Hvad er feltorienteret kontrol?

Hvad er Feltorienteret Kontrol?

Feltorienteret Kontrol Defineret

Feltorienteret kontrol er en avanceret teknik, der administrerer AC-induktionsmotorer ved at kontrollere drejningstok og magnetisk flux uafhængigt, ligesom hos DC-motorer.

Arbejdsgang for Feltorienteret Kontrol

Feltorienteret kontrol består i at kontrollere statorstrømme repræsenteret af en vektor. Denne kontrol baseres på projektioner, der transformerer et trefas tids- og hastighedsafhængigt system til et tokoordinat (d- og q-ramme) tiduafhængigt system.

 Disse transformationer og projektioner fører til en struktur, der minder om kontrol af en DC-maskine. FOC-maskiner har brug for to konstanter som inputreferencer: drejningstokkomponenten (justeret med q-koordinaten) og fluxkomponenten (justeret med d-koordinaten).

De trefas spændinger, strømme og fluxer fra AC-motorer kan analyseres i termer af komplekse rumvektorer. Hvis vi tager ia, ib, ic som øjeblikkelige strømme i statorfaserne, så defineres statorstrømvektoren som følger:

Hvor, (a, b, c) er akserne for det trefas system. Dette strømrumsvektor repræsenterer det trefas sinusformede system. Det skal transformeres til et todimensionalt tiduafhængigt koordinatsystem. Denne transformation kan opdeles i to trin:

(a, b, c) → (α, β) (Clarke-transformationen), som giver output af et todimensionalt tidvariant system.

(α, β) → (d, q) (Park-transformationen), som giver output af et todimensionalt tiduafhængigt system.

(a, b, c) → (α, β) Projektion (Clarke-transformation) Trephasemængder, enten spændinger eller strømme, der varierer over tid langs akserne a, b, og c, kan matematisk transformeres til tofas spændinger eller strømme, der varierer over tid langs akserne α og β ved følgende transformationsmatrix:

Under antagelse af, at akse a og akse α er langs samme retning, og β er ortogonal til dem, har vi følgende vektordiagram:

Den ovenstående projektion ændrer det trefas system til det (α, β) todimensionale ortogonale system som angivet nedenfor:

Men disse tofas (α, β) strømme afhænger stadig af tid og hastighed. (α, β) → (d, q) projektion (Park-transformation) Dette er den vigtigste transformation i FOC. I virkeligheden ændrer denne projektion det todimensionale fastlagte ortogonale system (α, β) til et roterende referencsystem (d, q). Transformationsmatrixen er givet nedenfor:

Hvor, θ er vinklen mellem det roterende og det fastlagte koordinatsystem.

Hvis du betragter d-aksen justeret med rotorfluxen, viser figur 2 forholdet mellem de to referenceramme for strømvektoren:

Hvor, θ er positionen af rotorfluxen. Drejningstok- og fluxkomponenterne af strømvektoren bestemmes af følgende ligninger:

Disse komponenter afhænger af strømvektorens (α, β) komponenter og positionen af rotorfluxen. Hvis du kender den præcise position af rotorfluxen, kan d- og q-komponenterne nemt beregnes ved hjælp af ovenstående ligning. I dette øjeblik kan drejningstokken kontrolleres direkte, da fluxkomponenten (isd) og drejningstokkomponenten (isq) nu er uafhængige.

Grundlæggende Modul for Feltorienteret Kontrol

Statorfasstrømme måles. Disse målte strømme indgår i Clarke-transformationsblokken. Outputtet af denne projektion hedder isα og isβ. Disse to komponenter af strømmen indgår i Park-transformationsblokken, der leverer strømmen i d, q-referencerammet. 

Isd- og isq-komponenterne sammenlignes med referencerne: isdref (fluxreferencen) og isqref (drejningstokreferencen). I dette øjeblik har kontrolstrukturen en fordel: den kan bruges til at kontrollere både synkroniserede og induktionmaskiner ved simpelthen at ændre fluxreferencen og sporere rotorfluxens position. I tilfælde af PMSM er rotorfluxen fastlagt af magnetene, så der er ingen behov for at skabe en. 

Derfor, når man kontrollerer en PMSM, skal isdref være lig med nul. Da induktionsmotorer har brug for at skabe en rotorflux for at fungere, må fluxreferencen ikke være lig med nul. Dette eliminerer let en af de største svagheder i "klassiske" kontrolstrukturer: transportabiliteten fra asynkrone til synkrone drev. 

Outputtet fra PI-regulatoren er Vsdref og Vsqref. De anvendes på den inverse Park-transformationsblok. Outputtet fra denne projektion, Vsαref og Vsβref, sendes til blokken for rumvektor-pulsbredde-modulation (SVPWM). Outputtet fra denne blok leverer signaler, der driver inverteren. Her har både Park- og den inverse Park-transformation brug for rotorfluxpositionen. Derfor er rotorfluxpositionen essensen af FOC.

Vurderingen af rotorfluxpositionen er forskellig, hvis vi betragter synkroniserede eller induktionmotorer. I tilfælde af synkroniserede motorer, er rotorspeeden lig med rotorfluxhastigheden. Så rotorfluxpositionen fastlægges direkte af positionsensor eller ved integration af rotorspeed.

I tilfælde af asynkrone motorer, er rotorspeeden ikke lig med rotorfluxhastigheden pga slip; derfor anvendes en særlig metode til at vurdere rotorfluxpositionen (θ). Denne metode benytter strømmodel, der har brug for to ligninger fra induktionmotor-modellen i d, q-roterende referenceramme.

Forenklet Indirekte FOC Blokdiagram

Klassifikation af Feltorienteret Kontrol

FOC for induktionmotor-drev kan bredt klassificeres i to typer: Indirekte FOC og Direkte FOC-schemas. I DFOC-strategien er rotorfluxvektoren enten målt ved hjælp af en fluxsensor monteret i luftspillet eller ved hjælp af spændingsligninger ud fra elektriske maskinparametre.

 Men i tilfælde af IFOC estimeres rotorfluxvektoren ved hjælp af feltorienterede kontrol-ligninger (strømmodel), der kræver en rotorspeedmåling. Af begge schemas er IFOC mere almindeligt anvendt, fordi det i lukket løkke let kan operere over hele hastighedsintervallet fra nul-hastighed til høj-hastighed felt-forringelse. 

Fordele ved Feltorienteret Kontrol

• Forbedret drejningstoksvar.

• Drejningstokkontrol ved lave frekvenser og lav hastighed.

• Dynamisk hastighedspræcision.

• Reduktion i størrelse af motor, omkostninger og energiforbrug.

• Fire kvadrant drift.

• Kortvarig overbelastningskapacitet.