درایو وکتور. مشکلات مدرن علم و آموزش

مبدل فرکانس، گشتاور و سرعت موتور القایی را با استفاده از یکی از دو روش اصلی کنترل فرکانس - اسکالر یا برداری، کنترل می کند. اجازه دهید ویژگی های این روش ها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

عملکرد IF اسکالر خطی

در محل کار موتور آسنکروناز مبدل فرکانس اسکالر، ولتاژ موتور به صورت خطی با کاهش فرکانس کاهش می یابد. این به دلیل این واقعیت است که از مدولاسیون عرض پالس (PWM) استفاده می شود که در آن نسبت ولتاژ بهره برداریبه فرکانس در کل محدوده کنترل ثابت است.

عملکرد فرکانس ولت (ولت هرتز) اینورتر خطی خواهد بود تا زمانی که ولتاژ به حد تعیین شده توسط ولتاژ تغذیه اینورتر افزایش یابد. کنترل اسکالربه موتور اجازه نمی دهد تا قدرت لازم را برای فرکانس های پایین(قدرت به ولتاژ بستگی دارد)، و گشتاور روی شفت به طور چشمگیری کاهش می یابد.

عملکرد اسکالر درجه دوم

در برخی موارد، به عنوان مثال، هنگامی که مبدل برای فن ها و پمپ های قدرتمند استفاده می شود، از یک مشخصه ولتاژ-فرکانس درجه دوم با گشتاور کاهش یافته استفاده می شود که امکان در نظر گرفتن مکانیک فرآیند، کاهش جریان ها و بر این اساس را فراهم می کند. ، تلفات در فرکانس های پایین.

نقطه ضعف اصلی مشخصه ولتاژ-فرکانس اسکالر

وابستگی خطی و درجه دوم ولت-فرکانس، با سادگی و توزیع گسترده، یک منفی بزرگ دارد - افت قدرت در شفت، که به معنای افت گشتاور و دور موتور است. در این حالت، به اصطلاح لغزش رخ می دهد، زمانی که سرعت روتور از سرعت الکتریکی عقب می افتد. میدان مغناطیسی.

برای از بین بردن این اثر، از جبران لغزش برای اصلاح فرکانس خروجی (سرعت موتور) با افزایش گشتاور بار استفاده می شود. اگر مقدار جبران به درستی انتخاب شود، سرعت چرخش واقعی تحت بار سنگین به سرعت چرخش نزدیک می شود. بیکار.

علاوه بر این، اکثر اینورترهای خطی V/F دارای تابع جبران گشتاور هستند. سرعت های پایین. این تابعبا افزایش ولتاژ در فرکانس های پایین اجرا می شود و در صورت استفاده نادرست می تواند باعث گرم شدن بیش از حد موتور شود.

هر دو پارامتر جبرانی دارای یک مقدار ثابت (تنظیم شده در طول پیکربندی) هستند و به بار بستگی ندارند.

مزایای کنترل برداری

هنگامی که لازم است سرعت مشخصی ارائه شود، وظایف زیادی وجود دارد و اشکال توصیف شده بسیار مرتبط می شود. در چنین مواردی، بردار کنترل فرکانس، که در آن کنترلر ولتاژ مورد نیاز برای حفظ گشتاور را محاسبه می کند و یک فرکانس پایدار ارائه می دهد. برخلاف حالت اسکالر، یک کنترل "هوشمند" شار مغناطیسی روتور وجود دارد.

کنترل برداری یک موتور ناهمزمان به ویژه در فرکانس های پایین - زیر 10 هرتز، زمانی که گشتاور عملیاتی موتور به شدت کاهش می یابد، مهم است. علاوه بر این، این روش به شما امکان می دهد سرعت ثابت (با تغییر خطی قابل پیش بینی) را در هنگام شتاب گیری حفظ کنید. این امر با به دست آوردن گشتاور راه اندازی بالا تا زمانی که موتور به حالت حالت برسد به دست می آید.

همچنین مهم است که با کنترل برداری در انرژی (در برخی موارد تا 60٪) صرفه جویی شود، زیرا اغلب اوقات مبدل فرکانس دقیقاً همان مقدار انرژی را به موتور منتقل می کند که برای حفظ سرعت تنظیم شده لازم است.

دو نوع کنترل برداری وجود دارد - بدون سنسور سرعت (بدون بازخورد، یا بدون سنسور) و با بازخوردزمانی که رمزگذار معمولاً به عنوان سنسور استفاده می شود.

کنترل بردار حلقه را باز کنید

در این حالت مبدل فرکانس سرعت چرخش موتور را از یک مدل ریاضی بر اساس داده های وارد شده قبلی (پارامترهای موتور) و داده های جریان و ولتاژ لحظه ای محاسبه می کند. بر اساس محاسبات، اینورتر تصمیم می گیرد ولتاژ خروجی را تغییر دهد.

قبل از روشن کردن حالت بدون سنسور برداری، لازم است پارامترهای اسمی موتور را با دقت تنظیم کنید: ولتاژ، جریان، فرکانس، سرعت (دورها)، توان، تعداد قطب ها و همچنین مقاومت سیم پیچ و پارامترهای القایی. اگر برخی از مقادیر ناشناخته هستند، توصیه می شود یک تست خودکار موتور را در حالت دور آرام انجام دهید. برخی از مدل های اینورتر، پارامترهای پیش فرض را برای موتور استاندارد پس از وارد کردن مقادیر اسمی تنظیم می کنند. همچنین لازم است که حدود پارامترهای زمان و جریان کنترل برداری را تنظیم کنید.

کنترل بازخورد برداری

این حالت دارای دقت کنترل سرعت موتور بالاتر است. بازخورد توسط یک رمزگذار ارائه می شود که از طریق یک ماژول اضافی با مبدل فرکانس ارتباط برقرار می کند.

رمزگذار بر روی شفت یک موتور الکتریکی یا مکانیزم بعدی نصب می شود و اطلاعات سرعت جریان را ارسال می کند. مبدل بر اساس اطلاعات دریافتی، ولتاژ، گشتاور و بر این اساس، سرعت موتور را تغییر می دهد. باید اضافه کرد که برای بارهای دینامیکی زیاد (تغییرات مکرر گشتاور) و عملکرد در سرعت های پایین، استفاده از خنک کننده اجباری توسط فن خارجی توصیه می شود.

سایر منابع مفید:

شناخته شده ترین روش صرفه جویی در انرژی کاهش سرعت موتور الکتریکی است. جریان متناوب. از آنجایی که توان با مکعب سرعت شفت متناسب است، کاهش اندک سرعت می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی شود. این که چقدر برای تولید مرتبط است، همه می دانند. اما چگونه می توان به این امر دست یافت؟ ما به این سؤالات و سؤالات دیگر پاسخ خواهیم داد، اما ابتدا اجازه دهید در مورد انواع کنترل موتورهای آسنکرون صحبت کنیم.

درایو الکتریکی AC یک سیستم الکترومکانیکی است که به عنوان اساس اکثر فرآیندهای تکنولوژیکی عمل می کند. نقش مهماین متعلق به مبدل فرکانس (FC) است که مسئول عنوان "نوازندگی ویولن اصلی دوئت" - یک موتور ناهمزمان (IM) است.

کمی فیزیک ابتدایی

از روی نیمکت مدرسه، ما یک ایده واضح داریم که ولتاژ اختلاف پتانسیل بین دو نقطه است و فرکانس مقداری برابر با تعداد دوره هایی است که جریان فقط در یک ثانیه طی می کند.

بعنوان بخشی از فرآیند تکنولوژیکیاغلب شما باید پارامترهای عملیاتی شبکه را تغییر دهید. برای این منظور مبدل های فرکانس: اسکالر و برداری وجود دارد. چرا به آنها می گویند؟ برای شروع، ویژگی های خاص هر نوع از نام آنها مشخص می شود. اجازه دهید مبانی فیزیک ابتدایی را به یاد بیاوریم و به خودمان اجازه دهیم مبدل فرکانس را برای سادگی کوتاهتر صدا کنیم. "Vektornik" جهت خاصی دارد و از قوانین بردارها تبعیت می کند. "اسکالر" هیچ کدام از اینها را ندارد، بنابراین الگوریتم روش کنترل آن، البته، بسیار ساده است. به نظر می رسد نام ها قطعی شده است. اکنون در مورد چگونگی مقادیر مختلف فیزیکی از فرمول های ریاضیبه هم پیوسته.

به یاد داشته باشید که با کاهش سرعت، گشتاور افزایش می یابد و بالعکس؟ به این معنی که هرچه چرخش روتور بیشتر باشد، جریان بیشتری از استاتور عبور می کند و در نتیجه ولتاژ بیشتری القا می شود.

همین امر در اصل عملکرد در سیستم های مورد نظر ما نهفته است، فقط در "اسکالر" میدان مغناطیسی استاتور کنترل می شود و در "بردار" برهمکنش میدان های مغناطیسی استاتور و روتور نقش دارد. در مورد، فن آوری اجازه می دهد تا برای بهبود مشخصات فنیعملکرد سیستم محرکه

تفاوت های فنی بین مبدل ها

تفاوت های زیادی وجود دارد، ما اساسی ترین آنها را برجسته می کنیم و بدون شبکه علمی کلمات. برای مبدل فرکانس اسکالر (بدون حسگر)، وابستگی U/F خطی است و محدوده کنترل سرعت نسبتاً کوچک است. به هر حال، بنابراین، در فرکانس های پایین، ولتاژ کافی برای حفظ گشتاور وجود ندارد و گاهی اوقات باید مشخصه ولتاژ-فرکانس (VCH) را با شرایط کار تنظیم کنید، همین اتفاق زمانی می افتد که حداکثر فرکانسبالای 50 هرتز

هنگامی که شفت در محدوده سرعت گسترده و فرکانس پایین می چرخد ​​و همچنین الزامات کنترل گشتاور خودکار را برآورده می کند، از روش کنترل برداری با بازخورد استفاده می شود. این تفاوت دیگری را نشان می دهد: «اسکالر» معمولاً چنین بازخوردی ندارد.

چه نوع اضطراری را انتخاب کنیم؟ در استفاده از یک یا دستگاه دیگر، عمدتا توسط محدوده درایو الکتریکی هدایت می شود. اما در موارد خاص، انتخاب نوع مبدل فرکانس غیر متغیر می شود. اول: تفاوت واضح و قابل توجهی در قیمت وجود دارد (اسکالرها بسیار ارزان تر هستند، نیازی به هسته های محاسباتی گران قیمت نیست). بنابراین، کاهش در هزینه تولید گاهی اوقات بر تصمیم گیری در مورد انتخاب سنگینی می کند. ثانیاً: مناطقی از کاربرد وجود دارد که فقط استفاده از آنها ممکن است، به عنوان مثال، در خطوط نقاله، که در آن چندین موتور الکتریکی به طور همزمان از یک (VFD) کنترل می شوند.

روش اسکالر

یک درایو الکتریکی ناهمزمان با کنترل سرعت اسکالر (یعنی توسط VChH) تا به امروز رایج ترین است. این روش مبتنی بر این واقعیت است که سرعت موتور تابعی از فرکانس خروجی است.

کنترل موتور اسکالر – انتخاب بهینهبرای مواردی که بار متغیر وجود ندارد و همچنین نیازی به دینامیک خوب نیست. هیچ سنسوری برای کار کردن "اسکالر" مورد نیاز نیست. با استفاده از این روش نیازی به گرانی نیست پردازنده دیجیتال، همانطور که در مورد کنترل برداری.

این روش اغلب برای کنترل خودکار، فن، کمپرسور و سایر واحدها استفاده می شود.در اینجا لازم است که سرعت چرخش محور موتور با استفاده از سنسور یا شاخص مشخص دیگری (مثلاً دمای مایع که توسط دستگاه ردیابی مناسب) نگهداری شود.

با کنترل اسکالر، تغییر فرکانس دامنه در ولتاژ تغذیه با فرمول U / fn = const تعیین می شود. این اجازه می دهد تا یک شار مغناطیسی ثابت در موتور وجود داشته باشد. این روش بسیار ساده است، پیاده سازی آسان است، اما بدون برخی از اشکالات قابل توجه نیست:

• امکان کنترل همزمان گشتاور و سرعت وجود ندارد، بنابراین، مقداری که از نظر فناوری بیشترین اهمیت را دارد انتخاب می شود.
• محدوده کنترل سرعت باریک و گشتاور کم در سرعت های پایین؛
• عملکرد ضعیف با تغییر بار پویا

روش برداری چیست؟

روش برداری

در فرآیند بهبود بوجود آمد و در مواقعی که نیاز به پیاده سازی باشد استفاده می شود حداکثر عملکردتنظیم در محدوده سرعت وسیع و قابلیت کنترل گشتاور روی شفت.

که در جدیدترین مدل هادرایوهای الکتریکی در سیستم کنترل (CS) از این نوع، یک مدل ریاضی از موتور معرفی شده است که قادر به محاسبه ممان موتور و سرعت چرخش شفت می باشد. در این حالت فقط نصب سنسورهای جریان فازهای استاتور مورد نیاز است.

امروزه آنها دارای تعداد کافی مزیت هستند:

• دقت بالا؛
• بدون تکان، چرخش صاف فشار خون؛
• طیف گسترده ای از مقررات؛
• پاسخ سریع به تغییرات بار؛
• اطمینان از حالت عملکرد موتور، که در آن تلفات گرمایش و مغناطیس کاهش می یابد، و این منجر به افزایش بازدهی مطلوب می شود!

مزایا البته واضح است، اما روش کنترل برداری بدون اشکال نیست، مانند پیچیدگی محاسباتی و نیاز به دانستن شاخص های فنی IM. علاوه بر این، دامنه های بیشتری از نوسانات سرعت نسبت به "اسکالر" در یک بار ثابت مشاهده می شود. وظیفه اصلی در ساخت مبدل فرکانس ("بردار") ارائه گشتاور بالا در سرعت چرخش کم است.

نمودار یک سیستم کنترل برداری با واحد مدولاسیون عرض پالس (API PWM) چیزی شبیه به این است:

در نمودار نشان داده شده، جسم کنترل شده یک موتور ناهمزمان است که به یک سنسور (DS) روی شفت متصل است. بلوک های نشان داده شده در واقع پیوندهایی در زنجیره CS هستند که بر روی کنترلر پیاده سازی شده اند. بلوک BZP مقادیر متغیرها را تنظیم می کند. بلوک های منطقی (BRP) و (BVP) معادلات متغیر را تنظیم و محاسبه می کنند. خود کنترلر و سایر قسمت های مکانیکی سیستم در کابینت برق قرار دارند.

نوع با میکروکنترلر فرکانس

مبدل جریان / ولتاژ فرکانس برای تنظیم صاف مقادیر اصلی و همچنین سایر شاخص های عملکرد تجهیزات طراحی شده است. این به عنوان یک "اسکالر" و "بردار" در همان زمان، با استفاده از مدل های ریاضیدر میکروکنترلر داخلی برنامه ریزی شده است. دومی در یک سپر مخصوص نصب شده است و یکی از گره ها است شبکه اطلاعاتسیستم های اتوماسیون

کنترل کننده بلوک / مبدل فرکانس جدیدترین فناوری است، در مدار با آنها از چوک استفاده می کنند و شدت نویز ورودی را کاهش می دهند. لازم به ذکر است که در خارج از کشور این مسالهدر عمل داخلی استفاده از فیلترهای EMC همچنان ادامه دارد پیوند ضعیف، از آنجایی که حتی یک معقول وجود ندارد چارچوب قانونی. ما بیشتر اوقات از خود فیلترها در جاهایی استفاده می کنیم که به آنها نیاز نیست، و در جایی که واقعاً مورد نیاز هستند، به دلایلی فراموش می شوند.

نتیجه

نکته این است که موتور الکتریکی حالت عادیعملیات شبکه تمایل به داشتن پارامترهای استاندارد دارد، این همیشه قابل قبول نیست. این واقعیت با معرفی مکانیسم های چرخ دنده مختلف برای کاهش فرکانس به فرکانس مورد نیاز از بین می رود. تا به امروز، دو سیستم کنترل تشکیل شده است: یک سیستم بدون حسگر و یک سیستم حسگر با بازخورد. تفاوت اصلی آنها در دقت کنترل است. البته دقیق ترین مورد دوم است.

چارچوب موجود از طریق استفاده از سیستم‌های مختلف کنترل BP که ارائه می‌کنند، گسترش می‌یابد کیفیت بالاترتنظیم، ظرفیت اضافه بار بالا. برای تولید مقرون به صرفه، عمر طولانی تجهیزات و مصرف انرژی اقتصادی، این عوامل از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

کنترل برداری

کنترل بردارییک روش کنترل برای موتورهای سنکرون و ناهمزمان است که نه تنها جریان هارمونیک (ولتاژ) فازها را تولید می کند (کنترل اسکالر)، بلکه کنترل شار مغناطیسی روتور را نیز فراهم می کند. اولین پیاده سازی اصل کنترل برداری و الگوریتم ها افزایش دقتنیاز به استفاده از سنسورهای موقعیت (سرعت) روتور.

به طور کلی، تحت کنترل برداری"به عنوان تعامل دستگاه کنترل با به اصطلاح "بردار فضا" درک می شود که با فرکانس میدان موتور می چرخد.

دستگاه ریاضی کنترل برداری

بنیاد ویکی مدیا 2010 .

ببینید "کنترل برداری" در فرهنگ های دیگر چیست:

کالکا با او vectorregelung. روشی برای کنترل سرعت چرخش و/یا گشتاور یک موتور الکتریکی با استفاده از عمل مبدل محرک الکتریکی بر روی اجزای برداری جریان استاتور موتور الکتریکی. در ادبیات روسی زبان در ... ویکی پدیا

حل مسئله کنترل بهینه تئوری ریاضی، که در آن عمل کنترلی u=u(t) به عنوان تابعی از زمان تشکیل می‌شود (بنابراین فرض می‌شود که در طول فرآیند هیچ اطلاعاتی، به جز آنچه در همان ابتدا داده شد، وجود ندارد. ، وارد سیستم ...... دایره المعارف ریاضی

- (Frequency controlled drive, VFD, Variable Frequency Drive, VFD) سیستم کنترل سرعت چرخش روتور موتور الکتریکی ناهمزمان (یا سنکرون). متشکل از موتور واقعی و مبدل فرکانس ... ویکی پدیا

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به CNC (معانی) مراجعه کنید. این صفحه برای ادغام با CNC پیشنهاد شده است. توضیح دلایل و بحث در صفحه ویکی پدیا: به وحدت / 25 ف ... ویکی پدیا

استاتور و روتور دستگاه القایی 0.75 کیلو وات، 1420 دور در دقیقه، 50 هرتز، 230 400 ولت، 3.4 2.0 A دستگاه القایی است. ماشین برقیجریان متناوب ... ویکی پدیا

- (DPR) بخشی از موتور الکتریکی. در الکتروموتورهای کلکتوری، سنسور موقعیت روتور یک مجموعه برس-کلکتور است که یک کلید جریان نیز می باشد. در موتورهای براشلس، سنسور موقعیت روتور می تواند باشد انواع متفاوت... ویکیپدیا

DS3 DS3 010 اطلاعات پایه کشور سازنده ... ویکی پدیا

ماشین ناهمزمان یک ماشین الکتریکی با جریان متناوب است که سرعت روتور آن برابر (کمتر از) سرعت دورانی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان سیم پیچ استاتور نیست. ماشین های ناهمزمان رایج ترین برق ... ... ویکی پدیا

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به مبدل فرکانس مراجعه کنید. این مقاله باید ویکی شود. لطفا فرمت آن را طبق قوانین قالب بندی مقالات ... ویکی پدیا

DS3 ... ویکی پدیا

کتاب ها

• کنترل برداری صرفه جویی در انرژی موتورهای الکتریکی ناهمزمان: بررسی وضعیت و نتایج جدید: مونوگراف، Borisevich A.V.. این مونوگراف به روش هایی برای بهبود کارایی انرژی کنترل برداری موتورهای الکتریکی ناهمزمان اختصاص دارد. مدل موتور الکتریکی ناهمزمان در نظر گرفته شده و اصل بردار…

تفاوت های فنی بین بردار و فرکانس اسکالر

مبدل ها

سوال: مبدل های فرکانس برداری و اسکالر در بازار وجود دارد و

بردار به طور قابل توجهی گران تر است. چه تفاوت های فنی بین آنها وجود دارد؟

سوال آنقدر ساده نیست که بتوان به صورت تک هجا به آن پاسخ داد. خود اصطلاحات

"بردار" و "اسکالر" در رابطه با مشخصه نادرست هستند

مبدل های فرکانس از آنجایی که اساساً در مورد پارامتر متغیر صحبت می کنیم

فعلی، پس استفاده از اصطلاح "اسکالر" به طور کلی غیر قابل قبول است. از دوره ابتدایی

فیزیکدانان به خوبی می دانند که یک کمیت اسکالر چنین کمیتی است، هر مقدارکه (برخلاف بردار) را می توان با یک عدد واحد (واقعی) بیان کرد،

در نتیجه می توان مجموعه ای از مقادیر یک اسکالر را در مقیاس خطی (مقیاس- از این رو نام). طول، مساحت، زمان، دما و غیره کمیت های اسکالر هستند.کمیت های برداری یا بردارها، کمیت هایی هستند که دارای و عددی هستند

معنا و جهت در این راستا، تقسیم مبدل های فرکانس به اسکالر

و بردار اصولاً نادرست است و نشان دهنده تمایل مدیران معاملات است

گفته می شود که شرکت ها برای توجیه قیمت های بالاتر برای یکی از انواع مبدل هاداشتن برتری نسبت به دیگران

در مورد جنبه فنی موضوع به شرح زیر است.

راه اصلی اصلاح گشتاور روی شفت موتور است

تغییر در فرکانس و مقدار جریان سیم پیچ استاتور، که منجر به تغییر در قدرت آن می شود.

میدان مغناطیسی دوار اکثر مبدل های فرکانس به این شکل طراحی شده اند

به گونه ای که به کاربر امکان می دهد ویژگی های آخر هفته را تنظیم کند

پارامترهای الکتریکی برای نوع خاصی از تجهیزات به عنوان مثال، بسته به

بزرگی ممان اینرسی تجهیزات محرک را می توان ارائه داد

مشخصه جریان خروجی مبدل خطی، سهمی یانمای هذلولی

بنابراین، اگر لازم باشد یک جرم سنگین را روی یک پیشرانه حرکت دهید

نوار نقاله، مشخصه جریان خروجی باید به صورت هذلولی داده شود. پمپ های آب و فن ها ترجیحاً باید در امتداد سهموی هدایت شوند

منحنی، که منجر به صرفه جویی در انرژی می شود. تقریباً همه الگوریتم ها بر اساس این الگوریتم کار می کنند.

مبدل های فرکانس، که به اشتباه "اسکالر" نامیده می شوند، نام دقیق تر آن: "مبدل های فرکانس با فرکانس از پیش تعیین شده و جریان خروجی".

یکی دیگر از ابزارهای موثر برای افزایش گشتاور روی شفت موتور است

استفاده از هارمونیک سوم جریان خروجی که بردار آن و همچنین مضرب آن بیشتر از

هارمونیک های بالا، در همان جهت بردار جریان هارمونیک اصلی می چرخد ​​(50

هرتز)، یعنی دارای یک دنباله مستقیم است. برخی دیگر در جهت مخالف می چرخند

و به ترتیب معکوس هستند. کل جریان خنثی که با فرمول محاسبه می شود:

کنترل پارامترهای جریان خروجی، یعنی:

1)مبدل هایی با پیش تنظیم جریان خروجی.

در اکثر درایوهای صنعتی عمومی هر دو با بازخورد استفاده می شود

کنترل پارامتر فرآیند با یا بدون آن، از جمله درایوهای پمپ،

فن، نوار نقاله، نوار نقاله، اکسترودر از جمله تک وسیستم های چند موتوره

2)مبدل هایی با تنظیم جریان خروجی پویا. مورد استفاده در درایوهای تک موتوری با فناوری با دقت بالا

تجهیزات. آنها می توانند با بازخورد موقعیت روتور موتور و بدون آن را کنترل کنند. از نظر دقت و عمق تنظیم سرعت چرخش، آنها تا حدودی نسبت به مبدل های نوع اول برتری دارند، اما به طور قابل توجهی نسبت به درایوهای سروو پایین تر هستند.

در مورد مشکل به عنوان یک کل، باید در نظر داشت که برای حل مشکلات خاص دردر زمینه یک درایو کنترل شده، از موتورهای الکتریکی مناسب با خود استفاده می شود

سیستم های کنترل - موتورهای پله ای با کنترلر، موتورهای سروو با کنترلر،

موتورها جریان مستقیمبا کنترلرها و در نهایت ناهمزمان و سنکرون

موتورهای الکتریکی با مبدل فرکانس. تلاش برای ایجاد یک درایو جهانی

بدیهی است که محکوم به شکست هستند، زیرا تفاوت های طراحی بین درایوها

بسیار بزرگ هستند و وظایف حل شده توسط درایوها به سادگی غیرقابل مقایسه هستند. ناتوان در ساختاز یک موتور ناهمزمان، یک موتور سروو، و از یک موتور پله ای سنکرون، حتی اگر داخلدارای پنجاه قطب است.

چه باید کرد؟ همه چیز مبتکرانه ساده است - کافی است درایو را به درستی با آن طراحی کنید

با در نظر گرفتن گشتاور مورد نیاز روی شفت در نامطلوب ترین محدوده فرکانس

چرخش، و کنترل پارامتر تکنولوژیکی را به کنترل کننده PID بسپارید، که در اکثر موارد موجود است. مبدل های اسکالر. نویسنده مقاله

مدرن ترین به اصطلاح. مبدل های "اسکالر".

ایده اصلی کنترل برداریاین است که نه تنها مقدار و فرکانس ولتاژ تغذیه، بلکه فاز را نیز کنترل کنیم. به عبارت دیگر، بزرگی و زاویه بردار فضایی کنترل می شود. کنترل برداری در مقایسه با بیشتر است عملکرد بالا. کنترل برداری تقریباً تمام معایب کنترل اسکالر را از بین می برد.

مزایای کنترل برداری:
• دقت بالای کنترل سرعت؛
• شروع صاف و چرخش صاف موتور در کل محدوده فرکانس؛
• پاسخ سریع به تغییرات بار: هنگامی که بار تغییر می کند، عملا تغییری در سرعت ایجاد نمی شود.
• افزایش دامنه کنترل و دقت تنظیم؛
• تلفات حرارتی و مغناطیسی کاهش می یابد و .

معایب کنترل برداری عبارتند از:
• نیاز به تنظیم پارامترها؛
• نوسانات زیاد سرعت تحت بار ثابت؛
• پیچیدگی محاسباتی بزرگ

نمودار عملکردی کلی کنترل برداری

بلوک دیاگرام کلی یک سیستم کنترل سرعت AC با کارایی بالا در شکل بالا نشان داده شده است. مدار مبتنی بر پیوند شار مغناطیسی و حلقه های کنترل گشتاور همراه با یک واحد ارزیابی است که می تواند پیاده سازی شود. راه های مختلف. در همان زمان، حلقه کنترل سرعت خارجی تا حد زیادی یکپارچه است و سیگنال های کنترلی را برای کنترل کننده های گشتاور M * و اتصال شار مغناطیسی Ψ * (از طریق واحد کنترل جریان) تولید می کند. سرعت موتور را می توان با یک سنسور اندازه گیری کرد (سرعت / موقعیت) یا با استفاده از یک تخمینگر که امکان اجرای .

طبقه بندی روش های کنترل برداری

از دهه هفتاد قرن بیستم، روش های زیادی برای کنترل لحظه پیشنهاد شده است. همه آنها به طور گسترده در صنعت استفاده نمی شوند. بنابراین، این مقاله تنها محبوب ترین روش های مدیریت را مورد بحث قرار می دهد. روش های کنترل گشتاور مورد بحث برای سیستم های کنترل و با EMF پشت سینوسی ارائه شده است.

روش های کنترل گشتاور موجود را می توان به روش های مختلفی طبقه بندی کرد.

اغلب روش های کنترل گشتاور به گروه های زیر تقسیم می شوند:
• کنترلرهای خطی (PI، PID)؛
• کنترل کننده های غیر خطی (هیسترزیس)

توجه داشته باشید:

1. بدون بازخورد.
2. با بازخورد.
3. در حالت ثابت

در بین کنترل های برداری، پرکاربردترین آنها (FOC - کنترل میدان گرا) و (DTC - کنترل گشتاور مستقیم) هستند.

تنظیم کننده های گشتاور خطی

تنظیم کننده های گشتاور خطی با ولتاژ مدولاسیون عرض پالس (PWM) کار می کنند. رگولاتورها میانگین بردار ولتاژ استاتور مورد نیاز را در طول دوره نمونه برداری تعیین می کنند. بردار ولتاژ در نهایت با روش PWM سنتز می شود، در اکثر موارد از مدولاسیون برداری فضا (SVM) استفاده می شود. برخلاف طرح‌های کنترل گشتاور غیر خطی، که سیگنال‌ها با مقادیر لحظه‌ای پردازش می‌شوند، در طرح‌های کنترل گشتاور خطی، یک تنظیم‌کننده خطی (PI) با مقادیر میانگین در یک دوره نمونه‌برداری کار می‌کند. بنابراین، فرکانس نمونه برداری را می توان از 40 کیلوهرتز برای کنترل کننده های گشتاور غیر خطی به 2-5 کیلوهرتز در مدارهای کنترل کننده گشتاور خطی کاهش داد.

کنترل میدان گرا

کنترل میدان گرا(POA، انگلیسی میدان گرا کنترل، FOC) یک روش کنترلی است که یک AC بدون جاروبک ( , ) را به عنوان یک ماشین DC با تحریک مستقل کنترل می کند، به این معنی که میدان و می تواند به طور جداگانه کنترل شود.

کنترل میدان گرا، که در سال 1970 توسط Blaschke و Hasse پیشنهاد شد، بر اساس یک قیاس با کنترل مکانیکی تغییر یافته است. در این موتور، سیم پیچ میدان و آرمیچر از هم جدا می شوند، اتصال شار توسط جریان میدان کنترل می شود و گشتاور به طور مستقل توسط تنظیم جریان کنترل می شود. بنابراین، جریان های شار و گشتاور به صورت الکتریکی و مغناطیسی از هم جدا می شوند.

نمودار عملکردی کلی کنترل میدان گرا بدون سنسور 1

از طرف دیگر، موتورهای AC بدون جاروبک ( , ) اغلب دارند سیم پیچ سه فازاستاتور، و بردار جریان استاتور I s برای کنترل شار و گشتاور استفاده می شود. بنابراین، جریان تحریک و جریان آرمیچر متحدبه بردار جریان استاتور و نمی توان آن را به طور جداگانه کنترل کرد. جداسازی را می توان با تجزیه مقدار لحظه ای بردار جریان استاتور I s به دو جزء بدست آورد: مولفه طولی جریان استاتور I sd (ایجاد یک میدان) و مولفه عرضی جریان استاتور I sq (ایجاد یک لحظه). در یک سیستم مختصات چرخشی dq جهت یابی در امتداد میدان روتور (R -FOC - کنترل شار روتور گرا) - شکل بالا. بنابراین، کنترل یک موتور AC بدون جاروبک با کنترل یکسان می شود و می تواند با استفاده از یک اینورتر PWM با یک کنترل کننده خطی PI و مدولاسیون ولتاژ بردار فضا اجرا شود.

در کنترل میدان گرا، گشتاور و میدان به طور غیر مستقیم با کنترل اجزای بردار جریان استاتور کنترل می شوند.

جریان های لحظه ای استاتور با استفاده از تبدیل پارک αβ/dq به یک قاب چرخان dq تبدیل می شوند که همچنین نیاز به آگاهی از موقعیت روتور دارد. میدان از طریق مولفه جریان طولی I sd کنترل می شود، در حالی که گشتاور از طریق مولفه جریان عرضی I sq کنترل می شود. تبدیل پارک معکوس (dq/αβ)، یک ماژول ریاضی تبدیل مختصات، مولفه های مرجع بردار ولتاژ Vsα* و Vsβ* را محاسبه می کند.

برای تعیین موقعیت روتور، یا از یک سنسور موقعیت روتور نصب شده در موتور الکتریکی یا یک الگوریتم کنترل بدون سنسور پیاده سازی شده در سیستم کنترل استفاده می شود که اطلاعات مربوط به موقعیت روتور را در زمان واقعی بر اساس داده های موجود در سیستم کنترل محاسبه می کند.

یک بلوک دیاگرام کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون برداری فضا با کنترل گشتاور و پیوند شار بازخوردی که در یک سیستم مختصات مستطیلی جهت گیری در امتداد میدان استاتور در شکل زیر نشان داده شده است. خروجی‌های PI کنترل‌کننده‌های اتصال گشتاور و شار به‌عنوان اجزای مرجع ولتاژ استاتور V ψ * و V M * در سیستم مختصات dq در امتداد میدان استاتور (کنترل انگلیسی مبتنی بر شار استاتور، S-FOC) تفسیر می‌شوند. این دستورات ( تنش های ثابت) سپس به یک سیستم مختصات ثابت αβ تبدیل می شوند و پس از آن مقادیر کنترلی V sα * و V sβ * به ماژول مدولاسیون بردار فضایی داده می شود.

نمودار عملکردی کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون ولتاژ بردار فضا

توجه داشته باشید که این طرحرا می توان به عنوان یک کنترل میدان گرا استاتور ساده شده (S-FOC) بدون حلقه کنترل جریان یا به عنوان یک مدار کلاسیک (PUM-TV، جدول سوئیچینگ انگلیسی DTC، ST DTC) در نظر گرفت که در آن جدول سوئیچینگ با یک مدولاتور جایگزین می شود. PVM)، و کنترل‌کننده گشتاور هیسترزیس و شار با کنترل‌کننده‌های خطی PI جایگزین می‌شوند.

در طرح کنترل مستقیم گشتاور مدولاسیون بردار فضایی (SVM-SVM)، اتصال گشتاور و شار مستقیماً در یک حلقه بسته کنترل می شود، بنابراین برآورد دقیق شار و گشتاور موتور مورد نیاز است. برخلاف الگوریتم هیسترزیس کلاسیک، در فرکانس سوئیچینگ ثابت کار می کند. این به طور قابل توجهی عملکرد سیستم کنترل را بهبود می بخشد: موج های گشتاور و شار را کاهش می دهد، به شما امکان می دهد با اطمینان موتور را روشن کنید و در سرعت های پایین کار کنید. با این حال، این عملکرد دینامیکی درایو را کاهش می دهد.

کنترل کننده های گشتاور غیر خطی

گروه ارائه‌شده از کنترل‌کننده‌های گشتاور از ایده تبدیل مختصات و کنترل بر اساس قیاس با یک موتور کلکتور DC که اساس آن است، فاصله می‌گیرد. کنترل کننده های غیر خطی جایگزینی کنترل جداگانه با کنترل پیوسته (هیسترزیس) را پیشنهاد می کنند که با ایدئولوژی عملکرد (روشن خاموش) دستگاه های نیمه هادی اینورتر مطابقت دارد.

در مقایسه با کنترل میدان گرا، طرح های کنترل گشتاور مستقیم دارای ویژگی های زیر هستند:

مزایای:
• مدار سادهمدیریت؛
• هیچ حلقه جریان و تنظیم جریان مستقیم وجود ندارد.
• بدون نیاز به تبدیل مختصات
• هیچ مدولاسیون ولتاژ جداگانه ای وجود ندارد.
• سنسور موقعیت مورد نیاز نیست.
• دینامیک خوب

ایرادات:
• برآورد دقیق بردار و گشتاور اتصال شار مغناطیسی استاتور مورد نیاز است.
• موج‌های قوی گشتاور و جریان به دلیل کنترل‌کننده غیرخطی (هیسترزیس) و فرکانس سوئیچینگ متغیر کلیدها.
• نویز با طیف وسیع به دلیل فرکانس سوئیچینگ متغیر.

کنترل مستقیم گشتاور

روش کنترل مستقیم گشتاور با جدول گنجاندن اولین بار توسط تاکاهاشی و نوگوچی در مقاله IEEJ ارائه شده در سپتامبر 1984 و بعداً در مقاله IEEE منتشر شده در سپتامبر 1986 توصیف شد. طرح روش کلاسیک کنترل گشتاور مستقیم (DTC) بسیار ساده تر از روش کنترل میدان () است، زیرا نیازی به تبدیل سیستم های مختصات و اندازه گیری موقعیت روتور ندارد. طرح روش کنترل مستقیم گشتاور (شکل زیر) شامل تخمین‌گر پیوند شار و گشتاور استاتور، مقایسه‌کننده‌های پیوند شار و گشتاور پسماند، جدول سوئیچینگ و اینورتر است.

اصل روش کنترل مستقیم گشتاورانتخاب بردار ولتاژ برای کنترل همزمان گشتاور و اتصال شار استاتور است. جریان اندازه گیری شده استاتور و ولتاژ اینورتر برای ارزیابی اتصال شار و گشتاور استفاده می شود. مقادیر تخمینی پیوند شار استاتور و گشتاور به ترتیب با سیگنال های کنترلی اتصال شار استاتور ψ s * و گشتاور موتور M * با استفاده از یک مقایسه کننده پسماند مقایسه می شوند. بردار ولتاژ کنترل موتور مورد نیاز از جدول گنجاندن بر اساس خطاهای رقومی پیوند شار d Ψ و گشتاور d M تولید شده توسط مقایسه کننده های هیسترزیس و همچنین بر اساس بخش موقعیت بردار شار استاتور به دست آمده بر اساس موقعیت زاویه ای آن انتخاب می شود. . بنابراین، پالس های S A، S B و S C برای کنترل کلیدهای قدرت اینورتر با انتخاب یک بردار از جدول تولید می شوند.

مدار کنترل مستقیم گشتاور کلاسیک با میز سوئیچینگ با سنسور سرعت

بسیاری از تغییرات مدار کلاسیک برای بهبود راه اندازی، شرایط اضافه بار، عملکرد سرعت بسیار پایین، کاهش موج گشتاور، عملکرد فرکانس سوئیچینگ متغیر و کاهش نویز موجود است.

نقطه ضعف روش کلاسیک کنترل مستقیم گشتاور، وجود امواج جریان بالا حتی در حالت پایدار است. این مشکل با افزایش فرکانس کاری اینورتر بالای 40 کیلوهرتز برطرف می شود که هزینه کلی سیستم کنترل را افزایش می دهد.

خود مدیریتی مستقیم

یک درخواست ثبت اختراع برای روش مستقیم خود مدیریتی توسط Depenbrock در اکتبر 1984 ثبت شد. بلوک دیاگرام مدیریت مستقیم خود در زیر نشان داده شده است.

بر اساس دستورات شار استاتور ψ s * و اجزای فاز فعلی ψ sA , ψ sB و ψ sC , مقایسه کننده های شار تولید می کنند سیگنال های دیجیتال d A، d B و d C، که مربوط به حالت های ولتاژ فعال (V 1 - V 6) است. کنترل کننده گشتاور هیسترزیس دارای سیگنال خروجی d ​​M است که حالت های صفر را تعیین می کند. بنابراین، کنترل کننده شار استاتور بازه زمانی حالت های ولتاژ فعال را تنظیم می کند که بردار شار استاتور را در امتداد یک مسیر معین حرکت می دهد، و کنترل کننده گشتاور بازه زمانی حالت های ولتاژ صفر را تعیین می کند که گشتاور موتور الکتریکی را در یک میدان تحمل تعریف شده توسط هیسترزیس حفظ می کند. .

طرح خودگردانی مستقیم

ویژگی های بارز طرح خودگردانی مستقیم عبارتند از:
• اشکال غیر سینوسی پیوند شار و جریان استاتور.
• بردار شار استاتور در امتداد یک مسیر شش ضلعی حرکت می کند.
• هیچ حاشیه ای برای ولتاژ تغذیه وجود ندارد، از قابلیت های اینورتر به طور کامل استفاده می شود.
• فرکانس سوئیچینگ اینورتر کمتر از کنترل گشتاور مستقیم با جدول سوئیچینگ است.
• دینامیک عالی در محدوده میدان ثابت و ضعیف

توجه داشته باشید که عملکرد روش کنترل مستقیم را می توان با استفاده از مداری با عرض پسماند جریان 14 درصد بازتولید کرد.