Vektör ve skaler dönüştürücüler arasındaki teknik farklar. Asenkron motorlara uygulanan skaler frekans kontrolü

Şu anda, AC motorların frekans konvertörleri aracılığıyla hız kontrolü, hemen hemen tüm endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Uygulamada, üç fazlı AC motorlar için hız kontrol sistemleri iki farklı kontrol prensibine göre uygulanır:
2. Vektör kontrolü.

AC motorları kontrol etmek için frekans dönüştürücülerde kullanılan kontrol yöntemleri

Şu anda, AC motorların frekans konvertörleri aracılığıyla hız kontrolü, hemen hemen tüm endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunun başlıca nedeni, temel olarak frekans dönüştürücülerin geliştirildiği güç elektroniği ve mikroişlemci teknolojisi alanındaki büyük başarılardır. Öte yandan, üreticiler tarafından frekans dönüştürücü üretiminin birleştirilmesi, maliyetlerini oldukça güçlü bir şekilde etkilemeyi mümkün kıldı ve oldukça kısa sürede amorti etmelerini sağladı. Asenkron motorları kontrol etmek için konvertör kullanırken enerji kaynaklarından tasarruf etmek bazı durumlarda %40 veya daha fazlasına ulaşabilir.
Uygulamada, üç fazlı AC motorlar için hız kontrol sistemleri iki farklı kontrol prensibine göre uygulanır:
1. V/f-düzenlemesi (volt-frekans veya skaler kontrol);
2. Vektör kontrolü.

V/f - asenkron elektrikli sürücünün hız regülasyonu

Bir asenkron motorun skaler kontrolü veya V / f-regülasyonu, aynı anda bu voltajın modülünü değiştirirken stator üzerindeki voltajın frekansını etkileyerek motorun hızında bir değişikliktir. V/f kontrolünde, frekans ve gerilim, genellikle birlikte kontrol edilen iki kontrol değişkeni gibi davranır. Bu durumda, frekans bağımsız bir etki olarak alınır ve belirli bir frekanstaki voltaj değeri, frekans değiştiğinde sürücünün mekanik özelliklerinin nasıl değişmesi gerektiğine, yani kritik anın nasıl değişmesi gerektiğine bağlı olarak belirlenir. frekansa bağlıdır. Böyle bir kontrol yasasını uygulamak için, U / f = sabit oranının sabitliğini sağlamak gerekir; burada U, stator üzerindeki voltajdır ve f, stator voltajının frekansıdır.
Sabit bir aşırı yük kapasitesi, nominal güç faktörü ve verimlilik ile tüm hız kontrol aralığı boyunca motor pratik olarak değişmez.
U / f düzenleme yasaları, motoru besleyen voltajın büyüklüğünü ve frekansını ilişkilendiren yasaları içerir (U / f = sabit, U / f2 = sabit ve diğerleri). Avantajları, bir grup elektrik motorunun aynı anda kontrol edilebilmesidir. Skaler kontrol, bir geri besleme sensörü kullanmadan 1:40'a kadar motor hızı kontrol aralığına sahip bir frekanslı elektrikli sürücünün pratik uygulamalarının çoğu için kullanılır. Skaler kontrol algoritmaları, motor torkunun ve ayrıca konumlandırma modunun kontrolünün ve yönetiminin gerçekleştirilmesine izin vermez. Bu kontrol yönteminin en etkili uygulama alanı: fanlar, pompalar, konveyörler vb.

vektör kontrolü

Vektör kontrolü, yalnızca harmonik akımlar ve faz gerilimleri (skaler kontrol) üretmekle kalmayan, aynı zamanda motor manyetik akısının kontrolünü de sağlayan senkron ve asenkron motorları kontrol etmenin bir yöntemidir. Vektör kontrolünün kalbinde, uzamsal vektörler olarak voltajlar, akımlar, akı bağlantıları fikri bulunur.
Temel ilkeler 20. yüzyılın 70'lerinde geliştirildi. Güç yarı iletken elektroniği ve mikroişlemci sistemleri alanındaki temel teorik araştırmaların ve ilerlemelerin bir sonucu olarak, bugüne kadar, dünya çapında sürücü teknolojisi üreticileri tarafından seri üretilen vektör kontrollü elektrikli sürücüler geliştirilmiştir.
Geçici durumlarda asenkron bir elektrikli tahrikte vektör kontrolü ile, sabit bir rotor akısı bağlantısını sürdürmek mümkündür; bu, geçici durumlarda rotor akısı bağlantısının stator ve rotor akımları değiştiğinde değiştiği, bunun da bir azalmaya yol açtığı skaler kontrolün aksine mümkündür. elektromanyetik torktaki değişim oranı. Rotor akısı bağlantısının sabit tutulabildiği bir vektör kontrollü sürücüde, elektromanyetik tork, stator akımı bileşeninin hızla değiştiği kadar hızlı değişir (bir DC makinesinde armatür akımı değiştiğinde torktaki değişime benzer).
Kontrol bağlantısında vektör kontrolü ile, ayarlanabilir bir elektrikli tahrikin matematiksel bir modelinin varlığı ima edilir. Vektör kontrol modları aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
1. Kontrol bağlantısında kullanılan elektrik motorunun matematiksel modelinin doğruluğuna göre:
. Elektrik motorunun parametrelerinin kontrol cihazı tarafından ek hassaslaştırma ölçümleri olmadan bir matematiksel modelin kullanılması (yalnızca kullanıcı tarafından girilen tipik motor verileri kullanılır);
Elektrik motorunun parametrelerinin kontrol cihazı tarafından ek rafine ölçümlerle matematiksel bir modelin kullanılması, yani. stator/rotor aktif ve reaktif dirençleri, motor gerilimi ve akımı.
2. Hız geri beslemesinin (hız sensörü) varlığına veya yokluğuna göre, vektör kontrolü aşağıdakilere ayrılabilir:
Hız geri bildirimi olmayan motor kontrolü - bu durumda kontrol cihazı, motorun matematiksel modelinin verilerini ve stator ve / veya rotor akımını ölçerek elde edilen değerleri kullanır;
Hız geri beslemeli motor kontrolü - bu durumda, cihaz yalnızca elektrik motorunun statorunun ve / veya rotorunun akımını ölçerek elde edilen değerleri (önceki durumda olduğu gibi) değil, aynı zamanda verileri de kullanır. bazı kontrol görevlerinde hız (konum) komutunun elektrikli tahrikiyle çalışmanın doğruluğunu artırmaya izin veren sensörden rotorun hızı (konumu).

Vektör kontrolünün ana yasaları aşağıdakileri içerir:
A. Stator ψ1'in manyetik akı bağlantısının sabitliğini sağlayan yasa (Evnesh /f'nin sabitliğine karşılık gelir).
B. Hava aralığı ψ0'ın manyetik akı bağlantısının sabitliğini sağlayan yasa (E / f'nin sabitliği);
V. Rotorun manyetik akı bağlantısının sabitliğini sağlayan yasa ψ2 (Evnut/f'nin sabitliği).
Stator akı bağlantısının sabitliğini koruma yasası, stator EMF'sinin alanın açısal frekansına sabit bir oranını korurken uygulanır. Böyle bir yasanın ana dezavantajı, yüksek frekanslarda çalışırken motorun aşırı yük kapasitesinin azalmasıdır. Bunun nedeni, statorun endüktif direncindeki bir artış ve sonuç olarak, artan yük ile stator ve rotor arasındaki hava boşluğundaki akı bağlantısının azalmasıdır.
Sabit bir ana akışın sürdürülmesi, motorun aşırı yük kapasitesini artırır, ancak kontrol sisteminin donanım uygulamasını karmaşıklaştırır ve makinenin tasarımında değişiklik yapılmasını veya özel sensörlerin varlığını gerektirir.
Sabit bir rotor akı bağlantısını korurken motor torkunun maksimum değeri yoktur, ancak yük arttıkça ana manyetik akı artar, bu da manyetik devrelerin doygunluğuna ve sonuç olarak sabit bir rotor akısının sürdürülmesinin imkansızlığına yol açar. bağlantı.

Statordaki voltaj frekansını değiştirerek asenkron bir elektrikli sürücü tarafından hız kontrol yasalarının karşılaştırmalı değerlendirmesi

Şekil 1, V.S. Petrushin ve Ph.D. A.A. Tankov "Çeşitli kontrol yasalarına sahip frekanslı bir elektrikli sürücüdeki asenkron motorun enerji göstergeleri." Bu motorun test edilmesi sırasında yapılan bir deneyin sonuçları da burada verilmiştir (frekans kontrol yasası U/f = sabit). Motor, 500 - 2930 rpm hız aralığında 30,5 Nm sabit tork ile yüklendi.
Elde edilen bağımlılıkları karşılaştırarak, ikinci grubun kontrol yasalarını kullanırken düşük hızlar bölgesinde verimliliğin% 7-21 daha yüksek ve güç faktörünün% 3-7 daha düşük olduğu sonucuna varabiliriz. Hız arttıkça farklar azalır.

Şekil 1. Kontrol aralığında verimlilik (a) ve cosφ (b) değişimi: 1 - deneysel bağımlılıklar; farklı kontrol yasaları için hesaplanan bağımlılıklar: 2 - U/f = sabit, 3 - Evnesh /f = sabit, 4 - Õ/f= sabit, 5 - Evnut /f= sabit.
Bu nedenle, vektör kontrol yasaları, elektrikli tahrikin statik ve dinamik modlarda yalnızca daha iyi kontrolünü sağlamakla kalmaz, aynı zamanda motorun ve buna bağlı olarak tüm tahrikin verimliliğinde bir artış sağlar. Bununla birlikte, akı bağlantısının sabitliğini koruyan tüm yasaların kendi belirli dezavantajları vardır.
Akı bağlantısının sabitliğini koruyan yasaların yaygın bir dezavantajı şunlardır: motora yerleşik sensörlerin varlığı nedeniyle düşük güvenilirlik ve motor, nominalden daha düşük bir yük torkuyla çalışırken çelikte kayıplar. Bu kayıplara, çeşitli çalışma modlarında sabit bir nominal akı bağlantısı sağlama ihtiyacı neden olur.
Yük torkunun (kayma) büyüklüğüne bağlı olarak statorun (rotor) manyetik akısını düzenleyerek motorun verimini önemli ölçüde artırmak mümkündür. Bu tür bir kontrolün dezavantajları, makinenin manyetik akısının bir miktar gecikmeyle geri yüklenmesine neden olan rotorun zaman sabitinin büyük değerinden dolayı sürücünün düşük dinamik karakteristikleri ve teknik uygulamanın karmaşıklığıdır. kontrol sistemi.
Uygulamada, şaft üzerinde sabit bir direnç momenti ve sık şok yükü uygulamaları ile çalışan dinamik elektrikli sürücüler için sabit manyetik akıya sahip bir grup yasa yaygın hale gelmiştir. Şaft üzerindeki yükün bir fonksiyonu olarak manyetik akı düzenlemesine sahip kanunlar grubu, düşük dinamik elektrikli tahrikler ve "fan" yükü olan tahrikler için kullanılır.

vektör kontrolü

vektör kontrolü sadece fazların harmonik akımlarını (gerilimlerini) üreten (skaler kontrol) değil, aynı zamanda rotor manyetik akısının kontrolünü de sağlayan senkron ve asenkron motorlar için bir kontrol yöntemidir. Vektör kontrol ilkesinin ilk uygulamaları ve doğruluğu artırılmış algoritmalar, rotor konum (hız) sensörlerinin kullanılmasını gerektirir.

Genel olarak, altında vektör kontrolü", kontrol cihazının motor alanının frekansı ile dönen sözde "uzay vektörü" ile etkileşimi olarak anlaşılmaktadır.

Vektör kontrolünün matematiksel aparatı

Wikimedia Vakfı. 2010

Diğer sözlüklerde "Vektör kontrolünün" ne olduğunu görün:

Kalka onunla. vektör düzenlemesi Elektrikli tahrik konvertörünün elektrik motoru stator akımının vektör bileşenleri üzerindeki etkisi vasıtasıyla bir elektrik motorunun dönüş hızını ve/veya torkunu kontrol etme yöntemi. Rus edebiyatında ... Wikipedia

U=u(t) kontrol eyleminin zamanın bir fonksiyonu olarak oluşturulduğu matematiksel teorinin optimal kontrolü probleminin çözümü (böylece süreç sırasında en başta verilenler dışında hiçbir bilginin olmadığı varsayılır) , sisteme girer ... ... Matematiksel Ansiklopedi

- (Frekans kontrollü sürücü, VFD, Değişken Frekanslı Sürücü, VFD) bir asenkron (veya senkron) elektrik motorunun rotorunun dönüş hızı için kontrol sistemi. Gerçek motor ve frekans dönüştürücüden oluşur ... Wikipedia

Bu terimin başka anlamları vardır, bkz. CNC (anlamları). Bu sayfanın CNC ile birleştirilmesi önerilmiştir. Sebeplerin açıklaması ve Wikipedia sayfasındaki tartışma: Birleşmeye / 25 f ... Wikipedia

Bir endüksiyon makinesinin statoru ve rotoru 0,75 kW, 1420 rpm, 50 Hz, 230 400 V, 3,4 2,0 ​​A Asenkron makine bir AC elektrik makinesidir ... Wikipedia

- (DPR) elektrik motorunun parçası. Kollektör elektrik motorlarında rotor konum sensörü, aynı zamanda bir akım şalteri olan bir fırça-toplayıcı düzeneğidir. Fırçasız motorlarda rotor konum sensörü farklı tipte olabilir ... Wikipedia

DS3 DS3 010 Temel veriler Yapım ülkesi ... Wikipedia

Bir asenkron makine, rotor hızı, stator sargı akımı tarafından oluşturulan manyetik alanın dönme hızına eşit olmayan (daha az) bir alternatif akım elektrik makinesidir. Asenkron makineler en yaygın elektrikli makinelerdir ... ... Wikipedia

Bu terimin başka anlamları vardır, bkz. Frekans dönüştürücü. Bu makale wikileştirilmelidir. Lütfen makaleleri biçimlendirme kurallarına göre biçimlendirin ... Wikipedia

DS3 ... Vikipedi

Kitabın

• Asenkron elektrik motorlarının enerji tasarruflu vektör kontrolü: durumun gözden geçirilmesi ve yeni sonuçlar: Monografi , Borisevich A.V.. Monograf, asenkron elektrik motorlarının vektör kontrolünün enerji verimliliğini iyileştirme yöntemlerine ayrılmıştır. Asenkron bir elektrik motorunun modeli ele alınmış ve vektörün prensibi…

Bir frekans dönüştürücünün kullanılması, önemli sorunları çözmeyi amaçlamaktadır. Elektrik motorunun moment ve hızının kontrolünün uygulanmasından oluşurlar. Bu gereksinimler, motor akımını ve ayrıca torku kabul edilebilir değerlerle sınırlama ihtiyacını gösterir. Bu, çalıştırma, frenleme ve yük değişimleri sırasında yapılır.

Bu, frekans dönüştürücü mekanizmasındaki dinamik şok yüklerini sınırlamak için gereklidir. Aynı zamanda, çalışma sırasında aşırı yüklenmeler ve sürekli olarak gerçekleştirilen motor torkunu ayarlama ihtiyacı vardır. Ayrıca, çalışan mekanizma üzerindeki çabaların doğru bir şekilde desteklenmesi gerektiğinde bu tür eylemlerin uygulanması gerekmektedir. Bu durumda bir örnek, metal işleme için takım tezgahlarında kullanılan tahriklerdir.

Hızı ayarlarken ve anı değiştirirken çeşitli sorunları çözmenize izin veren çeşitli frekans kontrol yöntemleri vardır; iki ana yöntem - vektör ve skaler. Her birinin daha ayrıntılı olarak tartışılması gereken kendi özellikleri vardır.

İlk kontrol yöntemi - skaler. Skaler kontrolün bir özelliği, yaygınlığıdır ve kapsam, pompa ve fan sürücüleri ile ilişkilidir. Ek olarak, belirli bir teknolojik parametreyi korumanın önemli olduğu yerlerde skaler kontrol yöntemine sahip frekans dönüştürücüler kullanılır. Örneğin, boru hattındaki basınç olabilir. Besleme geriliminin genliğinin ve frekansının değiştirilmesi, bu yöntemin dayandığı ana ilke olarak hareket eder. Bu durumda U/f kanunu kullanılır. Hız kontrolü için en geniş aralık 1:10'dur.
Skaler yöntemin ek özellikleri, doğal uygulama kolaylığıdır. Ayrıca, milin dönüş hızını doğru bir şekilde kontrol etmenin mümkün olmaması gerçeğinde yatan bir dezavantaj da vardır. Başka bir özellik - motor milinde, skaler kontrollü bir frekans dönüştürücü, torkun kontrol edilmesini mümkün kılmaz.

Frekans konvertörlerinde kullanılan ikinci yöntem ise vektör. Bu, sadece fazların harmonik akımlarının (gerilimlerinin) oluşturulmadığı, aynı zamanda rotor manyetik akısının, yani motor mili üzerindeki torkun kontrolünün sağlandığı senkron ve asenkron motorları kontrol etmenin böyle bir yöntemidir. Vektör kontrolü, çalışma sırasında yükün aynı frekansta değişebildiği durumlarda kullanılır, örn. yük torku ile dönme hızı arasında ve ayrıca anma torklarında genişletilmiş bir frekans kontrol aralığı elde etmenin gerekli olduğu durumlarda net bir ilişki yoktur.

Vektör kontrol sistemleri, sensörsüz ve geri beslemeli olmak üzere iki sınıfa ayrılır. Kapsam, belirli bir yöntemin uygulamasını tanımlamanıza izin verir. Hızın 1:100'den fazla değişmediği ve bakım doğruluğunun ±%0,5'ten fazla olmadığı durumlarda sensörsüz sistemlerin kullanılması mümkündür. Sırasıyla 1:1000 ve ±%0,01'lik benzer göstergelerle, geri bildirimli sistemlerin kullanılması alışılmış bir durumdur.

Vektör kontrol yönteminin avantajları yük değişikliklerine göre reaksiyon hızıdır ve düşük frekanslar bölgesinde, motorun dönüşü, sarsıntıların olmaması olan düzgünlük ile karakterize edilir. Devir sensörü varsa anma torkunun sıfır devir olması şartıyla mil üzerindeki hükümlere dikkat edilir. Yüksek doğruluk elde edildiğinde hız kontrolü gerçekleştirilir. Tüm bu avantajlar pratikte önem kazanmaktadır.

SONUÇLAR:

1. Skaler frekans dönüştürücülerde kontrol ve yönetim amacı yalnızca statorun manyetik alanıysa, vektör modellerinde kontrol ve yönetim amacı hem statorun hem de rotorun manyetik alanı veya daha doğrusu bunların etkileşimidir. torku farklı hızlarda optimize etmek için. Kontrol ve yönetim yöntemlerinde ise, skaler kontrol yöntemi kullanıldığında frekans dönüştürücünün çıkış frekansı ve akımı, vektör kontrolü durumunda ise çıkış frekansı, akımı ve fazı kullanılır.

1.5.1 Endüksiyon motorunun frekans modunda kontrolü, frekans kontrolü teorisi otuzlu yıllarda geliştirilmiş olmasına rağmen yakın zamana kadar büyük bir problemdi. Frekans kontrollü elektrikli sürücünün geliştirilmesi, frekans dönüştürücülerin yüksek maliyeti nedeniyle geri kaldı. IGBT transistörlü güç devrelerinin ortaya çıkışı, yüksek performanslı mikroişlemci kontrol sistemlerinin geliştirilmesi, Avrupa, ABD ve Japonya'daki çeşitli şirketlerin uygun maliyetle modern frekans dönüştürücüler oluşturmasına olanak sağladı. Aktüatörlerin dönme hızının düzenlenmesinin çeşitli cihazlar kullanılarak gerçekleştirilebileceği bilinmektedir: mekanik değiştiriciler, hidrolik kaplinler, ayrıca stator veya rotora eklenen dirençler, elektromekanik frekans dönüştürücüler, statik frekans dönüştürücüler. İlk dört cihazın kullanımı yüksek kalitede hız kontrolü sağlamaz, ekonomik değildir, kurulum ve işletme sırasında yüksek maliyetler gerektirir. Statik frekans dönüştürücüler, şu anda en gelişmiş asenkron sürücü kontrol cihazlarıdır.

Bir asenkron motorun hızını kontrol etmek için frekans yönteminin prensibi, frekansı değiştirerek f1 besleme voltajı, ifadesine uygun olabilir

stator manyetik alanının açısal hızını değiştirmek için sabit sayıda kutup çifti p. Bu yöntem, geniş bir aralıkta düzgün hız kontrolü sağlar ve mekanik özellikler oldukça rijittir. Bu durumda, hız kontrolüne asenkron motorun kaymasında bir artış eşlik etmez, dolayısıyla düzenleme sırasındaki güç kaybı küçüktür. Bir asenkron motorun yüksek enerji performansını elde etmek için - güç faktörleri, verimlilik, aşırı yük kapasitesi - giriş voltajını frekansla aynı anda değiştirmek gerekir.

Gerilim değişimi yasası, yük momentinin doğasına bağlıdır Hanım. sabit yük torkunda Mc=sabit stator üzerindeki voltaj, frekansla orantılı olarak düzenlenmelidir :

.

Yük momentinin fan doğası için bu durum şu şekildedir:

Yük torku hız ile ters orantılı olduğunda:

Bu nedenle, bir asenkron elektrik motorunun şaftının dönme hızının sorunsuz kademesiz regülasyonu için frekans dönüştürücü, asenkron motorun statoru üzerindeki frekans ve voltajın eş zamanlı regülasyonunu sağlamalıdır.

Skaler kontrol ile motora uygulanan voltajın genliği ve frekansı belli bir kanuna göre değiştirilir. Besleme voltajının frekansındaki bir değişiklik, motorun maksimum ve başlangıç ​​​​torklarının hesaplanan değerlerinden, verimden, güç faktöründen sapmaya yol açar. Bu nedenle, motorun gerekli performans özelliklerini korumak için, voltaj genliğini frekanstaki bir değişiklikle aynı anda değiştirmek gerekir.

Skaler kontrollü mevcut frekans dönüştürücülerde, maksimum motor torkunun oranı çoğunlukla sabit tutulur M maks. mil üzerindeki direnç anına kadar M İle. Yani, frekans değiştiğinde, voltaj genliği, maksimum motor torkunun mevcut yük torkuna oranı değişmeden kalacak şekilde değişir. Bu orana motorun aşırı yük kapasitesi denir.

Sabit bir aşırı yük kapasitesi, nominal güç faktörü ve verimlilik ile tüm hız kontrol aralığı boyunca motor pratik olarak değişmez.

Kan basıncının düzenlenmesindeki ana özellik, voltajın değiştirilmesinin gerekli olmasıdır. sen statik momentin bir fonksiyonu olarak stator üzerinde M İle direnç ve frekanstaki değişime uygun olarak.

Böylece, skaler kontrol yöntemi ile, besleme voltajının frekansa bağımlılığı, elektrik motorunun şaftı üzerindeki yükün niteliği ile belirlenir. Bu durumda, sabit bir yük torku için oran her zaman korunur sen/F = sabit ve aslında, motorun maksimum torkunun sabitliği sağlanır. Aynı zamanda düşük frekanslarda belli bir frekans değerinden başlayarak maksimum motor torku düşmeye başlar. Bunu telafi etmek ve başlatma torkunu artırmak için besleme voltajı seviyesinde bir artış kullanılır.

Maksimum torkun bağımlılığını kullanarak voltaj ve frekans için çizebilirsiniz sen itibaren F her türlü yük için.

Skaler yöntemin önemli bir avantajı, bir grup elektrik motorunun aynı anda kontrol edilebilmesidir.

1:40'a kadar motor hız kontrol aralığına sahip değişken frekanslı sürücülerin çoğu pratik uygulaması için skaler kontrol yeterlidir.

Vektör kontrolü, kontrol aralığını, kontrol doğruluğunu önemli ölçüde artırmanıza, elektrikli sürücünün hızını artırmanıza olanak tanır. Bu yöntem, motor torkunun doğrudan kontrolünü sağlar.

Tork, heyecan verici bir manyetik alan oluşturan stator akımı tarafından belirlenir. Doğrudan tork kontrolü ile, stator akımının yani akım vektörünün genliği ve fazına ek olarak değiştirmek gerekir. "Vektör kontrolü" teriminin kullanılmasının nedeni budur.

Akım vektörünü ve dolayısıyla stator manyetik akısının dönen rotora göre konumunu kontrol etmek için, herhangi bir zamanda rotorun tam konumunun bilinmesi gerekir. Sorun, uzak bir rotor konum sensörü yardımıyla veya diğer motor parametrelerini hesaplayarak rotorun konumunu belirleyerek çözülür. Stator sargılarının akım ve gerilimleri bu parametreler olarak kullanılır.

Hız geri besleme sensörü olmayan vektör kontrollü bir değişken frekanslı sürücü daha ucuzdur, ancak vektör kontrolü, frekans dönüştürücüden büyük miktarda ve yüksek hızlı hesaplamalar gerektirir.

Ek olarak, düşük, sıfıra yakın dönüş hızlarında torkun doğrudan kontrolü için, frekans kontrollü bir elektrikli sürücünün hız geri beslemesi olmadan çalışması imkansızdır.

Hız geri besleme sensörlü vektör kontrolü, 1:1000'e kadar ve daha yüksek bir kontrol aralığı, hız kontrol doğruluğu - yüzde yüzde biri, tork doğruluğu - yüzde birkaç sağlar.

Eşzamanlı değişken frekanslı sürücüde, eşzamansız sürücüdekiyle aynı kontrol yöntemleri kullanılır.

Eviricinin kontrol kısmı dijital mikroişlemciler üzerinde yürütülür ve güç elektroniği anahtarlarının kontrolünün yanı sıra çok sayıda yardımcı görevin (kontrol, teşhis, koruma) çözümünü sağlar. Bu durumda, frekans dönüştürücünün çıkışında değişken frekans ve genlikte üç fazlı (veya tek fazlı) bir alternatif voltaj oluşur ( Ve çıkış = var, ƒ çıkış = var).

Çeşitli kontrol nesneleri için frekans düzenlemeli bir asenkron motorun mekanik özellikleri, Şekil 1.2'de gösterilen forma sahiptir.

Dolayısıyla, sabit bir statik yük momentine sahip kontrol nesneleri için M C = sabit, güç kaynağı voltajı, frekansıyla orantılı olarak değişmelidir sen/ F = sabit sabit güçte hız kontrolü gerektiren kontrol nesnelerinde P C = sabit kontrol yasası şöyle olacaktır: sen/  F = sabit, fan yükü altında, kontrol kanunu şuna karşılık gelir: sen/ F 2 = sabit. Bu nedenlerle en yaygın düzenleme yöntemi mekanizmalar için almıştır. M İle = sabit, prensipte işlevsel dönüştürücülerin kullanılması bu yasalardan herhangi birinin uygulanmasını mümkün kılsa da.

Yakın zamana kadar, düz çekme haddeleri için elektrikli tahrik sistemleri, yalnızca doğru akım motorları temel alınarak inşa ediliyordu. Bunun nedeni, güvenilir frekans dönüştürücülerin olmamasıydı. Aynı zamanda tristör dönüştürücü motor (TP-D) sistemlerin şu gibi dezavantajları vardır:

Armatür akımının yükselme hızının sınırlandırılması, elektrikli sürücünün atalet momentinin artması, otomatik kontrol sistemlerinin hızında bir azalmaya yol açar;

Yüksek ağırlık ve boyut göstergeleri;

Bakımda emek yoğunluğu.

Listelenen dezavantajlar, bir toplayıcının varlığından ve buna bağlı olarak anahtarlama işlemlerinden kaynaklanmaktadır ve asenkron bir sincap kafesli motora dayalı bir elektrikli tahrik sistemi oluştururken ortadan kaldırılabilir.

Şu anda, 35...100 kW güç aralığında FC-IM sistemine göre elektrikli sürücülerin endüstriyel uygulamasında yeterli deneyim bulunmaktadır.

Böylece, 1:1000 ve daha yüksek kontrol aralığına, yüzde yüzde yüzdelik hız kontrol doğruluğuna ve yüzde birkaç tork doğruluğuna sahip olan FC-IM sistemi, tahrik motorlarının hızlarının gerekli senkronizasyonunu sağlayabilir. sürekli çekme ve belirli bir değerdeki tel gerginliği amacıyla doğrudan akışlı bir çekme makinesi.

1.5.2 Frekans dönüştürücülü pompa istasyonları. Taldykorgan'daki 1 numaralı pompa istasyonunda, 110 kW / s kapasiteli geleneksel bir sincap kafesli asenkron pompa motoru, KhEMZ Araştırma Enstitüsünde geliştirilen bir FCT dönüştürücü aracılığıyla bağlanır. Elektrikli sürücü kontrol sistemi, ECHO3 ultrasonik seviye göstergesinin sistemde bir seviye dönüştürücü olarak kullanılması dışında, daha önce açıklananlara benzer şekilde yapılmıştır. Bu kurulumda frekanslı elektrikli sürücü kullanılması, elektrik tüketimini yılda 60 bin kWh azaltır, böylece. yaklaşık %5 oranında.

Taldykorgan'daki pompa istasyonları ayrıca, 75 ila 160 kW kapasiteli ünitelere sahip pompa istasyonlarının işletilmesi için 10'dan fazla otomatik kontrol sistemi temelinde Finlandiya şirketi Stromberg tarafından üretilen ve PHR-2 tipi frekans konvertörlerini kullanır. oluşturulmuş ve faaliyet göstermektedir.

Stromberg frekans konvertörleri, pompalama ünitelerini düzenlemek için son derece güvenilir ve oldukça kompakt araçlardır. Pompa birimlerinin tekdüze kullanımını sağlamak için, sırayla bir dönüştürücüye bağlanabilecekleri bir cihaz sağlanmıştır.

1.5.3 Pompalama ünitelerinde çok hızlı elektrik motorları. Bazı Taldykorgan CHPP'lerin sirkülasyon pompa istasyonları, DVDA215/64-16-20K marka iki hızlı motorlara sahip dikey pompa üniteleri ile donatılmıştır. Her istasyondaki yedi pompadan ikisi bu elektrik motorları tarafından çalıştırılmaktadır. Nominal motor gücü 1400 kW, dönüş hızı 375 ve 300 rpm. Bu tür pompalama ünitelerinin varlığı, pompalama ünitesinin çalışma modunu ısıtma şebekesinin çalışma moduna daha iyi uyarlamanıza olanak tanır. Su pompalama tesisatlarında da iki hızlı elektrik motorları kullanılmaktadır.

- Vektör kontrolü nedir?
- Akımı 90 derecede tutun.

Elektrik motorlarının "vektör kontrolü" terimi, en azından bir şekilde bir AC motorun bir mikrodenetleyici kullanarak nasıl kontrol edileceği sorusuyla ilgilenen herkese aşinadır. Bununla birlikte, genellikle elektrikli sürücülerle ilgili herhangi bir kitapta, vektör kontrolüyle ilgili bölüm sonlara doğru bir yerlerdedir ve kitabın diğer tüm bölümlerine atıfta bulunan bir dizi kıllı formülden oluşur. Neden bu konuyu hiç anlamak istemiyoruz. Ve en basit açıklamalar bile diferansiyel denge denklemleri, vektör diyagramları ve bir sürü başka matematik aracılığıyla yolunu bulmaya devam ediyor. Ne yüzünden, mat.chasti kullanmadan motoru bir şekilde döndürmek için yaklaşık olarak bu tür girişimler var. Ama aslında, "parmaklarda" çalışma prensibini anlarsanız, vektör kontrolü çok basittir. Ve gerekirse formüllerle uğraşmak daha eğlenceli olacak.

Senkron bir makinenin çalışma prensibi

En basit AC motorun çalışma prensibini düşünün - sabit mıknatıslı bir senkron makine. Uygun bir örnek bir pusuladır: manyetik iğnesi senkron bir makinenin rotorudur ve Dünyanın manyetik alanı statorun manyetik alanıdır. Harici bir yük olmadan (ve okun titreşimlerini azaltan sürtünme ve sıvı dışında pusulada hiçbir yük yoktur), rotor her zaman stator alanı boyunca yönlendirilir. Pusulayı tutarsak ve altındaki Dünya'yı döndürürsek, ok pusulanın içindeki sıvıyı karıştırma işini yaparak arkasından dönecektir. Ancak biraz daha basit bir yol var - örneğin, alanı Dünya'nın manyetik alanından çok daha güçlü olan uçlarında kutupları olan bir çubuk şeklinde harici bir mıknatıs alabilir, onu yukarıdan pusulaya getirebilirsiniz. ve mıknatısı döndürün. Ok, dönen manyetik alanı takip edecektir. Gerçek bir senkron motorda stator alanı, akım taşıyan bobinler olan elektromıknatıslar tarafından oluşturulur. Buradaki sargı şemaları karmaşıktır, ancak prensip aynıdır - stator ile doğru yöne yönlendirilmiş ve doğru genliğe sahip bir manyetik alan oluştururlar. Aşağıdaki şekle bakalım (Şekil 1). Merkezde bir mıknatıs - senkron motorun rotoru (pusulanın "iğnesi") ve yanlarda iki elektromıknatıs vardır - bobinler, her biri kendi manyetik alanını oluşturur, biri dikey eksende, diğeri dikey eksende yatay.

Şekil 1. Senkron bir elektrik makinesinin çalışma prensibi

Bobinin manyetik akısı, içindeki akımla orantılıdır (ilk yaklaşımda). Rotorun bulunduğu yerdeki statordan gelen manyetik akı ile ilgileneceğiz, yani. şeklin merkezinde (kenar efektlerini, saçılmayı ve diğer her şeyi ihmal ediyoruz). İki dikey bobinin manyetik akıları vektörel olarak eklenir ve rotor ile etkileşim için bir ortak akı oluşturur. Ancak akı, bobindeki akımla orantılı olduğundan, akım vektörlerini akı ile hizalayarak doğrudan çizmek uygundur. Şekil bazı akımları göstermektedir ben Ve Iβ, sırasıyla α ve β eksenleri boyunca manyetik akılar yaratır. Toplam stator akım vektörü Dır-dir eş yönlü bir stator manyetik akı oluşturur. Onlar. Aslında Dır-dir pusulaya getirdiğimiz, ancak elektromıknatıslar - akımlı bobinler tarafından oluşturulan harici bir mıknatısı sembolize eder.
Şekilde, rotor keyfi bir konumda yer almaktadır, ancak bu konumdan itibaren rotor, stator manyetik akısına göre dönme eğiliminde olacaktır, yani vektöre göre Dır-dir(bu durumda rotorun konumu noktalı çizgi ile gösterilir). Buna göre akım sadece faza uygulanırsa α , söylemek ben\u003d 1A, rotor yatay olarak duracak ve β ise dikey olarak ve uygularsanız Iβ= -1A sonra 180 derece dönecektir. akım veriyorsanız ben sinüs yasasına göre ve Iβ zamanın kosinüs yasasına göre dönen bir manyetik alan yaratılacaktır. Rotor onu takip edecek ve dönecektir (bir pusula iğnesinin bir mıknatısın dönüşünü elle takip etmesi gibi). Bu, senkron bir makinenin temel çalışma prensibidir, bu durumda bir çift artı ile iki fazlıdır.
Rotor milinin açısal konumuna ve akım vektörüne bağlı olarak motor torkunun bir grafiğini çizelim. Dır-dir stator - senkron motorun açısal özelliği. Bu bağımlılık sinüzoidaldir (Şekil 2).

Şekil 2. Eşzamanlı bir makinenin açısal karakteristiği (moment ve açının işaretleriyle ilgili bazı tarihsel karışıklıklar vardır, bu nedenle karakteristik genellikle yatay eksene göre ters olarak çizilir).

Bu grafiği pratikte elde etmek için, rotor miline bir tork sensörü yerleştirebilir, ardından herhangi bir akım vektörünü açabilirsiniz, örneğin, sadece α fazına akım uygulayabilirsiniz. Rotor, sıfır olarak alınması gereken karşılık gelen konuma dönecektir. Ardından, "eller" ile tork sensörü aracılığıyla, grafikteki açıyı her noktada sabitleyerek rotoru döndürmeniz gerekir. θ , döndükleri ve sensörün gösterdiği an. Onlar. motorun "manyetik yayını" tork sensöründen geçirmeniz gerekir. En büyük an, mevcut vektörden (başlangıçtan itibaren) 90 derecelik bir açıda olacaktır. Ortaya çıkan maksimum tork Mmax'ın genliği, uygulanan akım vektörünün genliği ile orantılıdır. 1A uygulanırsa M max = 1 N∙m (newton * metre, tork birimi) elde edilir, 2A uygulanırsa M max = 2 N∙m elde edilir.

Bu özellikten, rotor akım vektörüne 90°'de olduğunda motorun en büyük torku geliştirdiği sonucu çıkar. Bir mikrodenetleyici üzerinde bir kontrol sistemi oluştururken, motordan en büyük torku minimum kayıpla elde etmek istediğimizden ve kayıplar her şeyden önce sargılardaki akım olduğundan, akım vektörünü ayarlamak en mantıklı olanıdır. her zaman rotorun manyetik alanına 90 ° 'de, yani Şekil 1'deki mıknatısa dik. Her şeyi tersine çevirmek gerekir - rotor ayarladığımız akım vektörüne gitmez, ancak orada nasıl dönerse dönsün rotora her zaman akım vektörünü 90 ° olarak ayarlarız , yani mevcut vektörü rotora "çivileyin". Motorun momentini akımın genliğine göre ayarlayacağız. Genlik ne kadar büyük olursa, moment o kadar yüksek olur. Ve dönme sıklığı, sargılardaki akımın frekansı artık "bizim" işimiz değil - ne oluyor, rotor nasıl dönecek, öyle olacak - şaft üzerindeki anı kontrol ediyoruz. Garip bir şekilde, buna vektör kontrolü denir - stator akım vektörünü rotor manyetik alanına 90 ° olacak şekilde kontrol ettiğimizde. Bazı ders kitapları daha geniş tanımlar verse de, öyle ki, vektör kontrolü genellikle "vektörlerin" dahil olduğu herhangi bir kontrol yasası olarak adlandırılır, ancak genellikle vektör kontrolü, yukarıdaki kontrol yöntemi olarak anlaşılır.

Vektör kontrol yapısı oluşturma

Ancak pratikte vektör kontrolü nasıl sağlanır? Açıkçası, göreli olarak 90 ° ölçülecek bir şey olması için önce rotorun konumunu bilmeniz gerekir. Bu, aslında konum sensörünü rotor miline takarak en kolay şekilde yapılır. Ardından, fazlarda istenen akımları koruyarak bir akım vektörünün nasıl oluşturulacağını bulmanız gerekir. α Ve β . Motora akım değil voltaj uyguluyoruz... Ama bir şeyi desteklemek istediğimiz için onu ölçmemiz gerekiyor. Bu nedenle vektör kontrolü için faz akım sensörlerine ihtiyaç vardır. Ardından, vektör kontrol yapısını mikrodenetleyici üzerinde diğer her şeyi yapacak bir program biçiminde bir araya getirmeniz gerekir. Bu açıklamanın "baykuş nasıl çizilir" talimatı gibi görünmemesi için dalışa devam edelim.
Bir yazılım PI (orantılı-integral) akım kontrolörü ve PWM kullanarak mikrodenetleyici ile akımı koruyabilirsiniz. Örneğin, bir faz α için akım düzenleyici yapısı aşağıda gösterilmiştir (Şekil 3).

Şekil 3. Bir faz için akım döngüsü kontrol yapısı

İşte mevcut ayar ben α_set- belirli bir sabit, bu faz için korumak istediğimiz akım, örneğin 1A. Görev, açıklanan yapısı yukarıda gösterilen mevcut düzenleyici toplayıcıya gider. Okuyucu, PI denetleyicisinin nasıl çalıştığını bilmiyorsa, ne yazık ki, ah. Bunlardan sadece bazılarını önerebilirim. Çıkış akımı regülatörü faz voltajını ayarlar Uα. Voltaj, mikrodenetleyicinin PWM zamanlayıcıları için görev döngülerini (karşılaştırma ayarları) hesaplayan ve bunu oluşturmak için dört anahtarlı bir köprü invertöründe bir PWM oluşturan PWM bloğuna sağlanır. Uα. Algoritma farklı olabilir, örneğin, pozitif bir PWM voltajı için, sağ raf voltaj ayarıyla orantılıdır, alttaki anahtar solda kapalıdır, negatif bir PWM için soldaki ve alttaki anahtar kapalıdır. doğru. Ölü zamanı eklemeyi unutmayın! Sonuç olarak, böyle bir yapı yazılımı voltaj kaynağı nedeniyle “akım kaynağı” yapar: ihtiyacımız olan değeri ayarlıyoruz ben α_set ve verilen yapı onu belirli bir hızla uygular.

Ayrıca, belki de bazı okuyucular, vektör kontrol yapısından önce konunun küçük olduğunu düşünmüşlerdir - regülatörün her fazı için iki akım regülatörü koymanız ve rotor pozisyonunun açısına bağlı olarak bunlar üzerinde bir görev oluşturmanız gerekir. sensör (RPS), yani. bu yapı gibi bir şey yapın (Şekil 4):

Şekil 4. Hatalı (naif) vektör kontrol yapısı

Bunu yapamazsın. Rotor döndüğünde, değişkenler ben α_set Ve ben β_set sinüzoidal olacak, yani mevcut regülatör ayarı her zaman değişecektir. Denetleyicinin hızı sonsuz değildir, bu nedenle görev değiştirildiğinde hemen çözmez. Görev sürekli değişiyorsa, düzenleyici onu her zaman yakalar ve ona asla ulaşmaz. Ve motorun dönüş hızındaki bir artışla, gerçek akımın verilenden olan gecikmesi, akım ile rotor mıknatısı arasındaki istenen 90 ° açı, buna benzer olmayı bırakana kadar giderek daha fazla olacaktır. hepsi ve vektör kontrolü artık böyle değil. Bu nedenle, farklı şekilde yaparlar. Doğru yapı aşağıdaki gibidir (Şekil 5):

Şekil 5. İki fazlı senkron makine için vektör sensör kontrolünün yapısı

Buraya iki blok eklendi - BKP_1 ve BKP_2: koordinat dönüşüm blokları. Çok basit bir şey yapıyorlar: giriş vektörünü belirli bir açıyla döndürüyorlar. Ayrıca, BPK_1 +'ya dönüşür ϴ ve - üzerinde BKP_2 ϴ . Aralarındaki tüm fark bu. Yabancı literatürde bunlara Park dönüşümleri denir. BKP_2 akımlar için koordinat dönüşümü yapar: sabit eksenlerden α Ve β , motor statoruna, dönen eksenlere bağlı D Ve Q motor rotoruna bağlı (rotor konum açısı kullanılarak ϴ ). Ve BKP_1, eksenler boyunca voltajı ayarlamaktan ters dönüşümü yapar D Ve Q eksenlere geçiş yapar α Ve β . Koordinatları dönüştürmek için formüller vermiyorum ama bunlar basit ve bulunması çok kolay. Aslında, okul geometrisinden daha karmaşık bir şey yoktur (Şekil 6):

Şekil 6. Motor statoruna bağlı sabit α ve β eksenlerinden dönen eksenlere koordinat dönüşümleri D Ve Q rotora bağlı

Yani, düzenleyicilerin görevini (önceki yapıda olduğu gibi) "döndürmek" yerine, girişleri ve çıkışları döner ve düzenleyicilerin kendileri statik bir modda çalışır: akımlar D, Q ve sabit durumdaki regülatörlerin çıkışları sabittir. baltalar D Ve Q eksen denetleyicisi iken rotorla birlikte döndürün (rotor konum sensöründen gelen sinyal onları bu şekilde döndürür) Q makalenin başında “rotor alanına dik” dediğim akımı tam olarak düzenler, yani bu tork üreten bir akımdır ve akım D"rotor mıknatısı" ile birlikte yönlendirildi, bu yüzden ona ihtiyacımız yok ve onu sıfıra ayarladık. Böyle bir yapı, birinci yapının dezavantajından muaftır - mevcut düzenleyiciler bir yerlerde bir şeylerin döndüğünü bile bilmiyorlar. Statik modda çalışırlar: akımlarının her birini ayarladılar, belirli bir gerilime ulaştılar - işte bu, onlardan bir rotor gibi kaçmayın, bunu bile bilmeyecekler: tüm işi koordinat dönüştürme birimleri yapıyor dönüşte.

"Parmaklarda" açıklamak için bazı benzetmeler yapabilirsiniz.

Doğrusal trafik için, örneğin bir belediye otobüsü olsun. Her zaman hızlanır, sonra yavaşlar, sonra geri gider ve genellikle istediği gibi davranır: bu motorun rotorudur. Ayrıca yakınlarda paralel giden bir arabadasınız: göreviniz otobüsün tam ortasında olmak: "90 ° tutun", mevcut düzenleyiciler sizsiniz. Otobüs sürekli hız değiştiriyorsa siz de buna göre hız değiştirmeli ve sürekli takip etmelisiniz. Ama şimdi sizin için "vektör kontrolü" yapalım. Otobüsün içine girdiniz, ortada durdunuz ve tırabzana tutunuyorsunuz - tıpkı bir otobüs gibi, kaçmayın, "otobüsün ortasında olma" görevinin üstesinden kolayca gelebilirsiniz. Benzer şekilde, rotorun d, q dönen eksenlerinde "yuvarlanan" akım regülatörleri kolay bir hayat yaşarlar.

Yukarıdaki yapı gerçekten işe yarıyor ve modern elektrikli tahriklerde kullanılıyor. Yalnızca, çapraz bağlantı için tazminat, çeşitli kısıtlamalar, alan zayıflaması vb. Ama temel prensip tam da bu.

Ve tahrik torkunu değil, yine de hızı düzenlemeniz gerekiyorsa (doğru açısal hıza, dönüş hızına göre)? O zaman başka bir PI kontrolörü koyduk - hız kontrolörü (RS). Girişte hız referansını veririz ve çıkışta tork referansına sahibiz. Eksen akımından beri Q torkla orantılıdır, hız kontrolörünün çıkışını doğrudan eksen akım kontrolörünün girişine basitleştirmek mümkündür Q, bunun gibi (Şekil 7):

Şekil 7. Vektör kontrolü için hız kontrolörü
Burada ZI, yoğunluk ayarlayıcıdır, motor istenen hızda hızlanacak şekilde çıkışını yumuşak bir şekilde değiştirir ve hız ayarlanana kadar tam akımda sürmez. Geçerli hız ω rotor konum sensörünün işleyicisinden alınır, çünkü ω açısal konumun türevidir ϴ . Ya da sadece sensör darbeleri arasındaki süreyi tespit edebilirsiniz ...

Üç fazlı bir motor için aynı şey nasıl yapılır? Aslında özel bir şey yok, başka bir blok ekliyoruz ve PWM modülünü değiştiriyoruz (Şekil 8).

Şekil 8. Üç fazlı senkron makine için vektör sensör kontrolünün yapısı

Üç fazlı akımlar, tıpkı iki fazlı olanlar gibi tek bir amaca hizmet eder - bir stator akım vektörü oluşturmak Dır-dir, istenen yöne yönlendirilmiş ve istenen genliğe sahip. Bu nedenle, üç fazlı akımlar basitçe iki faza dönüştürülebilir ve ardından iki fazlı bir makine için zaten monte edilmiş olan aynı kontrol sisteminden ayrılabilir. İngiliz edebiyatında, böyle bir "yeniden hesaplama", bizim durumumuzda - faz dönüşümleri olan Clarke dönüşümü (Edith Clarke'dır) olarak adlandırılır. Sırasıyla Şekil 8'deki yapıda bu, faz dönüşümleri bloğu tarafından yapılır. Okul geometri dersi kullanılarak tekrar yapılırlar (Şekil 9):

Şekil 9. Faz dönüşümleri - üç fazdan ikiye. Kolaylık sağlamak için, I s vektörünün genliğinin fazdaki akımın genliğine eşitliğini kabul ediyoruz.

Yorumlara gerek olduğunu düşünmüyorum. C fazının akımı hakkında birkaç söz. Motorun üç fazı bir yıldıza bağlı olduğundan ve Kirchhoff yasasına göre, iki fazdan geçen her şey akmalıdır, çünkü oraya bir akım sensörü koymanıza gerek yoktur. üçüncünün dışında (tabii ki motorunuzun yalıtımı kırılmışsa ve yarısı gövdenin herhangi bir yerinde sızıntı yapmamışsa), bu nedenle C fazının akımı, A ve B fazlarının akımlarının skaler toplamı olarak hesaplanır. Eksi işareti. Üçüncü sensör bazen ölçüm hatasını azaltmak için kurulur.

Ayrıca PWM modülünün tamamen elden geçirilmesi gerekiyor. Genellikle üç fazlı motorlar için üç fazlı altı anahtarlı bir inverter kullanılır. Şekilde, gerilim referansı hala iki fazlı eksenlerde alınmaktadır. PWM modülünün içinde, ters faz dönüşümleri kullanılarak bu, o anda motora uygulanması gereken A, B, C fazlarının gerilimlerine dönüştürülebilir. Ama sonra ne yapmalı ... Seçenekler mümkündür. Naif yöntem, her invertör rafına istenen voltaj artı 0,5 ile orantılı bir görev döngüsü vermektir. Buna sinüzoidal PWM denir. Yazarın habrahabr.ru/post/128407 adresinde kullandığı bu yöntemdir. Bu yöntemde, bu yöntemin voltaj invertörünü yetersiz kullanması dışında her şey yolundadır - yani. elde edilecek maksimum voltaj, daha gelişmiş bir PWM yöntemi kullanırsanız elde edebileceğinizden daha az olacaktır.

Hadi sayalım. 380V 50Hz endüstriyel üç fazlı ağdan güç alan klasik bir frekans dönüştürücünüz olsun. Burada 380V doğrusal (fazlar arası) çalışma voltajıdır. Dönüştürücüde doğrultucu olduğu için bu gerilimi doğrultacaktır ve DC bara genlik doğrusal gerilimine eşit bir gerilime sahip olacaktır, yani. 380∙√2=540VDC (en azından yüksüz). Sinüzoidal hesaplama algoritmasını PWM modülünde uygularsak, yapabileceğimiz maksimum faz voltajının genliği, DC baradaki voltajın yarısına eşit olacaktır, yani. 540/2=270V. Mevcut aşamayı yeniden hesaplayalım: 270/√2=191V. Ve şimdi mevcut lineerde: 191∙√3=330V. Şimdi karşılaştırabiliriz: 380V aldık ve 330V çıktı ... Ve bu tür PWM ile daha fazlası imkansız. Bu sorunu düzeltmek için sözde vektör tipi PWM kullanılır. İçinde çıkış yine 380V olacaktır (ideal durumda, tüm voltaj düşüşlerini hesaba katmadan). Vektör PWM'nin vektör motor kontrolü ile hiçbir ilgisi yoktur. Gerekçelendirmesinde yine biraz okul geometrisi kullanılıyor, bu yüzden vektör olarak adlandırılıyor. Ancak yaptığı iş parmakla anlatılamaz, bu yüzden okuyucuyu kitaplara (makalenin sonunda) veya Wikipedia'ya göndereceğim. Sinüzoidal ve vektör PWM'nin çalışmasındaki farka biraz ipucu veren bir resim de verebilirim (Şekil 10):

Şekil 10. Skaler ve vektör PWM için faz potansiyellerinin değişimi

Konum sensörü türleri

Bu arada, vektör kontrolü için hangi konum sensörleri kullanılıyor? En yaygın olarak dört tip sensör kullanılır. Bunlar, bir kareleme artımlı kodlayıcı, bir Hall öğesi kodlayıcı, bir mutlak konum kodlayıcı ve bir selsyn kodlayıcıdır.
Dördün kodlayıcı rotorun mutlak konumunu vermez - darbeleriyle, yalnızca ne kadar seyahat ettiğinizi belirlemenize izin verir, ancak nereden ve nereden (başlangıç ​​​​ve bitiş rotor mıknatısının konumu ile ilişkili olduğu için) değil. Bu nedenle tek başına senkron bir makinenin vektör kontrolü için uygun değildir. Referans işareti (endeksi) durumu biraz kurtarır - mekanik devir başına birdir, ona ulaşırsanız, o zaman mutlak konum bilinir hale gelir ve ondan bir kareleme sinyaliyle ne kadar seyahat ettiğinizi zaten sayabilirsiniz. Ancak işin başında bu etikete nasıl ulaşılır? Genel olarak, bu her zaman sakıncalı değildir.
Hall eleman sensörü kaba bir sensördür. Devir başına yalnızca birkaç darbe üretir (Hall elemanlarının sayısına bağlı olarak, üç fazlı motorlar için genellikle üç, yani altı darbe vardır), konumu mutlak terimlerle, ancak düşük doğrulukla bilmenizi sağlar. Doğruluk genellikle akım vektörünün açısını korumak için yeterlidir, böylece motor en azından ileri gider ve geri gitmez, ancak tork ve akımlar titreşir. Motor hızlandıysa, sensörden gelen sinyali zaman içinde programlı olarak tahmin etmeye başlayabilirsiniz - örn. Kaba bir ayrık açıdan doğrusal olarak değişen bir açı oluşturun. Bu, motorun kabaca sabit bir hızda döndüğü varsayımına dayanarak yapılır, bunun gibi bir şey (Şekil 11):

Şekil 11. Üç fazlı bir makine için Hall elemanları üzerindeki konum sensörünün çalışması ve sinyalinin ekstrapolasyonu

Servo motorlar için genellikle bir enkoder ve bir Hall sensörü kombinasyonu kullanılır. Bu durumda, bunların işlenmesi için tek bir yazılım modülü yapmak, her ikisinin de dezavantajlarını ortadan kaldırmak mümkündür: yukarıda verilen açıyı tahmin etmek, ancak zamana göre değil, kodlayıcıdan gelen işaretlere göre. Onlar. İçeride, Hall sensörünün önünden önüne doğru bir kodlayıcı çalışır ve her bir Hall önü, mevcut mutlak açısal konumu net bir şekilde başlatır. Bu durumda, Hall sensörünün bir önüne ulaşana kadar sürücünün yalnızca ilk hareketi yetersiz olacaktır (90 °'nin altında değil). Bu durumda ayrı bir sorun, her iki sensörün ideal olmama durumunun işlenmesidir - simetrik ve tek biçimli Hall elemanları nadiren bulunur ...

Daha da pahalı uygulamalarda, mutlak kodlayıcı Mutlak konumu hemen veren ve yukarıda açıklanan sorunları yaşamamanızı sağlayan dijital arayüz (mutlak kodlayıcı) ile.

Motor çok sıcaksa ve ayrıca açı ölçüm doğruluğunun artırılması gerektiğinde "analog" kullanın selsin sensörü(çözümleyici, dönen trafo). Sensör olarak kullanılan küçük bir elektrikli makinedir. Şekil 1'de ele aldığımız senkron makinede mıknatıslar yerine yüksek frekanslı sinyal uyguladığımız başka bir bobin olduğunu hayal edin. Rotor yatay ise, sinyal yalnızca faz stator bobininde indüklenecektir. α , eğer dikey ise, o zaman sadece β , 180 döndürürseniz, sinyalin fazı değişir ve ara konumlarda sinüs / kosinüs yasasına göre ileri geri indüklenir. Buna göre iki bobindeki sinyalin genliği ölçülerek bu genliğin faz kaymasına oranı da konumu belirleyebilir. Böyle bir makineyi sensör olarak ana makineye kurarak rotorun konumunu öğrenebilirsiniz.
Özellikle elektronik çip üretimi gibi ultra yüksek hassasiyetli uygulamalar için çok daha egzotik konum sensörleri vardır. Orada, yalnızca konumu en doğru şekilde bulmak için herhangi bir fiziksel fenomen zaten kullanılıyor. Onları dikkate almayacağız.

Vektör kontrolünü basitleştirme

Anladığınız gibi, vektör kontrolü oldukça zahmetlidir - ona konum sensörlerini ve akım sensörlerini ve vektör PWM'yi ayarlayın ve mikrodenetleyici hiçbir şekilde tüm bu matematiği hesaplayamaz. Bu nedenle, basit uygulamalar için basitleştirilmiştir. Başlangıç ​​olarak sensörsüz vektör kontrolü yaparak konum sensörünü ortadan kaldırabilirsiniz. Bunu yapmak için sarı dikdörtgende bulunan biraz daha matematiksel büyü kullanın (Şekil 12):

Şekil 12. Sensörsüz vektör kontrol yapısı

Gözlemci, motora uygulanan voltaj hakkında (örneğin, PWM modülü için bir görevden) ve sensörlerden motordaki akımlar hakkında bilgi alan bir bloktur. Gözlemcinin içinde, statordaki akımlarını gerçek bir motordan ölçülen akımlara ayarlamaya çalışan bir elektrik motoru modeli çalışır. Başarılı olursa, şaftın içinde simüle edilen rotorun konumunun da gerçek konumla örtüştüğünü ve vektör kontrolü ihtiyaçları için kullanılabileceğini varsayabiliriz. Eh, bu, elbette, oldukça basitleştirilmiş. Bu tür gözlemcilerin türleri sayılamaz. "Elektrikli tahrik" uzmanlığındaki her yüksek lisans öğrencisi, bir şekilde diğerlerinden daha iyi olan kendi icatını yapmaya çalışıyor. Temel prensip, elektrik motorunun EMF'sini takip etmektir. Bu nedenle, çoğu zaman sensörsüz bir kontrol sistemi, yalnızca EMF'nin büyük olduğu nispeten yüksek bir hızda çalıştırılabilir. Ayrıca bir sensörün varlığına kıyasla bir takım dezavantajları da vardır: motorun parametrelerini bilmeniz gerekir, sürücünün hızı sınırlıdır (hız önemli ölçüde değişirse, gözlemcinin onu takip edecek zamanı olmayabilir ve " bir süre yalan söylemek, hatta tamamen "dağılmak") , gözlemciyi kurmak bütün bir prosedürdür, yüksek kaliteli çalışması için motordaki voltajı tam olarak bilmeniz, akımlarını doğru bir şekilde ölçmeniz vb.

Başka bir basitleştirme seçeneği daha var. Örneğin, sözde "otomatik geçiş" yapabilirsiniz. Bu durumda, üç fazlı bir motor için, karmaşık PWM yöntemi terk edilir, karmaşık vektör yapısı terk edilir ve motor fazları, bazen herhangi bir akım sınırlaması olmadan bile, Hall elemanları üzerindeki konum sensörü tarafından basitçe açılır. Fazlardaki akım sinüzoidal değil, yamuk, dikdörtgen ve hatta daha fazla bozuktur. Ancak fazların açılma anını seçerek ortalama akım vektörünün hala "rotor mıknatısına" 90 derecede olduğundan emin olmaya çalışıyorlar. Bu durumda enerjili faz dahil motor fazında akımın ne zaman artacağı bilinmez. Düşük bir hızda, makinenin EMF'sinin karıştığı yüksek bir hızda daha hızlı yapar, daha yavaş ve akım artış hızı motor endüktansına vb. bağlıdır. Bu nedenle, fazlar tam olarak doğru zamanda dahil edilse bile, ortalama akım vektörünün doğru yerde ve doğru fazda olacağı hiç de bir gerçek değildir - optimal 90 dereceye göre önde veya geride olabilir. Bu nedenle, bu tür sistemlerde, "komütasyon ilerlemesi" ayarı getirilir - aslında, motor fazına ne kadar erken voltaj uygulanması gerektiğinin tam zamanı, böylece sonuç olarak akım vektörünün fazı şuna daha yakın olur: 90 derece. Basit bir şekilde buna "zamanlamaların ayarlanması" denir. Otomatik anahtarlama sırasında elektrik motorundaki akım sinüzoidal olmadığından, yukarıda tartışılan sinüzoidal makineyi alıp bu şekilde kontrol edersek, şaft üzerindeki moment titreyecektir. Bu nedenle, otomatik anahtarlama için tasarlanmış motorlarda, rotorun ve statorun manyetik geometrisi, onları bu tür kontrol için daha uygun hale getirmek için genellikle özel bir şekilde değiştirilir: bu tür makinelerin EMF'si, çalıştıkları için yamuk şeklinde yapılır. otomatik geçiş modunda daha iyi. Otokomütasyon için optimize edilmiş senkron makinelere fırçasız doğru akım motorları (BLDC) veya İngilizce BLDC (Fırçasız Doğru Akım Motoru) denir. Otomatik anahtarlama modu genellikle valf modu olarak da adlandırılır ve onunla çalışan motorlar valf motorlarıdır. Ancak bunların hepsi, özü hiçbir şekilde etkilemeyen farklı isimlerdir (ancak deneyimli elektrikli sürücüler, bu adlarla ilgili konularda genellikle SPGS'den muzdariptir). Bu tür makinelerin çalışma prensibini gösteren iyi bir video var. Rotoru dışarıda ve statoru içeride olacak şekilde ters çevrilmiş bir motoru gösterir:

Ancak bu tür motorlar ve kontrol sisteminin donanımı hakkında bir dizi makale var.

Daha da büyük bir basitleştirmeye bile gidebilirsiniz. Sargıları, bir faz her zaman “serbest” olacak ve ona PWM uygulanmayacak şekilde değiştirin. Daha sonra içindeki EMF'yi (faz bobininde indüklenen voltaj) ölçebilir ve bu voltaj sıfırdan geçtiğinde bunu bir rotor konum sensörü sinyali olarak kullanabilirsiniz, çünkü bu indüklenen voltajın fazı tam olarak rotorun konumuna bağlıdır. Çeşitli basit sürücülerde, örneğin uçak modeli pervaneleri için "regülatörlerde" yaygın olarak kullanılan sensörsüz otomatik anahtarlama ortaya çıkıyor. Aynı zamanda, makinenin EMF'sinin yalnızca nispeten yüksek bir hızda göründüğü unutulmamalıdır, bu nedenle, başlamak için, bu tür kontrol sistemleri, motor rotorunun sağlanan akımı takip edeceğini umarak, fazları yavaşça sıralar. EMF görünür görünmez, otomatik geçiş modu etkinleştirilir. Bu nedenle, sensörsüz bir sistem (çok basit ve çoğu zaman karmaşık), örneğin bir arabanın (veya modelinin) çekiş tahriki için motorun sıfıra yakın hızlarda tork geliştirebilmesi gereken görevler için uygun değildir. , bir mekanizmanın servo sürücüsü vb. Ancak sensörsüz sistem, kullanıldığı yerlerde pompalar ve fanlar için başarıyla uygundur.

Ancak bazen daha da basitleştirme yapılır. Özel bir mekanik anahtar ile fazları değiştirerek mikrodenetleyici, tuşlar, konum sensörleri ve diğer şeyleri tamamen terk edebilirsiniz (Şekil 13):

Şekil 13. Sargıları değiştirmek için mekanik anahtar

Dönme sırasında, rotorun kendisi, sargıların parçalarını değiştirerek onlara uygulanan voltajı değiştirirken, rotordaki akım dönüşümlü olarak akar. Komütatör, maksimum torku elde etmek için rotor ve statorun manyetik akısı yine 90 dereceye yakın olacak şekilde konumlandırılmıştır. Bu tür motorlara safça DC motorlar denir, ancak tamamen haksızdır: toplayıcıdan sonra içeride akım hala değişkendir!

Çözüm

Tüm elektrikli makineler benzer şekilde çalışır. Elektrikli tahrik teorisinde, başkalarının çalışmasının indirgendiği “genelleştirilmiş bir elektrikli makine” kavramı bile vardır. Makalede gösterilen “parmaklarda” açıklamaları hiçbir şekilde mikrodenetleyici kodu yazmak için pratik bir rehber görevi görmez. Makale, bu vektör kontrolünün uygulanması için gerekli olan bilgilerin yüzde birini iyi değerlendirdiyse. Pratikte bir şeyler yapmak için, öncelikle, en azından PI denetleyicisinin nasıl çalıştığını anlama düzeyinde, TAU'yu bilmeniz gerekir. O zaman hala hem senkron makinenin matematiksel tanımını hem de vektör kontrolünün sentezini incelemeniz gerekir. Ayrıca vektör PWM'yi inceleyin, kutup çiftlerinin ne olduğunu öğrenin, makine sargılarının türleri hakkında bilgi edinin ve daha fazlasını yapın. Bu, yakın tarihli “Anuchin A.S. Elektrikli tahrik kontrol sistemleri” kitabında yapılabilir. MPEI, 2015" ve ayrıca "Kalachev Yu. N. Vektör düzenlemesi (uygulama notları)". Okuyucu, herhangi bir mikrodenetleyici ve konum sensörü olmadan doğrudan üç fazlı bir endüstriyel ağdan güç verildiğinde elektrik motorlarının özelliklerini dikkate almaya odaklanan sürücüdeki "eski" ders kitaplarının formüllerine dalmaması konusunda uyarılmalıdır. Bu durumda motorların davranışı, karmaşık formüller ve bağımlılıklarla tanımlanır, ancak vektör kontrolü sorunu için neredeyse hiçbir işe yaramazlar (eğer sadece kişisel gelişim için çalışılırsa). Eski ders kitaplarının tavsiyelerine özellikle dikkat etmelisiniz, örneğin, oradaki iş istikrarsız olduğundan ve vektör kontrolü için devrilme tehdidinde bulunduğundan, senkron bir makinenin maksimum momentinde çalışmaması gerektiği söylenmektedir. bu "kötü tavsiye" dir.

Hangi mikrodenetleyicide tam teşekküllü bir vektör kontrolü yapabilirsiniz, örneğin Yeni yerli motor kontrol mikrodenetleyici K1921VK01T JSC "NIIET" makalemizi ve bir elektrikli sürücüde mikrodenetleyici yazılımında hata ayıklama yöntemleri makalesinde nasıl hata ayıklanacağını okuyun. . Ayrıca web sitemizi ziyaret edin: orada, özellikle, mevcut bir PI kontrol cihazının nasıl kurulacağını ve akım-kapalı ve vektör sensörsüz bir kontrol yapısının nasıl çalıştığını pratikte gösterdikleri iki sıkıcı video yayınlanmaktadır. Ek olarak, ev tipi bir mikrodenetleyici üzerinde hazır sensör vektör kontrol yapısına sahip bir hata ayıklama kiti satın alabilirsiniz.

Not:
Bazı terimlerin, özellikle de "akış", "akış bağlantısı", "manyetik alan" ve diğer terimlerin tam olarak doğru ele alınmadığı için uzmanlardan özür dilerim - basitlik fedakarlık gerektirir...