Advanced Electrical Drives: Analysis, Modeling, Control

درایوهای الکتریکی به شیوه ای کنترل شده، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. درایوهای الکتریکی شامل یک ماشین الکتریکی، یعنی یک مبدل انرژی الکترومکانیکی، یک مبدل الکترونیکی قدرت، یعنی یک مبدل برق به برق، و یک واحد کنترل/ارتباط هستند. امروزه درایوهای الکتریکی به عنوان پیشرانه در قطارهای سریع السیر، آسانسورها، پله برقی ها، کشتی های برقی، لیفتراک های برقی و وسایل نقلیه الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. الگوریتم‌های کنترل پیشرفته (بیشتر به صورت دیجیتالی پیاده‌سازی شده‌اند) امکان کنترل گشتاور روی پهنای باند بالا را فراهم می‌کنند. از این رو می توان به کنترل حرکت دقیق دست یافت. به عنوان مثال درایوها در روبات‌ها، ماشین‌های انتخاب و مکان، سخت‌افزار اتوماسیون کارخانه، و غیره هستند.
بیشتر درایوها می‌توانند در حالت موتور و تولید کار کنند. توربین های بادی از محرک های الکتریکی برای تبدیل انرژی باد به انرژی الکتریکی استفاده می کنند. بیشتر و بیشتر، از درایوهای سرعت متغیر برای صرفه جویی در انرژی استفاده می شود، به عنوان مثال، در واحدهای تهویه مطبوع، کمپرسورها، دمنده ها، پمپ ها و لوازم خانگی.
کلید اطمینان از عملکرد پایدار یک درایو در برنامه های فوق الذکر الگوریتم های کنترل گشتاور هستند. در درایوهای الکتریکی پیشرفته، یک رویکرد منحصر به فرد برای استخراج کنترل‌کننده‌های گشتاور مبتنی بر مدل برای همه انواع ماشین‌های نیروی لورنتس، یعنی ماشین‌های DC، سنکرون و القایی دنبال می‌شود. مدل ترانسفورماتور دوار اساس این رویکرد مدل‌سازی تعمیم‌یافته را تشکیل می‌دهد که در نهایت منجر به توسعه الگوریتم‌های کنترل میدان‌گرا جهانی می‌شود. در مورد ماشین‌های رلوکتانس سوئیچ، ناظران گشتاور برای پیاده‌سازی الگوریتم‌های گشتاور مستقیم پیشنهاد می‌شوند.
از دیدگاه آموزشی، آموزش‌هایی در پایان هر فصل گنجانده شده است. خواننده تشویق می شود که این آموزش ها را اجرا کند تا با تمام جنبه های فناوری درایو آشنا شود. از این رو، درایوهای الکتریکی پیشرفته "یادگیری از طریق انجام" را تشویق می کند. علاوه بر این، متخصص درایو با تجربه ممکن است ابزارهای شبیه‌سازی را برای طراحی کنترل‌کننده‌های با کارایی بالا برای انواع درایوهای الکتریکی مفید بداند.

Electrical drives convert in a controlled manner, electrical energy into mechanical energy. Electrical drives comprise an electrical machine, i.e. an electro-mechanical energy converter, a power electronic converter, i.e. an electrical-to-electrical converter, and a controller/communication unit. Today, electrical drives are used as propulsion systems in high-speed trains, elevators, escalators, electric ships, electric forklift trucks and electric vehicles. Advanced control algorithms (mostly digitally implemented) allow torque control over a high-bandwidth. Hence, precise motion control can be achieved. Examples are drives in robots, pick-and-place machines, factory automation hardware, etc.
Most drives can operate in motoring and generating mode. Wind turbines use electrical drives to convert wind energy into electrical energy. More and more, variable speed drives are used to save energy for example, in air-conditioning units, compressors, blowers, pumps and home appliances.
Key to ensure stable operation of a drive in the aforementioned applications are torque control algorithms. In Advanced Electrical Drives, a unique approach is followed to derive model based torque controllers for all types of Lorentz force machines, i.e. DC, synchronous and induction machines. The rotating transformer model forms the basis for this generalized modeling approach that ultimately leads to the development of universal field-oriented control algorithms. In case of switched reluctance machines, torque observers are proposed to implement direct torque algorithms.
From a didactic viewpoint, tutorials are included at the end of each chapter. The reader is encouraged to execute these tutorials to familiarize him or herself with all aspects of drive technology. Hence, Advanced Electrical Drives encourages “learning by doing”. Furthermore, the experienced drive specialist may find the simulation tools useful to design high-performance controllers for all sorts of electrical drives.