Control vectorial

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 10 decembrie 2014; verificarea necesită 31 de modificări .

Controlul vectorial este o metodă de control al motoarelor sincrone și asincrone , care nu numai că generează curenți armonici (tensiuni) ale fazelor ( control scalar ), dar oferă și controlul fluxului magnetic al rotorului. Primele implementări ale principiului controlului vectorial și algoritmi de precizie sporită necesită utilizarea senzorilor de poziție (viteză) a rotorului.

În general, „ controlul vectorial ” se referă la interacțiunea dispozitivului de control cu așa-numitul „vector spațial”, care se rotește cu frecvența câmpului motor.

Motive pentru

Motivul principal pentru apariția controlului vectorial este că un motor asincron cu un rotor cu colivie de veveriță (ADKZ) - cel mai masiv și mai ieftin motor din producție, fiabil și cel mai puțin pretențios în funcționare (nu există colectoare mecanice, inele colectoare în design) este dificil de controlat viteza, așa că a fost utilizat inițial pentru transmisii nereglabile, sau pentru transmisii cu reglare mecanică (folosind o cutie de viteze); ADKZ special cu mai multe viteze permitea doar schimbări treptate de viteză (de la doi la cinci trepte), dar costul lor a fost mult mai mare decât cel convențional, în plus, era necesară o stație de control pentru astfel de motoare, ceea ce a crescut și mai mult costul sistemului de control. , în timp ce era imposibil să se mențină automat turația motorului atunci când sarcina se schimbă. Mai târziu, au fost dezvoltate metode de control al vitezei ADKZ ( control scalar ), dar în procesele tranzitorii cu control scalar, legătura fluxului rotorului se modifică (când se modifică curenții statorului și rotorului), ceea ce duce la o scădere a ratei de schimbare a cuplul electromagnetic și deteriorarea dinamicii.

Pe de altă parte , un motor de curent continuu (motor de curent continuu), cu costuri și costuri de operare mai mari și cu fiabilitate mai mică (există un colector mecanic), este pur și simplu controlabil, în timp ce reglarea poate fi efectuată atât prin schimbarea tensiunii armăturii cu o constantă. fluxul de excitație nominal (prima zonă de control) și modificarea tensiunii pe înfășurarea de excitație (slăbirea fluxului de excitație) cu o tensiune nominală constantă la armătură (a doua zonă de reglare). În acest caz, reglarea se efectuează de obicei mai întâi în prima zonă și, dacă este necesar, o reglare ulterioară în a doua zonă (cu putere constantă).

Ideea controlului vectorial a fost de a crea un astfel de sistem de control pentru ADKZ, în care, la fel ca un motor de curent continuu, puteți controla separat cuplul și fluxul magnetic, menținând în același timp legătura fluxului rotorului la un nivel constant, ceea ce înseamnă că modificarea cuplului electromagnetic va fi maximă.

Aparat matematic de control vectorial

Pentru SM și IM , principiul controlului vectorial poate fi formulat după cum urmează: Inițial, sistemul de ecuații diferențiale liniare ale unui motor trifazat este convertit într-un sistem de ecuații al unei mașini bifazate generalizate, care are două faze ( situate spațial la 90 ° unul față de celălalt) pe stator și două faze pe rotor, de asemenea situate reciproc. Apoi toți vectorii descriși de acest sistem sunt proiectați pe un sistem de coordonate ortogonal care se rotește arbitrar, cu originea pe axa rotorului, în timp ce cea mai mare simplitate a ecuațiilor se obține atunci când sistemul de coordonate se rotește cu viteza câmpului mașinii, în plus. , cu această reprezentare, ecuațiile degenerează și devin asemănătoare cu ecuațiile DPT, proiecția tuturor vectorilor pe direcția câmpului mașinii este reflectată în denumirea acestei metode - „orientarea câmpului”. De fapt, a doua etapă în formarea valorilor orientate de-a lungul câmpului este înlocuirea înfășurărilor unei mașini generalizate în două faze (două pe stator și două pe rotor) cu o pereche de înfășurări reciproc perpendiculare care se rotesc sincron. cu câmpul. Pe lângă caracteristicile apropiate de caracteristicile DCT, ADKZ orientat pe câmp are viteza maximă admisă atunci când controlează cuplul în modul de menținere a constantei legăturii fluxului.

Ecuațiile proceselor electromagnetice, scrise în raport cu curenții statori și legăturile fluxului rotor într-un sistem de coordonate sincron ortogonal, orientate de-a lungul vectorului de legătură flux rotor, au forma:

\left\{{\begin{matrix}\sigma L_{s}{\frac {dI_{d}}{dt}}=-R_{s}I_{d}+U_{d}+\sigma L_{s }\omega _{\psi }I_{q}-{\frac {L_{m}}{L_{r}}}{\frac {d\psi _{r}}{dt}}\\\sigma L_ {s}{\frac {dI_{q}}{dt}}=-R_{s}I_{q}+U_{d}-\sigma L_{s}\omega _{\psi }I_{d}- {\frac {L_{m}}{L_{r}}}\omega _{\psi }\psi _{r}\\T_{r}{\frac {d\psi _{r}}{dt} }=-\psi _{r}+L_{m}I_{d}\\\omega _{\psi }=\omega _{r}e+\omega _{c}k=\omega _{r}e+ {\frac {L_{m}}{T_{r}}}{\frac {I_{d}}{\psi _{r}}}\\M={\frac {3}{2}}Z_{ r}{\frac {L_{m}}{L_{r}}}\psi _{r}I_{q}\end{matrice}}\right.

Unde:

$\sigma$ este coeficientul de împrăștiere; - respectiv, inductanţa statorului, rotorului şi mutuală; - respectiv, rezistenţa activă a statorului şi rotorului; — legătura de flux a rotorului; este frecvența de rotație a vectorului de legătură a fluxului rotorului; — frecvența electrică de rotație a rotorului; sunt proiecții ale curenților pe axele d și q; este constanta de timp a circuitului rotorului. $L_{s}L_{r}L_{m}$ $R_{s}R_{r}$ $\psi_{r}$ $\omega _{\psi }$ $\omega _{r}e$ $eu_{d}I_{q}$ $T_{r}$

Există două metode posibile pentru aceasta:

orientarea câmpului rotorului
orientarea de-a lungul câmpului legăturii de flux principal

În implementarea practică a primei metode, este necesar să se determine direcția și poziția unghiulară a vectorului de legătură de flux al rotorului motorului. Axele ortogonale d, q (în literatura de specialitate, axele x, y sunt folosite pentru mașinile asincrone) sunt direcționate astfel încât axa d să coincidă cu direcția vectorului fluxului rotorului. Vectorul de tensiune al statorului motorului este reglat în axele d, q. Componenta de tensiune a axei d controlează cantitatea de curent al statorului de-a lungul axei d.

Prin modificarea curentului statorului de-a lungul axei d, trebuie atinsă valoarea necesară a amplitudinii vectorului de flux rotor. Curentul statorului de-a lungul axei q, controlat de tensiunea de-a lungul acestei axe, va determina cuplul dezvoltat de motor. În acest mod de funcționare, caracteristicile SM și IM sunt similare cu un motor de curent continuu, astfel încât câmpul mașinii este format de-a lungul axei d (înfășurare de excitare pentru un motor de curent continuu, adică inductor ), iar curentul de-a lungul axei q setează momentul (înfășurarea de ancorare a unui motor de curent continuu). Controlul motorului conform acestei metode oferă teoretic o capacitate mare de suprasarcină a ADKZ, dar este imposibil să se determine direct vectorul legăturii fluxului rotorului.

Această metodă de control vectorial a fost implementată inițial în sistemul Siemens Transvektor .

Dispozitivele cu control asupra vectorului conexiunii de flux principal a motorului, în rusă, au început să fie numite sisteme vectoriale. Când se utilizează dispozitivul de control în funcție de vectorul conexiunii de flux principal și stabilizarea modulului conexiunii de flux principal al motorului în toate modurile de funcționare, saturația excesivă a sistemului magnetic este exclusă, iar structura de control a IM este exclusă. simplificat. Pentru componentele vectorului legăturii fluxului principal (de-a lungul axelor α, β ale statorului), măsurarea directă este posibilă, de exemplu, folosind senzori Hall instalați în spațiul de aer al motorului.

Alimentarea AM și SM în modul de control vectorial se realizează de la invertor , care poate furniza în orice moment amplitudinea și poziția unghiulară necesară a vectorului de tensiune (sau curent) al statorului. Măsurarea amplitudinii și poziției vectorului de legătură a fluxului rotorului se realizează cu ajutorul unui observator (un aparat matematic care vă permite să restabiliți parametrii nemăsurați ai sistemului).

Opțiuni pentru modurile de control vectorial

Controlul vectorial presupune prezența în legătura de control a unui model matematic (în continuare - MM ) al unui motor electric reglabil . În funcție de condițiile de funcționare ale acționării electrice , este posibil să se controleze motorul electric atât în moduri cu precizie normală, cât și în moduri cu precizie crescută de rezolvare a sarcinii pentru viteză sau cuplu.

Precizia modelului matematic al motorului electric

În legătură cu cele de mai sus, pare posibilă clasificarea modurilor de control în funcție de precizia motorului electric MM utilizat în legătura de control:

utilizarea MM fără măsurători suplimentare de rafinare de către dispozitivul de control a parametrilor motorului electric (se folosesc doar datele tipice ale motorului introduse de utilizator)
utilizarea MM cu măsurători suplimentare de rafinare de către dispozitivul de control a parametrilor motorului electric (adică rezistențele active și reactive ale statorului / rotorului , tensiunea și curentul motorului )

Utilizarea senzorului de viteză a motorului

În funcție de prezența sau absența unui senzor de feedback de viteză (senzor de viteză), controlul vectorial poate fi împărțit în:

controlul motorului fără senzor de viteză - în acest caz, dispozitivul de control utilizează datele MM ale motorului și valorile obținute din măsurarea curentului statorului și/sau rotorului
controlul motorului cu senzor de viteză - acest dispozitiv folosește nu numai valorile obținute prin măsurarea curentului statorului și/sau rotorului motorului electric (ca în cazul precedent), ci și date privind viteza (poziția ) al rotorului de la senzor, care în unele sarcini de control permite creșterea preciziei de lucru prin antrenare electrică a unei sarcini de viteză (poziție).

Nuanțe terminologice

Deoarece principiul controlului vectorial a fost inventat în Germania, termenul „ control vectorial ” este adesea găsit în literatura în limba rusă, care este o hârtie de calc din limba germană „Vektorregelung”. O astfel de definiție nu poate fi considerată eronată, totuși, conform normelor stabilite ale limbajului tehnic rus, ar fi mai corect să se folosească termenul „ control vectorial ”. În plus, această metodă este adesea numită și „principiul orientării câmpului”, care este și o traducere literală din limba germană „Das Prinzip der Feldorientierung”.

Link -uri

Convertoare de frecvență pentru control vectorial. Informatii de baza. clasificare. Alegere

Literatură

Dartau VA Investigarea metodei de control vectorial al unui antrenament asincron de frecventa pentru masini si instalatii miniere. - Rezumat. dis. pentru competitie uh. grad cand. tehnologie. Științe, L.: RTP LGI, 1974.
Rudakov VV Acționări electrice asincrone cu control vectorial/V. V. Rudakov, I. M. Stolyarov, V. A. Dartau. Leningrad: Energoatomizdat, 1987, 136 p.
Vinogradov A. B. Controlul vectorial al unităților electrice de curent alternativ Ivanovo, 2008
Chilikin M. G., Klyuchev V. I. Sandler A. S. Teoria acționării electrice automate. M., „Energie”, 1979
Alekseev VV Blocuri de sisteme de control vectorial pentru convertizoare de frecvență controlate bazate pe micromodule. L.: LDNTP, 1979, 28 p.
Mașini electrice. Modelarea mașinilor electrice acționări ale echipamentelor miniere. Manual / V. V. Alekseev, A. E. Kozyaruk, E. A. Zagrivny. SPGGI. Sankt Petersburg, 2006. 58 p.