Ինչ է դիրքային կառավարումը?
Դիրքային կառավարման սահմանումը
Դիրքային կառավարումը բարձրասանգուն տեխնիկա է, որը կառավարում է AC ինդուկցիոն շարժիչները կոռելով զուգահեռ ուժը և մագնիսական հոսքը, նման ներկայացնելով DC շարժիչներին:
Դիրքային կառավարման աշխատանքի սկզբունքը
Դիրքային կառավարումը կառավարում է ստատորի հոսքերը, որոնք ներկայացված են վեկտորով: Այս կառավարումը հիմնված է պրոեկցիաների վրա, որոնք փոխում են երեք ֆազային ժամանակա-և արագության կախված համակարգը երկու կոորդինատային (d և q համակարգ) ժամանակա-հաստատուն համակարգի մեջ:
Այս փոխակերպումներն ու պրոեկցիաները հանգեցնում են կառավարման կառուցվածքի, որը նման է DC մեքենայի կառավարմանը: FOC մեքենաները պետք է ունենան երկու հաստատուն մուտքային հղումներ՝ ուժի կոմպոնենտը (համատեղ լինելով q կոորդինատի հետ) և հոսքի կոմպոնենտը (համատեղ լինելով d կոորդինատի հետ):
AC-շարժիչների երեք ֆազային լարումները, հոսքերը և հոսքերը կարող են վերլուծվել կոմպլեքս տարածային վեկտորների տերմիններով: Եթե ընդունենք ia, ib, ic որպես ստատորի ֆազերի անմիջական հոսքերը, ապա ստատորի հոսքի վեկտորը սահմանվում է հետևյալ կերպ:
Որտեղ, (a, b, c) երեք ֆազային համակարգի առանցքներն են: Այս հոսքի տարածային վեկտորը ներկայացնում է երեք ֆազային սինուսոիդալ համակարգը: Այն պետք է փոխակերպվի երկու ժամանակա-հաստատուն կոորդինատային համակարգի մեջ: Այս փոխակերպումը կարող է բաժանվել երկու քայլերի:(a, b, c) → (α, β) (Clarke փոխակերպումը), որը տալիս է երկու կոորդինատային ժամանակա-փոփոխական համակարգի ելքը:
(a, β) → (d, q) (Park փոխակերպումը), որը տալիս է երկու կոորդինատային ժամանակա-հաստատուն համակարգի ելքը:
(a, b, c) → (α, β) պրոեկցիան (Clarke փոխակերպումը)Երեք ֆազային մեծությունները, համար լարումները կամ հոսքերը, որոնք փոփոխվում են ժամանակի ընթացքում a, b և c առանցքներով, կարող են մաթեմատիկորեն փոխակերպվել երկու ֆազային լարումների կամ հոսքերի մեջ, որոնք փոփոխվում են ժամանակի ընթացքում α և β առանցքներով հետևյալ փոխակերպման մատրիցի միջոցով:
angenommen, dass die Achse a und die Achse α in dieselbe Richtung zeigen und β orthogonal zu ihnen ist, haben wir das folgende Vektordiagramm:
Die obige Projektion ändert das Drehstromsystem in das (α, β) zweidimensionale orthogonale System, wie unten angegeben:
Aber diese beiden Phasen (α, β) Ströme hängen immer noch von der Zeit und Geschwindigkeit ab. Die (α, β) → (d.q) Projektion (Park Transformation) Dies ist die wichtigste Transformation im FOC. In der Tat modifiziert diese Projektion das feste orthogonale Zweiphasensystem (α, β) in ein rotierendes Referenzsystem d, q. Die Transformationsmatrix lautet wie folgt:
Dabei ist θ der Winkel zwischen dem rotierenden und festen Koordinatensystem.
Wenn Sie die d-Achse mit dem Rotorfluss ausrichten, zeigt Abbildung 2 die Beziehung zwischen den beiden Referenzrahmen für den Stromvektor:
Dabei ist θ die Position des Rotorflusses. Die Drehmoment- und Flusskomponenten des Stromvektors werden durch die folgenden Gleichungen bestimmt:
Diese Komponenten hängen von den Stromvektor (α, β) Komponenten und der Position des Rotorflusses ab. Wenn Sie die genaue Position des Rotorflusses kennen, können die d, q-Komponenten leicht berechnet werden. In diesem Moment kann das Drehmoment direkt gesteuert werden, da die Flusskomponente (isd) und die Drehmomentkomponente (isq) jetzt unabhängig sind.
Grundmodul für Feldorientierte Regelung
Die Statorphasenströme werden gemessen. Diese gemessenen Ströme werden in den Clarke-Transformationblock eingespeist. Die Ausgänge dieser Projektion heißen isα und isβ. Diese beiden Stromkomponenten gelangen in den Park-Transformationblock, der den Strom im d, q-Referenzrahmen bereitstellt.
Die isd und isq Komponenten werden mit den Referenzen verglichen: isdref (der Flussreferenz) und isqref (der Drehmomentreferenz). In diesem Moment hat die Steuerungsstruktur einen Vorteil: Sie kann verwendet werden, um sowohl synchrone als auch induktive Maschinen zu steuern, indem einfach die Flussreferenz geändert und die Position des Rotorflusses verfolgt wird. Im Fall eines PMSM ist der Rotorfluss durch die Magnete fest vorgegeben, sodass es nicht notwendig ist, einen zu erzeugen.
Daher sollte beim Steuern eines PMSM isdref gleich Null sein. Da Induktionsmotoren eine Erzeugung des Rotorflusses benötigen, um zu arbeiten, darf die Flussreferenz nicht Null sein. Dies beseitigt leicht eines der Hauptprobleme der "klassischen" Steuerstrukturen: die Portabilität von asynchronen auf synchrone Antrieben.
Die Ausgänge der PI-Regler sind Vsdref und Vsqref. Sie werden an den inversen Park-Transformationblock angelegt. Die Ausgänge dieser Projektion sind Vsαref und Vsβref, die an den Block des Raumvektor-Pulsweitenmodulations (SVPWM) Algorithmus übergeben werden. Die Ausgänge dieses Blocks liefern Signale, die den Inverter steuern. Hierbei benötigen sowohl die Park- als auch die inverse Park-Transformation die Position des Rotorflusses. Daher ist die Position des Rotorflusses essentiell für FOC.
Die Bestimmung der Position des Rotorflusses unterscheidet sich, wenn man Synchron- oder Asynchronmaschinen betrachtet. Im Fall von Synchronmaschinen ist die Rotorgeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit des Rotorflusses. Dann wird die Position des Rotorflusses direkt durch einen Positionsgeber oder durch Integration der Rotorgeschwindigkeit bestimmt.
Im Fall von Asynchronmaschinen ist die Rotorgeschwindigkeit nicht gleich der Geschwindigkeit des Rotorflusses, aufgrund des Schlupfs. Daher wird eine spezielle Methode verwendet, um die Position des Rotorflusses (θ) zu bestimmen. Diese Methode nutzt das Strommodell, das zwei Gleichungen des Induktionsmotor-Modells im d, q-Rotierenden Referenzrahmen benötigt.
Vereinfachtes Blockdiagramm für indirekte Feldorientierte Regelung
Klassifikation der Feldorientierten Regelung
FOC für den Induktionsmotoren-Antrieb kann grob in zwei Arten unterteilt werden: indirekte FOC und direkte FOC-Schemata. Bei der DFOC-Strategie wird der Rotorflussvektor entweder durch einen Flusssensor, der in der Luftspalte montiert ist, oder durch die Verwendung der Spannungsgleichungen, ausgehend von den elektrischen Maschinenparametern, gemessen.
Aber bei IFOC wird der Rotorflussvektor mithilfe der Feldorientierungskontrolle-Gleichungen (Strommodell) geschätzt, wobei eine Messung der Rotorgeschwindigkeit erforderlich ist. Von beiden Schemata wird IFOC häufiger verwendet, da es im geschlossenen Kreislauf leicht über den gesamten Geschwindigkeitsbereich vom Nullgeschwindigkeit bis zum Hochgeschwindigkeitsfeldschwächen betrieben werden kann.
Vorteile der Feldorientierten Regelung
Verbesserter Drehmomentantwort.
Drehmomentkontrolle bei niedrigen Frequenzen und geringer Geschwindigkeit.
Dynamische Geschwindigkeitsgenauigkeit.
Reduzierung der Größe des Motors, Kosten und Energieverbrauch.
Vierquadrantenbetrieb.
Kurzzeitige Überlastfähigkeit.
