Što je upravljanje usmjerenim na polje?

Što je upravljanje orjentirano na polje?

Definicija upravljanja orjentiranog na polje

Upravljanje orjentirano na polje je sofisticirana tehnika koja upravlja asinkronim strojevima s indukcijom nezavisno kontrolirajući moment i magnetski tok, slično DC strojevima.

Princip rada upravljanja orjentiranog na polje

Upravljanje orjentirano na polje sastoji se u kontroli strujnih vektora statora. Ova kontrola temelji se na projekcijama koje transformiraju sustav sa tri faze, ovisan o vremenu i brzini, u dvodimenzionalni (d i q okvir) sustav koji nije ovisan o vremenu.

 Ove transformacije i projekcije dovode do strukture slične onoj za kontrolu DC strojeva. FOC strojevi trebaju dva konstantna ulazna referentna vrijednost: komponenta momenta (poravnata s q koordinatom) i komponenta toka (poravnata s d koordinatom).

Naponi, struje i tokovi AC strojeva mogu se analizirati u smislu kompleksnih prostornih vektora. Ako uzmemo ia, ib, ic kao trenutne struje u fazama statora, tada se vektor struje statora definira ovako:

Gdje su (a, b, c) osi trofaznog sustava. Ovaj prostorni vektor struje predstavlja trofazni sinusni sustav. Treba ga transformirati u dvodimenzionalni sustav koji nije ovisan o vremenu. Ova transformacija može se podijeliti u dva koraka:

(a, b, c) → (α, β) (Clarkeova transformacija), što daje izlaze dvodimenzionalnog sustava ovisnog o vremenu.

(a, β) → (d, q) (Parkova transformacija), što daje izlaze dvodimenzionalnog sustava koji nije ovisan o vremenu.

(a, b, c) → (α, β) Projekcija (Clarkeova transformacija)Trofazne veličine, budući naponi ili struje, varirajući u vremenu duž osi a, b i c, mogu se matematički transformirati u dvofazne napone ili struje, varirajuće u vremenu duž osi α i β, pomoću sljedeće transformacijske matrice:

Pretpostavljajući da su osi a i α u istom smjeru, a β im je ortogonalna, imamo sljedeći vektorski dijagram:

Gornja projekcija mijenja trofazni sustav u dvodimenzionalni (α, β) pravokutni sustav kako je navedeno ispod:

Ali ove dvofazne (α, β) struje još uvijek ovisne o vremenu i brzini. (α, β) → (d.q) projekcija (Parkova transformacija) Ovo je najvažnija transformacija u FOC-u. U stvari, ova projekcija mijenja dvofazni fiksni pravokutni sustav (α, β) u d, q rotirajući referentni sustav. Transformacijska matrica dana je ispod:

Gdje je θ kut između rotirajućeg i fiksnog koordinatnog sustava.

Ako uzmete d os u poravnanju s rotorom toka, Slika 2 pokazuje odnos između dva referentna okvira za vektor struje:

Gdje je θ položaj rotor toka. Komponente momenta i toka vektora struje određuju se sljedećim jednadžbama:

Ove komponente ovisne su o komponentama vektora struje (α, β) i položaju rotor toka. Ako znate točan položaj rotor toka, tada se d i q komponente lako mogu izračunati. U tom trenutku, moment se može direktno kontrolirati jer su komponenta toka (isd) i komponenta momenta (isq) sada neovisne.

Osnovni modul za upravljanje orjentirano na polje

Mjerene su struje u fazama statora. Ove mjerene struje unose se u blok Clarkeove transformacije. Izlazi ove projekcije nazivaju se isα i isβ. Ove dvije komponente struje unose se u blok Parkove transformacije koji pruža struje u d, q referentnom okviru. 

Komponente isd i isq uspoređuju se s referencama: isdref (referentna vrijednost toka) i isqref (referentna vrijednost momenta). U tom trenutku, struktura kontrole ima prednost: može se koristiti za kontrolu sinhronih ili indukcijskih strojeva samo promjenom referentne vrijednosti toka i praćenjem položaja rotor toka. U slučaju PMSM-a, rotor toka je fiksiran određen magnetima, tako da nema potrebe za njegovim stvaranjem. 

Stoga, dok se kontrolira PMSM, isdref bi trebao biti jednak nuli. Budući da indukcijski strojevi zahtijevaju stvaranje rotor toka kako bi radili, referentna vrijednost toka ne smije biti jednaka nuli. To lako eliminira jednu od glavnih nedostataka "klasičnih" struktura kontrole: prenosnost s asinhronih na sinhrona pogona. 

Izlazi PI regulatora su Vsdref i Vsqref. Primjenjuju se na blok inverzne Parkove transformacije. Izlazi ove projekcije su Vsαref i Vsβref koji se unose u algoritam širočinske modulacije prostornim vektorom (SVPWM). Izlazi ovog bloka pružaju signale koji pokreću inverter. Ovdje oba Parkove i inverzne Parkove transformacije zahtijevaju položaj rotor toka. Stoga je položaj rotor toka suština FOC-a.

Procjena položaja rotor toka različita je ako razmatramo sinhroni ili indukcijski motor. U slučaju sinhronog motora, brzina rotora jednaka je brzini rotor toka. Tada se položaj rotor toka direktno određuje pozicioni senzorom ili integracijom brzine rotora.

U slučaju asinhronog motora, brzina rotora nije jednaka brzini rotor toka zbog kliza, stoga se koristi posebna metoda za procjenu položaja rotor toka (θ). Ova metoda koristi model struje, koji zahtijeva dvije jednadžbe modela indukcijskog motora u d, q rotirajućem referentnom okviru.

Po