फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल क्या है?

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल क्या है?

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल की परिभाषा

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल एक उन्नत तकनीक है जो टोक़ और चुंबकीय फ्लक्स को स्वतंत्र रूप से नियंत्रित करके AC इंडक्शन मोटरों का प्रबंधन करती है, जो DC मोटरों के समान है।

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल का कार्य-सिद्धांत

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल में एक वेक्टर द्वारा प्रदर्शित स्टेटर करंटों को नियंत्रित किया जाता है। यह नियंत्रण तीन चरण वाले टाइम और गति पर निर्भर सिस्टम को दो निर्देशांक (d और q फ्रेम) वाले टाइम इनवेरिएंट सिस्टम में परिवर्तित करने पर आधारित है।

 ये परिवर्तन और प्रक्षेपण डीसी मशीन नियंत्रण की संरचना के समान होते हैं। FOC मशीनों को दो स्थिरांकों की आवश्यकता होती है: टोक़ घटक (q निर्देशांक के साथ संरेखित) और फ्लक्स घटक (d निर्देशांक के साथ संरेखित)।

AC मोटरों के तीन-चरण वोल्टेज, करंट और फ्लक्स को जटिल स्पेस वेक्टरों के रूप में विश्लेषित किया जा सकता है। यदि हम ia, ib, ic को स्टेटर चरणों में तात्कालिक करंट मानते हैं, तो स्टेटर करंट वेक्टर निम्न प्रकार परिभाषित होता है:

जहाँ, (a, b, c) तीन-चरण सिस्टम के अक्ष हैं।यह करंट स्पेस वेक्टर तीन-चरण साइनसोइडल सिस्टम का प्रतिनिधित्व करता है। इसे दो टाइम इनवेरिएंट निर्देशांक सिस्टम में परिवर्तित किया जाना चाहिए। यह परिवर्तन दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

(a, b, c) → (α, β) (क्लार्क ट्रांसफार्मेशन), जो दो निर्देशांक टाइम वेरिएंट सिस्टम के आउटपुट देता है।

(a, β) → (d, q) (पार्क ट्रांसफार्मेशन), जो दो निर्देशांक टाइम इनवेरिएंट सिस्टम के आउटपुट देता है।

(a, b, c) → (α, β) प्रक्षेपण (क्लार्क ट्रांसफार्मेशन)तीन-चरण मात्राएं, चाहे वोल्टेज या करंट, जो a, b, और c अक्षों पर समय के साथ बदलती हैं, निम्न ट्रांसफार्मेशन मैट्रिक्स द्वारा गणितीय रूप से α और β अक्षों पर समय के साथ बदलती दो-चरण वोल्टेज या करंट में परिवर्तित की जा सकती हैं:

यह मानते हुए कि अक्ष a और अक्ष α एक ही दिशा में हैं और β उनके लंबवत है, हमारे पास निम्न वेक्टर आरेख है:

उपरोक्त प्रक्षेपण तीन-चरण सिस्टम को (α, β) दो आयामी लंबवत सिस्टम में परिवर्तित करता है, जैसा कि नीचे दिया गया है:

लेकिन ये दो-चरण (α, β) करंट अभी भी समय और गति पर निर्भर हैं।(α, β) → (d.q) प्रक्षेपण (पार्क ट्रांसफार्मेशन)यह FOC में सबसे महत्वपूर्ण ट्रांसफार्मेशन है। वास्तव में, यह प्रक्षेपण दो-चरण निश्चित लंबवत सिस्टम (α, β) को d, q घूमते रेफरेंस सिस्टम में परिवर्तित करता है। ट्रांसफार्मेशन मैट्रिक्स नीचे दिया गया है:

जहाँ, θ घूमते और निश्चित निर्देशांक सिस्टम के बीच का कोण है।

यदि आप d अक्ष को रोटर फ्लक्स के साथ संरेखित मानते हैं, तो चित्र 2 दो रेफरेंस फ्रेमों के बीच करंट वेक्टर के संबंध दिखाता है:

जहाँ, θ रोटर फ्लक्स स्थिति है। करंट वेक्टर के टोक़ और फ्लक्स घटक निम्न समीकरणों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं:

ये घटक (α, β) घटकों और रोटर फ्लक्स स्थिति पर निर्भर करते हैं। यदि आप रोटर फ्लक्स स्थिति को सही तरीके से जानते हैं, तो ऊपर दिए गए समीकरण द्वारा d, q घटक आसानी से गणना किए जा सकते हैं। इस समय, टोक़ को तुरंत नियंत्रित किया जा सकता है क्योंकि फ्लक्स घटक (isd) और टोक़ घटक (isq) अब स्वतंत्र हैं।

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल के लिए बुनियादी मॉड्यूल

स्टेटर चरण करंट मापे जाते हैं। ये मापे गए करंट क्लार्क ट्रांसफार्मेशन ब्लॉक में डाले जाते हैं। इस प्रक्षेपण के आउटपुट isα और isβ के रूप में नामित किए जाते हैं। इन दो करंट के घटक पार्क ट्रांसफार्मेशन ब्लॉक में प्रवेश करते हैं जो d, q रेफरेंस फ्रेम में करंट प्रदान करता है। 

isd और isq घटक isdref (फ्लक्स रेफरेंस) और isqref (टोक़ रेफरेंस) के साथ तुलना किए जाते हैं। इस समय, नियंत्रण संरचना का एक लाभ है: यह सिंक्रोनस या इंडक्शन मशीनों को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, बस फ्लक्स रेफरेंस बदलकर और रोटर फ्लक्स स्थिति का पता लगाकर। PMSM के मामले में, रोटर फ्लक्स मैग्नेट्स द्वारा निर्धारित होता है, इसलिए इसे बनाने की आवश्यकता नहीं होती। 

इसलिए, PMSM को नियंत्रित करते समय, isdref शून्य के बराबर होना चाहिए। चूंकि इंडक्शन मोटरों के लिए ऑपरेट करने के लिए रोटर फ्लक्स का निर्माण की आवश्यकता होती है, इसलिए फ्लक्स रेफरेंस शून्य के बराबर नहीं होना चाहिए। यह आसानी से "क्लासिक" नियंत्रण संरचनाओं की एक प्रमुख कमी को दूर करता है: एसिंक्रोनस से सिंक्रोनस ड्राइव्स तक की पोर्टेबिलिटी। 

PI कंट्रोलर्स के आउटपुट Vsdref और Vsqref हैं। इन्हें इनवर्स पार्क ट्रांसफार्मेशन ब्लॉक पर लागू किया जाता है। इस प्रक्षेपण के आउटपुट Vsαref और Vsβref SVPWM एल्गोरिथ्म ब्लॉक में डाले जाते हैं। इस ब्लॉक के आउटपुट इनवर्टर को चलाने वाले सिग्नल प्रदान करते हैं। यहाँ पार्क और इनवर्स पार्क ट्रांसफार्मेशन दोनों को रोटर फ्लक्स स्थिति की आवश्यकता होती है। इसलिए रोटर फ्लक्स स्थिति FOC का अहम हिस्सा है।

रोटर फ्लक्स स्थिति का मूल्यांकन सिंक्रोनस या इंडक्शन मोटर पर निर्भर करता है।सिंक्रोनस मोटरों के मामले में, रोटर गति रोटर फ्लक्स गति के बराबर होती है। तब रोटर फ्लक्स स्थिति स्थिति सेंसर द्वारा या रोटर गति के समाकलन द्वारा सीधे निर्धारित की जाती है।

असिंक्रोनस मोटरों के मामले में, रोटर गति रोटर फ्लक्स गति के बराबर नहीं होती क्योंकि स्लिप के कारण; इसलिए रोटर फ्लक्स स्थिति (θ) का मूल्यांकन करने के लिए एक विशेष विधि का उपयोग किया जाता है (θ)। यह विधि करंट मॉडल का उपयोग करती है, जिसके लिए इंडक्शन मोटर मॉडल के d, q घूमते रेफरेंस फ्रेम में दो समीकरणों की आवश्यकता होती है।

सरलीकृत अप्रत्यक्ष FOC ब्लॉक आरेख

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल का वर्गीकरण

इंडक्शन मोटर ड्राइव के लिए FOC व्यापक रूप से दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: अप्रत्यक्ष FOC और प्रत्यक्ष FOC योजनाएं। DFOC रणनीति में रोटर फ्लक्स वेक्टर या तो एयर-गैप में स्थापित एक फ्लक्स सेंसर द्वारा मापा जाता है या वोल्टेज समीकरणों का उपयोग करके इलेक्ट्रिकल मशीन पैरामीटरों से शुरू करके मापा जाता है।

 लेकिन IFOC के मामले में, रोटर फ्लक्स वेक्टर फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल समीकरणों (करंट मॉडल) का उपयोग करके अनुमान लगाया जाता है, जिसके लिए रोटर गति का मापन आवश्यक होता है। दोनों योजनाओं में से, IFOC अधिक आमतौर पर उपयोग की जाती है क्योंकि बंद लूप मोड में यह आसानी से शून्य गति से लेकर उच्च-गति फील्ड-वीकनिंग तक की गति की सीमा में काम कर सकती है।

फील्ड ओरिएंटेड कंट्रोल के लाभ

• बेहतर टोक़ प्रतिक्रिया।

• कम आवृत्ति और कम गति पर टोक़ नियंत्रण।

• गतिक गति शुद्धता।