Apa itu Kontrol Berorientasi Medan?

Apa itu Kontrol Berorientasi Medan?

Definisi Kontrol Berorientasi Medan

Kontrol berorientasi medan adalah teknik canggih yang mengelola motor induksi AC dengan mengendalikan torsi dan fluks magnetik secara independen, mirip dengan motor DC.

Prinsip Kerja Kontrol Berorientasi Medan

Kontrol berorientasi medan terdiri dari pengendalian arus stator yang direpresentasikan oleh vektor. Pengendalian ini didasarkan pada proyeksi yang mentransformasikan sistem tiga fase yang bergantung pada waktu dan kecepatan menjadi sistem dua koordinat (d dan q frame) yang tidak bergantung pada waktu.

Transformasi dan proyeksi ini mengarah pada struktur yang mirip dengan kontrol mesin DC. Mesin FOC memerlukan dua konstanta sebagai referensi input: komponen torsi (sejajar dengan koordinat q) dan komponen fluks (sejajar dengan koordinat d).

Tegangan, arus, dan fluks tiga fase dari motor AC dapat dianalisis dalam hal vektor ruang kompleks. Jika kita ambil ia, ib, ic sebagai arus instan di fase stator, maka vektor arus stator didefinisikan sebagai berikut:

Di mana, (a, b, c) adalah sumbu sistem tiga fase. Vektor ruang arus ini mewakili sistem sinusoidal tiga fase. Perlu ditransformasikan menjadi sistem koordinat dua dimensi yang tidak bergantung pada waktu. Transformasi ini dapat dibagi menjadi dua langkah:

(a, b, c) → (α, β) (transformasi Clarke), yang memberikan output sistem dua koordinat yang bervariasi seiring waktu.

(α, β) → (d, q) (transformasi Park), yang memberikan output sistem dua koordinat yang tidak bergantung pada waktu.

Proyeksi (a, b, c) → (α, β) (transformasi Clarke) Kuantitas tiga fase, baik tegangan maupun arus, yang bervariasi seiring waktu sepanjang sumbu a, b, dan c dapat ditransformasikan secara matematis menjadi tegangan atau arus dua fase, yang bervariasi seiring waktu sepanjang sumbu α dan β melalui matriks transformasi berikut:

Dengan asumsi bahwa sumbu a dan sumbu α berada dalam arah yang sama dan β ortogonal terhadap mereka, kita memiliki diagram vektor berikut:

Proyeksi di atas memodifikasi sistem tiga fase menjadi sistem dua dimensi ortogonal (α, β) seperti yang dinyatakan di bawah ini:

Namun, kedua arus (α, β) masih bergantung pada waktu dan kecepatan. Proyeksi (α, β) → (d, q) (transformasi Park) Ini adalah transformasi paling penting dalam FOC. Sebenarnya, proyeksi ini memodifikasi sistem dua fase ortogonal tetap (α, β) menjadi sistem referensi rotasi d, q. Matriks transformasi diberikan di bawah ini:

Di mana, θ adalah sudut antara sistem koordinat rotasi dan tetap.

Jika Anda mempertimbangkan sumbu d sejajar dengan fluks rotor, Gambar 2 menunjukkan hubungan dari dua kerangka acuan untuk vektor arus:

Di mana, θ adalah posisi fluks rotor. Komponen torsi dan fluks dari vektor arus ditentukan oleh persamaan berikut:

Komponen-komponen ini bergantung pada komponen vektor arus (α, β) dan posisi fluks rotor. Jika Anda mengetahui posisi fluks rotor yang akurat, maka komponen d, q dapat dihitung dengan mudah melalui persamaan di atas. Pada saat ini, torsi dapat dikendalikan langsung karena komponen fluks (isd) dan komponen torsi (isq) kini independen.

Modul Dasar untuk Kontrol Berorientasi Medan

Arus fase stator diukur. Arus-arus yang diukur ini diberikan ke blok transformasi Clarke. Output dari proyeksi ini berjudul isα dan isβ. Dua komponen arus ini masuk ke blok transformasi Park yang menyediakan arus dalam kerangka acuan d, q. 

Komponen isd dan isq dibandingkan dengan referensi: isdref (referensi fluks) dan isqref (referensi torsi). Pada saat ini, struktur kendali memiliki keuntungan: dapat digunakan untuk mengendalikan mesin sinkron atau induksi hanya dengan mengubah referensi fluks dan melacak posisi fluks rotor. Dalam kasus PMSM, fluks rotor ditentukan oleh magnet sehingga tidak perlu membuatnya. 

Oleh karena itu, ketika mengendalikan PMSM, isdref harus sama dengan nol. Karena motor induksi membutuhkan pembuatan fluks rotor untuk beroperasi, referensi fluks tidak boleh sama dengan nol. Hal ini dengan mudah menghilangkan salah satu kelemahan utama dari struktur kendali "klasik": portabilitas dari drive asinkron ke sinkron. 

Output dari pengontrol PI adalah Vsdref dan Vsqref. Mereka diterapkan ke blok transformasi Park invers. Output dari proyeksi ini adalah Vsαref dan Vsβref yang diberikan ke algoritma modulasi lebar pulsa vektor ruang (SVPWM). Output dari blok ini memberikan sinyal yang menggerakkan inverter. Di sini, baik transformasi Park dan transformasi Park invers membutuhkan posisi fluks rotor. Oleh karena itu, posisi fluks rotor adalah esensi dari FOC.

Evaluasi posisi fluks rotor berbeda jika kita mempertimbangkan motor sinkron atau induksi. Dalam kasus motor sinkron, kecepatan rotor sama dengan kecepatan fluks rotor. Maka posisi fluks rotor ditentukan langsung oleh sensor posisi atau dengan integrasi kecepatan rotor.

Dalam kasus motor asinkron, kecepatan rotor tidak sama dengan kecepatan fluks rotor karena slip; oleh karena itu, metode khusus digunakan untuk mengevaluasi posisi fluks rotor (θ). Metode ini menggunakan model arus, yang memerlukan dua persamaan dari model motor induksi dalam kerangka acuan d, q yang berputar.

Diagram Blok FOC Tidak Langsung yang Disederhanakan

Klasifikasi Kontrol Berorientasi Medan

FOC untuk penggerak motor induksi dapat secara luas diklasifikasikan menjadi dua jenis: skema FOC Tidak Langsung (IFO