Vektör sürücü. Bilim ve eğitimin modern sorunları

Frekans dönüştürücü, iki temel frekans kontrol yönteminden birini kullanarak bir endüksiyon motorunun torkunu ve hızını kontrol eder - skaler veya vektör. Bu yöntemlerin özelliklerini daha ayrıntılı olarak ele alalım.

Doğrusal skaler IF performansı

İşte asenkron motor bir skaler frekans dönüştürücüden, motordaki voltaj, azalan frekansla doğrusal olarak azalır. Bunun nedeni, oranın kullanıldığı darbe genişlik modülasyonu (PWM) kullanılmasıdır. çalışma gerilimi frekans, tüm kontrol aralığı boyunca sabittir.

İnverterin volt-frekans (volt-hertz) performansı, voltaj inverterin besleme voltajı tarafından belirlenen limite yükselene kadar lineer olacaktır. skaler kontrol motorun gerekli gücü geliştirmesine izin vermez. düşük frekanslar(güç voltaja bağlıdır) ve mil üzerindeki tork önemli ölçüde düşer.

İkinci dereceden skaler performans

Bazı durumlarda, örneğin, dönüştürücü güçlü fanlar ve pompalar için kullanıldığında, işlemin mekaniğini hesaba katmayı, akımları azaltmayı ve buna bağlı olarak torku düşürmeyi mümkün kılan ikinci dereceden bir voltaj-frekans karakteristiği kullanılır. , düşük frekanslarda kayıplar.

Skaler voltaj-frekans karakteristiğinin ana dezavantajı

Basitliği ve geniş dağılımı ile doğrusal ve ikinci dereceden volt-frekans bağımlılığının büyük bir eksi vardır - şaft üzerindeki güç düşüşü, bu da tork ve motor devrinde bir düşüş anlamına gelir. Bu durumda, rotor hızı elektrik hızının gerisinde kaldığında sözde kayma meydana gelir. manyetik alan.

Bu etkiyi ortadan kaldırmak için, yük torku arttıkça çıkış frekansını (motor devri) düzeltmek için kayma kompanzasyonu kullanılır. Telafi değeri doğru seçilirse, ağır yük altındaki gerçek dönüş hızı, dönüş hızına şu kadar yaklaşacaktır: rölanti.

Ek olarak, çoğu lineer V/F invertör bir tork kompanzasyon fonksiyonuna sahiptir. düşük hızlar. Bu işlev Düşük frekanslarda voltajı artırarak uygulanır ve yanlış kullanılırsa motorun aşırı ısınmasına neden olabilir.

Her iki telafi parametresinin de sabit (yapılandırma sırasında ayarlanan) bir değeri vardır ve yüke bağlı değildir.

Vektör kontrolünün faydaları

Belirli bir hızı sağlamak gerektiğinde birçok görev vardır ve açıklanan dezavantaj çok alakalı hale gelir. Bu gibi durumlarda vektör frekans kontrolü, kontrolörün torku korumak için gereken voltajı hesaplayarak kararlı bir frekans sağlar. Skaler modun aksine, rotor manyetik akısının "akıllı" kontrolü vardır.

Bir asenkron motorun vektör kontrolü, motorun çalışma torkunun keskin bir şekilde düştüğü 10 Hz'in altındaki düşük frekanslarda özellikle önemlidir. Ayrıca bu yöntem, hızlanma sırasında sabit bir hızı (öngörülebilir bir doğrusal değişimle) korumanıza olanak tanır. Bu, motor moda ulaşana kadar yüksek bir çalıştırma torku elde edilerek elde edilir.

Çoğu zaman frekans dönüştürücü motora tam olarak ayarlanan hızı korumak için gereken kadar enerji aktardığından, vektör kontrolünde enerji tasarrufu yapılması da önemlidir (bazı durumlarda %60'a kadar).

İki tür vektör kontrolü vardır - hız sensörü olmadan (geri besleme olmadan veya sensörsüz) ve geri bildirim kodlayıcı genellikle sensör olarak kullanıldığında.

Açık Döngü Vektör Kontrolü

Bu durumda frekans dönüştürücü, önceden girilen verilere (motor parametreleri) ve anlık akım ve gerilim verilerine dayalı olarak matematiksel bir modelden motor dönüş hızını hesaplar. Hesaplamalara dayanarak, inverter çıkış voltajını değiştirmeye karar verir.

Vektör sensörsüz modunu açmadan önce, motorun nominal parametrelerini dikkatlice ayarlamak gerekir: voltaj, akım, frekans, hız (devir), güç, kutup sayısı ve ayrıca sargı direnci ve endüktif parametreler. Bazı değerler bilinmiyorsa, motorun rölantide otomatik test edilmesi önerilir. Bazı invertör modelleri, nominal değerleri girdikten sonra standart motor için varsayılan parametreleri ayarlar. Vektör kontrolünün zaman ve akım parametrelerinin sınırlarını ayarlamak da gereklidir.

Vektör geri besleme kontrolü

Bu mod, daha yüksek motor hızı kontrol doğruluğuna sahiptir. Geri bildirim, ek bir modül aracılığıyla frekans dönüştürücüyle arayüzlenen bir kodlayıcı tarafından sağlanır.

Kodlayıcı, bir elektrik motorunun miline veya sonraki bir mekanizmaya monte edilir ve mevcut hıza ilişkin verileri iletir. Dönüştürücü, alınan bilgilere göre voltajı, torku ve buna bağlı olarak motorun hızını değiştirir. Büyük dinamik yükler (sık sık tork değişiklikleri) ve düşük hızlarda çalışma için, harici bir fan tarafından cebri soğutma kullanılması tavsiye edilir.

Diğer yararlı kaynaklar:

Enerji tasarrufu yapmanın en bilinen yöntemi elektrik motorunun hızını düşürmektir. alternatif akım. Güç, mil hızının küpüyle orantılı olduğundan, hızdaki küçük bir azalma önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlayabilir. Bunun üretim için ne kadar alakalı olduğunu herkes anlıyor. Ancak bu nasıl başarılabilir? Buna ve diğer sorulara cevap vereceğiz ama önce asenkron motorların kontrol türlerinden bahsedelim.

AC elektrikli sürücü, çoğu teknolojik sürecin temelini oluşturan elektromekanik bir sistemdir. Önemli rol bir asenkron motor (IM) olan "düetin ana kemanının çalınması" başlığından sorumlu olan frekans dönüştürücüye (FC) aittir.

Biraz temel fizik

Okul tezgahından, voltajın iki nokta arasındaki potansiyel fark olduğu ve frekansın, akımın bir saniyede geçmeyi başardığı periyot sayısına eşit bir değer olduğu konusunda net bir fikrimiz var.

Bir parçası olarak teknolojik süreç genellikle ağın çalışma parametrelerini değiştirmeniz gerekir. Bu amaçla frekans dönüştürücüler vardır: skaler ve vektör. Neden böyle deniyorlar? Başlangıç ​​olarak, her türün kendine has özellikleri adından anlaşılmaktadır. Temel fiziğin temellerini hatırlayalım ve basitlik için frekans dönüştürücüyü daha kısa olarak adlandırmamıza izin verin. "Vektornik" belirli bir yöne sahiptir ve vektörlerin kurallarına uyar. "Ölçek"te bunların hiçbiri yoktur, dolayısıyla onu kontrol etme yönteminin algoritması elbette çok basittir. İsimler belli oldu gibi. Şimdi çeşitli fiziksel büyüklüklerin nasıl olduğu hakkında matematiksel formüller birbirine bağlı

Hız azaldıkça torkun arttığını ve bunun tersinin de geçerli olduğunu hatırlıyor musunuz? Bu, rotorun dönüşü ne kadar büyük olursa, statordan o kadar fazla akış geçeceği ve sonuç olarak daha fazla voltajın indükleneceği anlamına gelir.

Aynısı, düşündüğümüz sistemlerde çalışma prensibinde yatmaktadır, sadece “skaler” de stator manyetik alanı kontrol edilir ve “vektör” de stator ve rotor manyetik alanlarının etkileşimi rol oynar. durumunda, teknoloji iyileştirmeye izin verir teknik özellikler tahrik sisteminin çalışması.

Dönüştürücüler arasındaki teknik farklılıklar

Pek çok farklılık var, en temel olanları ve bilimsel bir kelime ağı olmadan vurgulayacağız. Skaler (sensörsüz) bir frekans dönüştürücü için U / F bağımlılığı doğrusaldır ve hız kontrol aralığı oldukça küçüktür. Bu arada, bu nedenle, düşük frekanslarda torku korumak için yeterli voltaj yoktur ve bazen voltaj-frekans karakteristiğini (VCH) çalışma koşullarına göre ayarlamanız gerekir, aynı şey ne zaman olur? maksimum frekans 50 Hz'nin üzerinde.

Şaft geniş bir hız ve düşük frekans aralığında döndüğünde ve ayrıca otomatik tork kontrolü için gereklilikleri yerine getirdiğinde, geri beslemeli vektör kontrol yöntemi kullanılır. Bu, başka bir farkı gösterir: "skaler" genellikle böyle bir geri bildirime sahip değildir.

Ne tür bir acil durum seçilmeli? Uygulamada, esas olarak elektrikli tahrik kapsamı tarafından yönlendirilen bir veya başka bir cihaz. Ancak, özel durumlarda, frekans dönüştürücü tipi seçimi değişmez hale gelir. Birincisi: Fiyatta net, gözle görülür bir fark var (ölçekli olanlar çok daha ucuz, pahalı bilgi işlem çekirdeklerine gerek yok). Bu nedenle, üretim maliyetindeki azalma bazen seçim kararından daha ağır basar. İkincisi: sadece kullanımlarının mümkün olduğu uygulama alanları vardır, örneğin birkaç elektrik motorunun tek motordan (VFD) senkron olarak kontrol edildiği konveyör hatlarında.

skaler yöntem

Skaler hız kontrolüne (yani VChH tarafından) sahip asenkron bir elektrikli sürücü, bugüne kadar en yaygın olanı olmaya devam ediyor. Yöntem, motor hızının çıkış frekansının bir fonksiyonu olduğu gerçeğine dayanmaktadır.

Skaler Motor Kontrolü – optimal seçim değişken yükün olmadığı ve ayrıca iyi dinamiklere ihtiyaç duyulmayan durumlar için. "Skaler"in çalışması için sensör gerekmez. Bu yöntemi kullanarak, pahalıya gerek yoktur. dijital işlemci, vektör kontrolünde olduğu gibi.

Yöntem genellikle oto kontrol, fan, kompresör ve diğer üniteler için kullanılır.Burada ya motor milinin dönüş hızının bir sensör kullanılarak ya da başka bir belirtilmiş göstergenin (örneğin, sıvının sıcaklığı tarafından kontrol edilen) olması gerekir. uygun izleme cihazı) muhafaza edilmelidir.

Skaler kontrol ile besleme gerilimindeki frekans-genlik değişimi U / fn = const formülü ile belirlenir. Bu, motorda sabit bir manyetik akı sağlar. Yöntem oldukça basit, uygulaması kolay, ancak bazı önemli dezavantajları da yok değil:

• tork ve hızı aynı anda kontrol etmek mümkün değildir, bu nedenle teknolojik açıdan en önemli olan değer seçilir;
• dar hız kontrol aralığı ve düşük hızlarda düşük tork;
• dinamik olarak değişen yük ile düşük performans.

vektör yöntemi nedir?

vektör yöntemi

İyileştirme sürecinde ortaya çıktı ve uygulanması gerektiğinde kullanılır. maksimum performans, geniş bir hız aralığında regülasyon ve mil üzerindeki torkun kontrol edilebilirliği.

İÇİNDE son modeller Bu tip kontrol sistemindeki (CS) elektrikli tahrikler, motorun momentini ve şaftın dönme hızını hesaplayabilen motorun matematiksel bir modelini sunar. Bu durumda, yalnızca stator fazlarının akım sensörlerinin takılması gerekir.

Bugün yeterli sayıda avantajları var:

• yüksek doğruluk;
• gerizekalı olmadan, kan basıncının düzgün dönüşü;
• geniş düzenleme yelpazesi;
• yük değişikliklerine hızlı tepki;
• ısıtma ve mıknatıslanma kayıplarının azaltıldığı motorun çalışma modunun sağlanması ve bu, verimlilikte imrenilen bir artışa yol açar!

Avantajlar elbette açıktır, ancak vektör kontrol yönteminin, hesaplama karmaşıklığı ve IM'nin teknik göstergelerini bilme ihtiyacı gibi dezavantajları da vardır. Ek olarak, sabit bir yükte "skaler"den daha büyük hız salınım genlikleri gözlemlenir. Bir frekans dönüştürücünün ("vektör") imalatındaki ana görev, düşük dönüş hızında yüksek tork sağlamaktır.

Darbe genişliği modülasyon birimine (API PWM) sahip bir vektör kontrol sisteminin şeması şuna benzer:

Gösterilen şemada, kontrol edilen nesne, şaft üzerindeki bir sensöre (DS) bağlı bir asenkron motordur. Tasvir edilen bloklar aslında denetleyici üzerinde uygulanan CS zincirindeki bağlantılardır. BZP bloğu, değişkenlerin değerlerini ayarlar. Mantık blokları (BRP) ve (BVP) değişken denklemleri düzenler ve hesaplar. Kontrolörün kendisi ve sistemin diğer mekanik parçaları elektrik kabininde bulunur.

Frekans mikrodenetleyicili varyant

Frekans akım/gerilim dönüştürücü, ana değerlerin yanı sıra ekipman çalışmasının diğer göstergelerinin düzgün bir şekilde düzenlenmesi için tasarlanmıştır. kullanarak aynı anda "skaler" ve "vektör" olarak işlev görür. Matematiksel modeller yerleşik mikrodenetleyicide programlanmıştır. İkincisi, özel bir kalkan içine monte edilmiştir ve düğümlerden biridir. bilgi ağı otomasyon sistemleri.

Blok kontrolörü / frekans dönüştürücü en son teknolojidir, onlarla devrede bir jikle kullanırlar ve giriş gürültüsünün yoğunluğunu azaltırlar. Unutulmamalıdır ki yurt dışı bu konuözel dikkat gösterilmektedir.Ev içi uygulamada, EMC filtrelerinin kullanımı hala zayıf bağlantı, çünkü mantıklı bir şey bile yok. düzenleyici yapı. Filtreleri, ihtiyaç duyulmadıkları yerlerde ve gerçekten ihtiyaç duyuldukları yerlerde, bir nedenle unutuldukları yerlerde daha sık kullanıyoruz.

Çözüm

Mesele şu ki, elektrik motoru normal mod ağ işlemi standart parametrelere sahip olma eğilimindedir, bu her zaman kabul edilebilir değildir. Bu gerçek, frekansı gerekli olana düşürmek için çeşitli dişli mekanizmaları tanıtılarak ortadan kaldırılır. Bugüne kadar iki kontrol sistemi oluşturulmuştur: sensörsüz ve geri beslemeli sensör sistemi. Ana farkları, kontrolün doğruluğundadır. En doğru olanı elbette ikincisidir.

Mevcut çerçeve, çeşitli modern BP kontrol sistemlerinin kullanılmasıyla genişletildi. daha yüksek kalite düzenleme, yüksek aşırı yük kapasitesi. Uygun maliyetli üretim, uzun ekipman ömrü ve ekonomik enerji tüketimi için bu faktörler büyük önem taşımaktadır.

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 ilkesi ve algoritmalarının ilk uygulamaları artan doğruluk 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 rotor 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

Asenkron makinenin statoru ve rotoru 0,75 kW, 1420 rpm, 50 Hz, 230 400 V, 3,4 2,0 ​​A Asenkron makine elektrik makinesi alternatif akım ... Vikipedi

- (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 şekiller... Vikipedi

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…

Vektör ve skaler frekans arasındaki teknik farklar

dönüştürücüler

Soru: Piyasada vektörel ve skaler frekans dönüştürücüler var ve

vektör önemli ölçüde daha pahalıdır. Aralarındaki teknik farklar nelerdir?

Soru, tek heceli bir şekilde cevaplanacak kadar basit değil. Terimlerin kendileri

"vektör" ve "skaler", özelliğe göre yanlış

frekans dönüştürücüler Esasen değişkenin parametresinden bahsettiğimiz için

akım, o zaman "skaler" teriminin kullanımı genellikle kabul edilemez. İlköğretim kursundan

fizikçiler, skaler bir niceliğin öyle bir nicelik olduğunun gayet iyi farkındalar ki, her değer(bir vektörden farklı olarak) tek bir (gerçek) sayı ile ifade edilebilen,

bunun bir sonucu olarak, bir skalerin değer kümesi doğrusal bir ölçekte gösterilebilir (ölçek- dolayısıyla adı). Uzunluk, alan, zaman, sıcaklık vb. skaler büyüklüklerdir.Vektörel büyüklükler veya vektörler, sahip ve sayısal olan miktarlardır.

anlam ve yön. Bu bağlamda, frekans dönüştürücülerin skaler olarak bölünmesi

ve vektör ilke olarak yanlıştır ve ticaret yöneticilerinin arzusunu yansıtır

şirketler, iddiaya göre dönüştürücü türlerinden biri için daha yüksek fiyatları haklı çıkarmak içindiğerlerine göre üstünlüğe sahip olmak.

İşin teknik yönüne gelince, aşağıdaki gibidir.

Motor milindeki torku düzeltmenin ana yolu

stator sargılarının akımının frekansında ve büyüklüğünde değişiklik, bu da gücünde bir değişikliğe yol açar

dönen manyetik alan Frekans dönüştürücülerin çoğu bu şekilde tasarlanmıştır.

kullanıcının hafta sonu özelliklerini ayarlamasına izin verecek şekilde

belirli bir ekipman türü için elektriksel parametreler. Örneğin, bağlı olarak

tahrik edilen ekipmanın atalet momentinin büyüklüğü verilebilir

dönüştürücü çıkış akımı karakteristiği doğrusal, parabolik veyahiperbolik görünüm.

Bu nedenle, ağır bir kütleyi tahrikli bir araç üzerinde hareket ettirmek gerekirse

konveyör, çıkış akımı karakteristiğine hiperbolik bir form verilmelidir. Su pompaları ve fanlar tercihen parabolik bir eksen boyunca sürülmelidir.

eğri, enerji tasarrufu sağlar. Hemen hemen tüm algoritmalar bu algoritmaya göre çalışır.

yanlış bir şekilde "skaler" olarak adlandırılan frekans dönüştürücüler, daha doğru adı "önceden ayarlanmış frekansa ve çıkış akımına sahip frekans dönüştürücüler" olacaktır.

Motor mili üzerindeki torku artırmanın bir başka etkili yolu da

vektörü ve katları birden fazla olan çıkış akımının 3. harmoniğinin kullanılması

yüksek harmonikler, temel harmoniğin (50

Hz), yani doğrudan bir diziye sahiptir. Diğerleri ters yönde döner

ve ters sıradadır. Aşağıdaki formülle hesaplanan toplam nötr akım:

çıkış akımı parametrelerinin kontrolü, yani:

1)Çıkış akımı ön ayarlı dönüştürücüler.

Her ikisi de geri beslemeli çoğu genel endüstriyel sürücüde kullanılır

pompa tahrikleri dahil olmak üzere onunla veya onsuz proses parametresi kontrolü,

fanlar, konveyörler, konveyörler, ekstrüderler, tekli veçok motorlu sistemler

2)Dinamik çıkış akımı ayarlı dönüştürücüler. Yüksek hassasiyetli teknolojik tek motorlu tahriklerde kullanılır

teçhizat. Motor rotorunun konumunu kontrol etmek için geri beslemeli ve onsuz olabilirler. Doğruluk ve dönme hızının düzenleme derinliği açısından, birinci tip dönüştürücülerden biraz daha üstündürler, ancak servo sürücülerden önemli ölçüde daha düşüktürler.

Bir bütün olarak soruna gelince, belirli sorunları çözmek için akılda tutulmalıdır.kontrollü bir tahrik alanında, kendi motorlarıyla uygun elektrik motorları kullanılır.

kontrol sistemleri - kontrolörlü step motorlar, kontrolörlü servo motorlar,

motorlar doğru akım denetleyicilerle ve son olarak asenkron ve senkron

frekans konvertörlü elektrik motorları. Evrensel bir sürücü oluşturma girişimleri

sürücüler arasındaki tasarım farklılıkları nedeniyle başarısızlığa mahkumdur.

çok büyüktür ve sürücüler tarafından çözülen görevler tek kelimeyle kıyaslanamaz. oluşturulamıyorbir asenkron motordan bir servo motora ve bir senkron kademeli motora yerleşik olsa bileelli kutbu vardır.

Ne yapalım? Dahice olan her şey basittir - sürücüyü doğru bir şekilde tasarlamak yeterlidir.

en elverişsiz frekans aralığında mil üzerinde gerekli torku dikkate alarak

döndürün ve teknolojik parametrenin kontrolünü çoğu piyasada bulunan PID kontrolörüne emanet edin. skaler dönüştürücüler. makale yazarı

en modern sözde. "skaler" dönüştürücüler.

ana fikir vektör kontrolü sadece besleme voltajının büyüklüğünü ve frekansını değil, aynı zamanda fazı da kontrol etmektir. Başka bir deyişle, uzamsal vektörün büyüklüğü ve açısı kontrol edilir. Vektör kontrolü ile karşılaştırıldığında daha fazlasına sahiptir yüksek performans. Vektör kontrolü, skaler kontrolün neredeyse tüm dezavantajlarını ortadan kaldırır.

Vektör kontrolünün avantajları:
• hız kontrolünün yüksek doğruluğu;
• tüm frekans aralığında motorun düzgün çalıştırılması ve düzgün dönmesi;
• yük değişikliklerine hızlı yanıt: yük değiştiğinde, hızda neredeyse hiç değişiklik olmaz;
• artan kontrol aralığı ve düzenleme doğruluğu;
• ısıtma ve mıknatıslanma kayıpları azalır ve .

Vektör kontrolünün dezavantajları şunları içerir:
• parametreleri ayarlama ihtiyacı;
• sabit yük altında hızda büyük dalgalanmalar;
• büyük hesaplama karmaşıklığı.

Vektör kontrolünün genel işlevsel diyagramı

Yüksek performanslı bir AC hız kontrol sisteminin genel blok şeması yukarıdaki şekilde gösterilmektedir. Devre, uygulanabilecek bir değerlendirme birimi ile birlikte manyetik akı bağlantısına ve moment kontrol döngülerine dayanmaktadır. Farklı yollar. Aynı zamanda, harici hız kontrol döngüsü büyük ölçüde birleşiktir ve tork kontrolörleri M* ve manyetik akı bağlantısı Ψ* (akış kontrol ünitesi aracılığıyla) için kontrol sinyalleri üretir. Motor hızı, bir sensör (hız / konum) ile ölçülebilir veya uygulanmasına izin veren bir tahmin edici aracılığıyla elde edilebilir.

Vektör kontrol yöntemlerinin sınıflandırılması

Yirminci yüzyılın yetmişli yıllarından beri anı kontrol etmek için birçok yöntem önerilmiştir. Hepsi endüstride yaygın olarak kullanılmaz. Bu nedenle, bu makale yalnızca en popüler yönetim yöntemlerini tartışmaktadır. Tartışılan tork kontrol yöntemleri, kontrol sistemleri ve sinüzoidal geri EMF ile sunulmaktadır.

Mevcut tork kontrol yöntemleri çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir.

Çoğu zaman, tork kontrol yöntemleri aşağıdaki gruplara ayrılır:
• lineer (PI, PID) kontrolörler;
• doğrusal olmayan (histerezis) kontrolörler.

Not:

1. Geribesleme yok.
2. Geri bildirim ile.
3. sabit durumda

Vektör kontrolü arasında en yaygın kullanılanlar (FOC - alan yönlendirmeli kontrol) ve (DTC - doğrudan tork kontrolü)'dür.

Lineer Tork Regülatörleri

Doğrusal tork regülatörleri, darbe genişlik modülasyonu (PWM) gerilimi ile birlikte çalışır. Regülatörler, örnekleme periyodu boyunca ortalaması alınan gerekli stator voltaj vektörünü belirler. Gerilim vektörü son olarak PWM yöntemiyle sentezlenir, çoğu durumda uzay vektör modülasyonu (SVM) kullanılır. Sinyallerin anlık değerlerle işlendiği doğrusal olmayan tork kontrol şemalarının aksine, doğrusal tork kontrol şemalarında, bir doğrusal regülatör (PI), bir örnekleme periyodu boyunca ortalaması alınan değerlerle çalışır. Bu nedenle, doğrusal olmayan tork denetleyicileri için 40 kHz olan örnekleme frekansı, doğrusal tork denetleyici devrelerinde 2-5 kHz'e düşürülebilir.

Alan Yönelimli Kontrol

Alan Yönelimli Kontrol(POA, İngilizce alan yönelimli kontrol, FOC), fırçasız bir AC'yi ( , ) bağımsız uyarımlı bir DC makinesi olarak kontrol eden, yani alan ve ayrı ayrı kontrol edilebilen bir kontrol yöntemidir.

1970 yılında Blaschke ve Hasse tarafından önerilen alan odaklı kontrol, mekanik olarak değiştirilen kontrol ile bir analojiye dayanmaktadır. Bu motorda alan ve armatür sargıları ayrılır, akı bağlantısı alan akımı tarafından kontrol edilir ve tork bağımsız olarak akım düzenlemesi ile kontrol edilir. Böylece akı ve tork akımları elektriksel ve manyetik olarak ayrılır.

Sensörsüz alan yönelimli kontrolün genel işlevsel diyagramı 1

Öte yandan, fırçasız AC motorlar ( , ) çoğunlukla üç fazlı sargı stator ve stator akım vektörü I s hem akıyı hem de torku kontrol etmek için kullanılır. Böylece, uyarma akımı ve armatür akımı Birleşik stator akım vektörüne girer ve ayrı olarak kontrol edilemez. Ayrılma, stator akım vektörü I s'nin anlık değerini iki bileşene ayrıştırarak matematiksel olarak elde edilebilir: stator akımının uzunlamasına bileşeni sd (bir alan oluşturur) ve stator akımının enine bileşeni I sq (bir moment oluşturur) rotor alanı boyunca yönlendirilmiş dönen bir dq koordinat sisteminde (R -FOC - rotor akı yönelimli kontrol) - yukarıdaki şekil. Böylece, fırçasız bir AC motorun kontrolü, kontrol ile aynı hale gelir ve doğrusal bir PI denetleyicisi ve uzay vektör voltaj modülasyonu olan bir PWM invertörü kullanılarak uygulanabilir.

Alan yönelimli kontrolde, tork ve alan, stator akımı vektör bileşenlerinin kontrol edilmesiyle dolaylı olarak kontrol edilir.

Anlık stator akımları, aynı zamanda rotor konumu bilgisi gerektiren αβ/dq Park dönüşümü kullanılarak bir dq dönen çerçeveye dönüştürülür. Alan, boyuna akım bileşeni I sd üzerinden kontrol edilirken tork, çapraz akım bileşeni I sq üzerinden kontrol edilir. Bir koordinat dönüşümü matematik modülü olan Ters Park Dönüşümü (dq/αβ), gerilim vektörü referans bileşenleri Vsα* ve Vsβ* hesaplar.

Rotor konumunu belirlemek için ya elektrik motoruna takılı bir rotor konum sensörü ya da kontrol sisteminde mevcut olan verilere dayanarak rotor konumu hakkındaki bilgileri gerçek zamanlı olarak hesaplayan kontrol sisteminde uygulanan sensörsüz bir kontrol algoritması kullanılır.

Stator alanı boyunca yönlendirilmiş bir dikdörtgen koordinat sisteminde çalışan tork kontrollü ve geri besleme akı bağlantısına sahip uzay vektör modülasyonuna sahip doğrudan tork kontrolünün bir blok diyagramı aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Tork ve akı bağlantı kontrolörlerinin PI çıkışları, stator alanı boyunca yönlendirilmiş dq koordinat sisteminde (İngiliz stator akı yönelimli kontrol, S-FOC) stator geriliminin V ψ * ve V M * referans bileşenleri olarak yorumlanır. Bu komutlar ( sabit gerilimler) daha sonra sabit bir koordinat sistemine αβ dönüştürülür, ardından V sα * ve V sβ * kontrol değerleri uzay vektör modülasyon modülüne beslenir.

Uzay vektör voltaj modülasyonu ile doğrudan tork kontrolünün fonksiyonel diyagramı

dikkat bu şema akım kontrol döngüsü olmayan basitleştirilmiş bir stator alan yönelimli kontrol (S-FOC) veya anahtarlama tablosunun bir modülatörle değiştirildiği klasik bir devre (PUM-TV, İngilizce anahtarlama tablosu DTC, ST DTC) olarak düşünülebilir ( PVM) ve histerezis tork denetleyicisi ve akı, doğrusal PI denetleyicileri ile değiştirilir.

Bir Uzay Vektör Modülasyonu Doğrudan Tork Kontrolü (SVM-SVM) şemasında, tork ve akı bağlantısı doğrudan kapalı bir döngüde kontrol edilir, bu nedenle motor akısı ve torkunun doğru bir tahmini gereklidir. Klasik histerezis algoritmasından farklı olarak sabit bir anahtarlama frekansında çalışır. Bu, kontrol sisteminin performansını önemli ölçüde artırır: tork ve akı dalgalanmalarını azaltır, motoru güvenle çalıştırmanıza ve düşük hızlarda çalışmanıza olanak tanır. Ancak bu, sürücünün dinamik performansını düşürür.

Doğrusal Olmayan Tork Kontrol Cihazları

Sunulan tork kontrolör grubu, temeli olan bir DC kollektör motoruna benzeterek koordinat dönüştürme ve kontrol fikrinden yola çıkar. Doğrusal olmayan kontrolörler, ayrı kontrolü, invertör yarı iletken cihazların çalışma ideolojisine (açık-kapalı) karşılık gelen sürekli (histerezis) kontrol ile değiştirmeyi teklif eder.

Alan odaklı kontrol ile karşılaştırıldığında, doğrudan tork kontrol şemaları aşağıdaki özelliklere sahiptir:

Avantajlar:
• basit devre yönetmek;
• akım döngüleri ve doğru akım regülasyonu yoktur;
• koordinat dönüşümü gerekmez;
• ayrı bir voltaj modülasyonu yoktur;
• konum sensörü gerekli değildir;
• iyi dinamikler

Kusurlar:
• stator manyetik akı bağlantı vektörünün ve torkunun doğru bir tahmini gereklidir;
• doğrusal olmayan (histerezis) denetleyici ve tuşların değişken anahtarlama frekansı nedeniyle güçlü tork ve akım dalgalanmaları;
• değişken anahtarlama frekansı nedeniyle geniş spektrumlu gürültü.

Doğrudan tork kontrolü

Dahil etme tablosu ile doğrudan tork kontrol yöntemi ilk olarak Takahashi ve Noguchi tarafından Eylül 1984'te sunulan bir IEEJ makalesinde ve daha sonra Eylül 1986'da yayınlanan bir IEEE makalesinde açıklanmıştır. Klasik doğrudan tork kontrolü yönteminin (DTC) şeması, alan kontrol yönteminden () çok daha basittir, çünkü koordinat sistemlerinin dönüştürülmesini ve rotor konumunun ölçülmesini gerektirmez. Doğrudan tork kontrol yönteminin şeması (aşağıdaki şekil), stator torku ve akı bağlantı tahmincisi, histerezis torku ve akı bağlantı karşılaştırıcıları, anahtarlama tablosu ve invertörü içerir.

Yöntem prensibi doğrudan tork kontrolü hem tork hem de stator akı bağlantısının eşzamanlı kontrolü için voltaj vektörünü seçmektir. Ölçülen stator akımları ve invertör voltajı, akı bağlantısını ve torku değerlendirmek için kullanılır. Stator akı bağlantısının ve torkunun tahmini değerleri, bir histerezis karşılaştırıcısı aracılığıyla sırasıyla stator akı bağlantısının ψ s * ve motor torku M * kontrol sinyalleriyle karşılaştırılır. Gerekli motor kontrol voltajı vektörü, histerezis karşılaştırıcılar tarafından üretilen akı bağlantısı d Ψ ve tork d M'nin sayısallaştırılmış hatalarına ve ayrıca açısal konumuna göre elde edilen stator akı vektörünün konum sektörüne dayalı olarak dahil etme tablosundan seçilir. . Böylece, invertörün güç anahtarlarını kontrol etmek için S A , S B ve SC darbeleri tablodan bir vektör seçilerek üretilir.

Hız sensörlü anahtarlama tablalı klasik doğrudan tork kontrol devresi

Başlatma, aşırı yük koşulları, çok düşük hızda çalışma, azaltılmış tork dalgalanması, değişken anahtarlama frekansı çalışması ve gürültü azaltmayı iyileştirmek için klasik devrenin birçok varyasyonu mevcuttur.

Doğrudan tork kontrolünün klasik yönteminin dezavantajı, sabit durumda bile yüksek akım dalgalanmalarının varlığıdır. İnvertörün çalışma frekansının 40kHz'in üzerine çıkarılmasıyla sorun ortadan kaldırılır, bu da kontrol sisteminin toplam maliyetini artırır.

Doğrudan öz yönetim

Doğrudan kendi kendine yönetim yöntemi için bir patent başvurusu Ekim 1984'te Depenbrock tarafından yapılmıştır. Doğrudan kendi kendine yönetimin blok diyagramı aşağıda gösterilmiştir.

Stator akısı komutları ψ s * ve akım fazı bileşenleri ψ sA , ψ sB ve ψ sC'ye dayalı olarak akı karşılaştırıcıları dijital sinyaller d A , d B ve d C , aktif voltaj durumlarına (V 1 - V 6) karşılık gelir. Histerezis tork denetleyicisi, sıfır durumlarını belirleyen bir d M çıkış sinyaline sahiptir. Böylece stator akı kontrolörü, stator akı vektörünü belirli bir yörünge boyunca hareket ettiren aktif voltaj durumlarının zaman aralığını ayarlar ve tork kontrolörü, elektrik motoru torkunu histerezis ile tanımlanan bir tolerans alanında tutan sıfır voltaj durumlarının zaman aralığını belirler. .

Doğrudan özyönetim planı

Doğrudan özyönetim planının karakteristik özellikleri şunlardır:
• akı bağlantısı ve stator akımının sinüzoidal olmayan biçimleri;
• stator akı vektörü altıgen bir yol boyunca hareket eder;
• besleme voltajı marjı yoktur, eviricinin yetenekleri tamamen kullanılır;
• invertör anahtarlama frekansı, anahtarlama tablosu ile doğrudan tork kontrolünden daha düşüktür;
• sabit ve zayıf alan aralıklarında mükemmel dinamikler.

Doğrudan kontrol yönteminin çalışmasının, %14 akış histerezis genişliğine sahip devre kullanılarak yeniden üretilebileceğini unutmayın.