กฤษ เฉยไสย วิชัย ประเสริฐเจริญสุข อังคณา เจริญมี เทคนิคการตรวจจับความเร็วของอินดักชั่นมอเตอร์โดยใช้ค่าอิมพีแดนซ์ของโรเตอร์ Speed Sensorless technique of Induction Motor Control Using Rotor Impedance กฤษ เฉยไสย วิชัย ประเสริฐเจริญสุข อังคณา เจริญมี ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น

บทคัดย่อ ในบทความนี้ได้พัฒนา เทคนิคการตรวจับความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยใช้ค่าอิมพีแดนซ์ของโรเตอร์ หลักการในการตรวจจับความเร็วคือ ป้อนแรงดันความถี่สูงให้กับมอเตอร์ แล้ววัดค่ากระแสความถี่สูง มาเพื่อคำนวณหาค่าอิมพีแดนซ์ โดยที่ค่าอิมพีแดนซ์ที่วัดได้จะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโรเตอร์ ซึ่งที่ผิวของโรเตอร์ติดแผ่นอลูมิเนียมบางๆไว้ เพื่อทำให้ค่าอิมพีแดนซ์เปลี่ยนไปตามตำแหน่ง(มุม)ของโรเตอร์ ในขณะที่โรเตอร์หมุนอิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงตามการหมุนของโรเตอร์ ซึ่งจะมีผลต่อการไหลของกระแสสเตเตอร์ ผลการทดสอบกับมอเตอร์ 2 แรงม้า เมื่อนำค่ากระแสสเตเตอร์ มาผ่านวงจรกรองความถี่ต่ำ ทำให้ทราบความเร็วของโรเตอร์ ตั้งแต่มอเตอร์เริ่มหมุนจนถึงช่วงความเร็วสูงสุดได้ คำสำคัญ : อินดักชั่นมอเตอร์, ตัวตรวจวัดความเร็ว, วงจรกรองความถี่ต่ำ

รูปที่ 1 แสดงหลักการควบคุมอินดักชั่นมอเตอร์ 1. บทนำ รูปที่ 1 แสดงหลักการควบคุมอินดักชั่นมอเตอร์

รูปที่ 2 การนำแผ่นอลูมิเนียมบางติดที่แกนโรเตอร์ 2. หลักการ รูปที่ 2 การนำแผ่นอลูมิเนียมบางติดที่แกนโรเตอร์

รูปที่ 3 (a) การป้อนสนามแม่เหล็กความถี่สูงให้กับอินดักชั่นมอเตอร์ขนาด 2 poles (b) ขณะที่โรเตอร์จะหมุนทำให้สนามแม่เหล็ก( )เปลี่ยนแปลงตามการหมุนของโรเตอร์ (c) รูปคลื่นของกระแสสเตเตอร์ (irms)

รูปที่ 4 การใช้ LCR meter วัดค่า อิมพีแดนซ์ ของมอเตอร์

การติดแผ่นอลูมิเนียมใส่แกนโรเตอร์ 3. ผลของขนาดของการติดแผ่นอลูมิเนียมที่มีต่อ Impedance ตารางที่ 1 แสดงขนาดของแผ่นอลูมิเนียม การติดแผ่นอลูมิเนียมใส่แกนโรเตอร์ ติด 1/2 รอบ ติด 1/3 รอบ ติด 1/4 รอบ ติด 1/6 รอบ ติด 1/9 รอบ

รูปที่ 5 การพันแผ่นอลูมิเนียมติดกับแกนโรเตอร์

รูปที่ 6 ค่าอิมพีแดนซ์ ที่วัดขั้ว U-N เมื่อติดแผ่นอลูมิเนียมใส่แกนโรเตอร์ ตามขนาดทั้ง 6 ค่า

รูปที่ 7 วงจรที่ใช้ทดลอง 4. การทดลอง 4.1 วงจรที่ใช้ทดลอง รูปที่ 7 วงจรที่ใช้ทดลอง

= 50 Hz Passband gain(Ho) = (1+R4/R3)(1+R4/R3) = 2 รูปที่ 8 วงจร Low pass Filter ที่ใช้ในการทดลอง Corner frequency (fc) =

กระแสไหลผ่าน R มีค่า 39.25 mArms 4.2 ผลการทดลอง 4.2.1 ผลของกระแส เมื่อมุมเปลี่ยนและแรงดันอินพุทเป็นรูปคลื่น sine wave กระแสไหลผ่าน R มีค่า 39.25 mArms รูปที่ 9 รูปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์อยู่ที่มุม 45 องศา

กระแสไหลผ่าน R มีค่า 36.99 mArms รูปที่ 10 รูปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์อยู่ที่มุม 135 องศา

T กระแสไหลผ่าน R มีค่า 40 mArms กระแสที่ผ่านวงจร LPFมีค่า 59.78 mArms รูปที่ 11 สัญญาณกระแสขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็วรอบ 625 rpm

กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 20.15 mArms กระแสไหลผ่าน R มีค่า 39.88 mArms T รูปที่ 12 สัญญาณกระแสที่ขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็ว1500 rpm

ในรูปที่ 11 กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 59 ในรูปที่ 11 กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 59.78 mArms คาบเวลา T = 48 mSec หาความเร็วรอบได้จาก r = 1/(24810-3) = 10.416 รอบต่อวินาที คิดเป็น 625 รอบต่อนาที รูปที่ 12 กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 20.15 mArms คาบเวลา T = 20 mSec หาความเร็วรอบได้จาก r = 1/(22010-3) = 25 รอบต่อวินาที คิดเป็น 1500 รอบต่อนาที

4.2.2 ผลของกระแส เมื่อมุมเปลี่ยนและแรงดันอินพุทเป็น รูปคลื่น square wave กระแสไหลผ่าน R มีค่า 46.25 mArms รูปที่ 13 รูปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์อยู่ที่มุม 45 องศา

กระแสไหลผ่าน R มีค่า 44.27 mArms รูปที่ 14 รูปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์อยู่ที่มุม 135 องศา

กระแสไหลผ่าน R มีค่า 46.04 mArms กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 68.64 mArms T รูปที่ 15 กระแสที่วัดได้ขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็วรอบ 600 rpm

กระแสไหลผ่าน R มีค่า 49.24 mArms กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 17.69 mArms T รูปที่ 16 กระแสที่วัดได้ขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็วรอบ 1500 rpm

รูปที่ 15 กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 68 รูปที่ 15 กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 68.64 mArms คาบเวลา T = 50 mSec หาความเร็วรอบได้จาก r = 1/(25010-3) = 10 รอบต่อวินาที คิดเป็น 600 รอบต่อนาที รูปที่ 16 กระแสที่ผ่านวงจร LPF มีค่า 17.69 mArms คาบเวลา T = 20 mSec หาความเร็วรอบได้จาก r = 1/(22010-3) = 25 รอบต่อวินาที คิดเป็น 1500 รอบต่อนาที

5. สรุป เมื่อป้อนแรงดันความถี่สูงให้กับมอเตอร์ที่ติดแผ่นอลูมิเนียม ขนาด 1/3 รอบของแกนโรเตอร์ แล้ววัดค่ากระแสความถี่สูง เพื่อคำนวณหาค่าอิมพีแดนซ์ ในขณะที่โรเตอร์หมุนอิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงตามการหมุนของโรเตอร์ ซึ่งจะมีผลต่อการไหลของกระแสสเตเตอร์ ผลการทดสอบกับมอเตอร์ 2 แรงม้า เมื่อป้อนความถี่สูงรูป sine wave และ square waveให้กับมอเตอร์ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ที่ใกล้เคียงกัน จากนั้นนำสัญญาณที่ออกจากมอเตอร์มาผ่านวงจรกรองความถี่ต่ำ จะทำให้ทราบความเร็วของโรเตอร์ ตั้งแต่มอเตอร์เริ่มหมุนจนถึงช่วงความเร็วสูงสุดได้

เอกสารอ้างอิง [1] H. Kubota, K. Matsuse, “Speed sensorless field oriented control of induction machines using flux observer” IEEE, 1994. Pages:1611 - 1615 vol.3 [2] W. Huangang, Z. Xiaoping, X. Wenli, and Y. Geng, “The speed-sensorless control of induction motors at zero frequency” ICEMS, 2001. Pages:1195 - 1198 vol.2 [3] V.-M. Leppanen, J. Luomi, “Speed sensorless induction machine control for zero speed and frequency,” IEEE, 2002. Pages:400 - 405 vol.1

ขอจบการนำเสนอเพียงเท่านี้ ขอบคุณทุกท่าน