Што е контрола ориентирана кон пољето?

Што е контрола ориентирана кон полето?

Дефиниција на контролата ориентирана кон полето

Контролата ориентирана кон полето е софистицирана техника која управува со индуктивни мотори AC, независно контролирајќи момент и магнетен флукс, слично на DC моторите.

Принцип на работа на контролата ориентирана кон полето

Контролата ориентирана кон полето вклучува контрола на статорните стројеви претставени со вектор. Оваа контрола е заснована на проекции кои трансформираат систем со три фази, зависен од времето и брзината, во двосистемен (d и q рамки) временски инваријантен систем.

 Овие трансформации и проекции доведуваат до структура слична на контролата на DC машината. Машините FOC потребуваат две константи како влезни референци: компонентот на моментот (порамнет со q координата) и компонентот на флуксот (порамнет со d координата).

Трифазните напони, стројеви и флуксови на AC моторите можат да се анализираат во термини на комплексни просторни вектори. Ако ги земеме ia, ib, ic како моментални стројеви во фазите на статорот, тогаш векторот на статорниот строј се дефинира како следното:

Каде што (a, b, c) се оските на трифазниот систем.Овој просторен вектор на стројот претставува трифазен синусоиден систем. Треба да се трансформира во двосистемен временски инваријантен координатен систем. Оваа трансформација може да се подели на два чекора:

(a, b, c) → (α, β) (Кларковата трансформација), која дава излез на двосистемен временски варијабелен систем.

(a, β) → (d, q) (Парковата трансформација), која дава излез на двосистемен временски инваријантен систем.

(a, b, c) → (α, β) Проекција (Кларковата трансформација)Трифазните величини, било напони или стројеви, кои варираат во времето дури по оските a, b и c, математички можат да се трансформираат во двофазни напони или стројеви, кои варираат во времето дури по оските α и β со следната трансформациона матрица:

Предполагајќи дека оската a и оската α се во иста насока и β е ортогонална на нив, имаме следниот векторски дијаграм:

Горната проекција модификува трифазниот систем во (α, β) дводимензионален ортогонален систем како што е речено подолу:

Но овие две фази (α, β) стројеви уште зависат од времето и брзината.(α, β) → (d.q) проекција (Парковата трансформација)Оваа е најважната трансформација во FOC. Всушност, оваа проекција модификува двофазен фиксиран ортогонален систем (α, β) во d, q ротационен референтен систем. Трансформациона матрицата е дадена подолу:

Каде што, θ е аголот помеѓу ротациониот и фиксниот координатен систем.

Ако го разгледате d-оската порамнета со роторниот флукс, Слика 2 покажува односот од две референтни рамки за векторот на стројот:

Каде што, θ е позицијата на роторниот флукс. Компонентите на моментот и флуксот на векторот на стројот се определуваат со следните равенки:

Овие компоненти зависат од компонентите на векторот (α, β) и од позицијата на роторниот флукс. Ако знаете точната позиција на роторниот флукс, тогаш, со горната равенка, компонентите d, q лесно можат да се пресметаат. На овој момент, моментот може директно да се контролира бидејќи компонентот на флуксот (isd) и компонентот на моментот (isq) сега се независни.

Основен модул за контрола ориентирана кон полето

Мерат се фазни стројеви на статорот. Овие мерени стројеви се внесуваат во блокот за Кларкова трансформација. Излезите од оваа проекција се нарекуваат isα и isβ. Овие две компоненти на стројот влегуваат во блокот за Паркова трансформација кој дава строј во d, q референтен систем. 

Компонентите isd и isq се споредуваат со референтите: isdref (референтот на флуксот) и isqref (референтот на моментот). На овој момент, структурата на контролата има предност: може да се користи за контрола на синхронни или индуктивни машини само со менување на референтот на флуксот и следење на позицијата на роторниот флукс. Во случај на PMSM роторниот флукс е фиксиран одреден од магнетите, така што нема потреба да се создаде еден. 

Затоа, додека се контролира PMSM, isdref треба да биде еднакво на нула. Бидејќи индуктивните мотори потребуваат креација на роторен флукс за да работат, референтот на флуксот не треба да биде еднаков на нула. Ова лесно елиминира еден од главните недостатоци на „klasičnite“ контролни структури: преносливоста од асинхронни на синхронни возила. 

Излезите од PI контролерите се Vsdref и Vsqref. Тие се применуваат на блокот за инверзна Паркова трансформација. Излезите од оваа проекција се Vsαref и Vsβref кои се внесуваат во алгоритамскиот блок за просторен векторен импулсни модулација (SVPWM). Излезите од овој блок даваат сигнали кои го возат инверторот. Еве и Парковата и инверзната Паркова трансформација потребуваат позиција на роторниот флукс. Затоа позицијата на роторниот флукс е суштината на FOC.

Евалуацијата на позицијата на роторниот флукс е различна ако разгледаме синхронни или индуктивни мотори.Во случај на синхронни мотори, брзината на роторот е еднаква на брзината на роторниот флукс. Тогаш позицијата на роторниот флукс е директно определена со сензор за позиција или со интеграција на брзината на роторот.

Во случај на асинхронни мотори, брзината на роторот не е еднаква на брзината на роторниот флукс поради слип; затоа се користи особен метод за евалуација на позицијата на роторниот флукс (θ). Овој метод користи модел на стројот, кој бара две равенки од моделот на индуктивниот мотор во d, q ротационен референтен систем.

Упростен дијаграм на блок за индиректна FOC

Класификација на контролата ориентирана кон полето

FOC за индуктивни мотори може широко да се класифицира во два типа: Индиректна FOC и Директна FOC схеми. Во DFOC стратегија, векторот на роторниот флукс се мери со помош на сензор за флукс сместен во воздухопробојот или со користење на равенки за напон почнувајќи од параметрите на електричната машина.

 Но во случај на IFOC, векторот на роторниот флукс се проценува со користење на равенки за контрола ориентирана кон полето (модел на стројот) што бара мерење на брзината на роторот. Меѓу двете схеми, IFOC е повеќе користена бидејќи во затворена јамка може лесно да работи на целата област на брзина од нулта брзина до висока брзина со намалување на полето.

Преизлегувања на контролата ориентирана кон полето

• Подобрен одговор на моментот.

• Контрола на моментот при ниски фреквенции и ниска брзина.

• Динамичка точност на брзината.

• Сманкување на големината на моторот, цената и потрошуването на енергија.

• Работа во четири квадранти.

• Краткосрочна способност за прекомерна нагрузка.