอีกหนึ่งปีต่อมา Michael Faraday ค้นพบการหมุนของแม่เหล็กไฟฟ้า และสร้างมอเตอร์ DC แบบดั้งเดิมตัวแรกฟาราเดย์ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2374 แต่จนกระทั่งปี พ.ศ. 2426 Tesla ได้คิดค้นมอเตอร์เหนี่ยวนำ (อะซิงโครนัส)ปัจจุบัน เครื่องใช้ไฟฟ้าประเภทหลักยังคงเหมือนเดิม นั่นคือ DC การเหนี่ยวนำ (อะซิงโครนัส) และซิงโครนัส ทั้งหมดนี้อิงตามทฤษฎีที่พัฒนาและค้นพบโดย Alstead, Faraday และ Tesla เมื่อกว่าร้อยปีก่อน

นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์มอเตอร์เหนี่ยวนำ มอเตอร์ชนิดนี้ก็ได้กลายมาเป็นมอเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เนื่องจากมอเตอร์เหนี่ยวนำมีข้อดีเหนือมอเตอร์อื่นๆข้อได้เปรียบหลักคือมอเตอร์เหนี่ยวนำไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างส่วนที่อยู่กับที่และส่วนที่หมุนของมอเตอร์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีตัวสับเปลี่ยนทางกล (แปรง) และเป็นมอเตอร์ที่ไม่ต้องบำรุงรักษามอเตอร์เหนี่ยวนำยังมีคุณลักษณะน้ำหนักเบา ความเฉื่อยต่ำ ประสิทธิภาพสูง และความสามารถในการรับน้ำหนักเกินที่แข็งแกร่งเป็นผลให้มีราคาถูกกว่า แข็งแกร่งกว่า และไม่ล้มเหลวที่ความเร็วสูงนอกจากนี้มอเตอร์ยังสามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่ระเบิดได้โดยไม่เกิดประกายไฟ

เมื่อพิจารณาข้อดีทั้งหมดข้างต้นแล้ว มอเตอร์เหนี่ยวนำถือเป็นตัวแปลงพลังงานเครื่องกลไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบ อย่างไรก็ตาม มักต้องใช้พลังงานกลที่ความเร็วตัวแปร ซึ่งระบบควบคุมความเร็วไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยวิธีเดียวที่มีประสิทธิภาพในการสร้างการเปลี่ยนแปลงความเร็วแบบไม่มีขั้นตอนคือการจัดเตรียมแรงดันไฟฟ้าสามเฟสพร้อมความถี่และแอมพลิจูดที่แปรผันสำหรับมอเตอร์อะซิงโครนัสความเร็วของโรเตอร์ขึ้นอยู่กับความเร็วของสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนโดยสเตเตอร์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการแปลงความถี่ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงได้ อิมพีแดนซ์ของมอเตอร์จะลดลงที่ความถี่ต่ำ และต้องจำกัดกระแสด้วยการลดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย

ก่อนการกำเนิดของระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลัง การควบคุมมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบจำกัดความเร็วทำได้สำเร็จโดยการเปลี่ยนขดลวดสเตเตอร์ทั้งสามจากเดลต้าเป็นแบบสตาร์ ซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมขดลวดมอเตอร์ลดลงมอเตอร์เหนี่ยวนำยังมีขดลวดสเตเตอร์มากกว่าสามเส้นเพื่อให้จำนวนคู่ขั้วแตกต่างกันอย่างไรก็ตาม มอเตอร์ที่มีขดลวดหลายเส้นจะมีราคาแพงกว่า เนื่องจากมอเตอร์ต้องการพอร์ตเชื่อมต่อมากกว่า 3 พอร์ตและมีเฉพาะความเร็วแยกเฉพาะเท่านั้นทางเลือกอื่นในการควบคุมความเร็วสามารถทำได้โดยใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำโรเตอร์แบบพันขดลวด โดยนำปลายขดลวดของโรเตอร์ไปไว้บนวงแหวนสลิปอย่างไรก็ตาม วิธีการนี้เห็นได้ชัดว่าขจัดข้อดีส่วนใหญ่ของมอเตอร์เหนี่ยวนำออกไป ขณะเดียวกันก็ทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติม ซึ่งอาจส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานต่ำโดยการวางตัวต้านทานหรือรีแอกแตนซ์เป็นอนุกรมข้ามขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ

ในขณะนั้น วิธีการข้างต้นเป็นวิธีเดียวที่ใช้ควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำได้ และมอเตอร์กระแสตรงก็มีอยู่แล้วพร้อมระบบขับเคลื่อนแบบปรับความเร็วได้ไม่จำกัด ซึ่งไม่เพียงแต่อนุญาตให้ทำงานในสี่ควอแดรนท์เท่านั้น แต่ยังครอบคลุมช่วงกำลังที่กว้างอีกด้วยพวกมันมีประสิทธิภาพมากและมีการควบคุมที่เหมาะสมและแม้แต่การตอบสนองแบบไดนามิกที่ดี อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบหลักคือข้อกำหนดบังคับสำหรับแปรง

สรุปแล้ว

ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์มีความก้าวหน้าอย่างมาก โดยทำให้เกิดเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาระบบขับเคลื่อนมอเตอร์เหนี่ยวนำที่เหมาะสมเงื่อนไขเหล่านี้แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก:

(1) การลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์สวิตชิ่งอิเล็กทรอนิกส์กำลัง

(2) ความเป็นไปได้ในการใช้อัลกอริธึมที่ซับซ้อนในไมโครโปรเซสเซอร์ใหม่

อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีข้อกำหนดเบื้องต้นเพื่อพัฒนาวิธีการที่เหมาะสมในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำซึ่งความซับซ้อนซึ่งตรงกันข้ามกับความเรียบง่ายทางกลมีความสำคัญอย่างยิ่งโดยคำนึงถึงโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ (หลายตัวแปรและไม่เชิงเส้น)