Apakah Kawalan Berorientasikan Medan?
Definisi Kawalan Berorientasikan Medan
Kawalan berorientasikan medan adalah teknik canggih yang mengurus motor induksi AC dengan mengawal tork dan fluks magnet secara bebas, serupa dengan motor DC.
Prinsip Kerja Kawalan Berorientasikan Medan
Kawalan berorientasikan medan terdiri daripada mengawal arus stator yang diwakili oleh vektor. Kawalan ini berdasarkan projeksi yang mentransformasikan sistem tiga fasa yang bergantung pada masa dan kelajuan kepada sistem dua koordinat (d dan q frame) yang tidak berubah sepanjang masa.
Transformasi dan projeksi ini membawa kepada struktur yang serupa dengan kawalan mesin DC. Mesin FOC memerlukan dua pemalar sebagai rujukan input: komponen tork (selari dengan koordinat q) dan komponen fluks (selari dengan koordinat d).
Tegangan, arus, dan fluks tiga fasa motor AC boleh dianalisis dalam bentuk vektor ruang kompleks. Jika kita ambil ia, ib, ic sebagai arus segera dalam fasa stator, maka vektor arus stator ditentukan seperti berikut:
Di mana, (a, b, c) adalah paksi sistem tiga fasa. Vektor ruang arus ini mewakili sistem sinus tiga fasa. Ia perlu ditransformasikan menjadi sistem koordinat dua yang tidak berubah sepanjang masa. Transformasi ini boleh dibahagikan kepada dua langkah:
(a, b, c) → (α, β) (transformasi Clarke), yang memberikan output sistem dua koordinat yang berubah sepanjang masa.
(a, β) → (d, q) (transformasi Park), yang memberikan output sistem dua koordinat yang tidak berubah sepanjang masa.
Projeksi (a, b, c) → (α, β) (transformasi Clarke) Kuantiti tiga fasa, sama ada tegangan atau arus, yang berubah sepanjang masa sepanjang paksi a, b, dan c boleh ditransformasikan secara matematik menjadi tegangan atau arus dua fasa, yang berubah sepanjang masa sepanjang paksi α dan β melalui matriks transformasi berikut:
Dengan mengandaikan bahawa paksi a dan paksi α adalah searah dan β adalah ortogonal kepada mereka, kita mempunyai diagram vektor berikut:
Proyeksi di atas memodifikasi sistem tiga fasa menjadi sistem ortogonal dua dimensi (α, β) seperti yang dinyatakan di bawah:
Tetapi kedua-dua arus (α, β) ini masih bergantung pada masa dan kelajuan. Projeksi (α, β) → (d.q) (transformasi Park) Ini adalah transformasi paling penting dalam FOC. Sebenarnya, projeksi ini memodifikasi sistem ortogonal dua fasa tetap (α, β) menjadi sistem rujukan putaran d, q. Matriks transformasi diberikan di bawah:
Di mana, θ adalah sudut antara sistem koordinat putaran dan tetap.
Jika anda pertimbangkan paksi d sejajar dengan fluks rotor, Gambar 2 menunjukkan hubungan dari kedua-dua rangka rujukan untuk vektor arus:
Di mana, θ adalah posisi fluks rotor. Komponen tork dan fluks vektor arus ditentukan oleh persamaan berikut:
Komponen-komponen ini bergantung pada komponen vektor arus (α, β) dan posisi fluks rotor. Jika anda tahu posisi fluks rotor yang tepat, maka komponen d, q dapat dihitung dengan mudah melalui persamaan di atas. Pada saat ini, tork dapat dikawal secara langsung kerana komponen fluks (isd) dan komponen tork (isq) kini bersifat bebas.
Modul Asas untuk Kawalan Berorientasikan Medan
Arus fasa stator diukur. Arus-arus yang diukur ini disalurkan ke blok transformasi Clarke. Output dari proyeksi ini dinamakan isα dan isβ. Dua komponen arus ini masuk ke blok transformasi Park yang menyediakan arus dalam rangka rujukan d, q.
Komponen isd dan isq dibandingkan dengan rujukan: isdref (rujukan fluks) dan isqref (rujukan tork). Pada saat ini, struktur kawalan memiliki kelebihan: ia dapat digunakan untuk mengawal baik mesin sinkron atau induksi hanya dengan mengubah rujukan fluks dan melacak posisi fluks rotor. Dalam kasus PMSM, fluks rotor ditentukan oleh magnet sehingga tidak perlu menciptakan satu.
Oleh itu, ketika mengawal PMSM, isdref harus sama dengan nol. Karena motor induksi memerlukan pembuatan fluks rotor untuk beroperasi, rujukan fluks tidak boleh sama dengan nol. Ini dengan mudah menghilangkan salah satu kelemahan utama struktur kawalan "klasik": portabilitas dari penggerak asinkron ke sinkron.
Output dari pengawal PI adalah Vsdref dan Vsqref. Mereka diterapkan ke blok transformasi Park terbalik. Output dari proyeksi ini adalah Vsαref dan Vsβref yang disalurkan ke algoritma modulasi lebar pulsa vektor ruang (SVPWM). Output dari blok ini menyediakan sinyal yang menggerakkan inverter. Di sini, kedua transformasi Park dan terbaliknya memerlukan posisi fluks rotor. Oleh itu, posisi fluks rotor adalah esensi FOC.
Penilaian posisi fluks rotor berbeda jika kita pertimbangkan motor sinkron atau induksi. Dalam kasus motor sinkron, kelajuan rotor sama dengan kelajuan fluks rotor. Maka posisi fluks rotor ditentukan secara langsung oleh sensor posisi atau dengan integrasi kelajuan rotor.
Dalam kasus motor asinkron, kelajuan rotor tidak sama dengan kelajuan fluks rotor karena slip; oleh itu, metode khusus digunakan untuk mengevaluasi posisi fluks rotor (θ). Metode ini menggunakan model arus, yang memerlukan dua persamaan model motor induksi dalam rangka rujukan putaran d, q.
Rangkaian Blok FOC Indirek Sederhana
Klasifikasi Kawalan Berorientasikan Medan
FOC untuk penggerak motor induksi dapat diklasifikasikan secara luas menjadi dua jenis: skema FOC Indirek dan FOC Direk. Dalam strategi DFOC, vektor fluks rotor diukur dengan menggunakan sensor fluks yang dipasang di udara celah atau dengan menggunakan persamaan tegangan mulai dari parameter mesin elektrik.
Tetapi dalam kasus IFOC, vektor fluks rotor diestimasi menggunakan persamaan kawalan berorientasikan medan (model arus) yang memerlukan pengukuran kelajuan rotor. Antara kedua skema, IFOC lebih umum digunakan kerana dalam mode loop tertutup, ia dapat beroperasi dengan mudah sepanjang rentang kelajuan dari kelajuan nol hingga kelajuan tinggi pengurangan medan.
Kelebihan Kawalan Berorientasikan Medan
Tanggapan tork yang ditingkatkan.
Kawalan tork pada frekuensi rendah dan kelajuan rendah.
Akurasi kelajuan dinamik.
Pengurangan saiz motor, kos, dan penggunaan tenaga.
Operasi empat kuadran.
Kemampuan beban sementara.
