Hva er feltretningstyring?

Hva er feltretningstiltak?

Definisjon av feltretningstiltak

Feltretningstiltak er en avansert teknikk som administrerer AC-induksjonsmotorer ved å kontrollere dreieeffekt og magnetisk fluks uavhengig, på liknende måte som DC-motorer.

Arbeidsprinsipp for feltretningstiltak

Feltretningstiltak består i å kontrollere statorstrømmer representert av en vektor. Denne kontrollen baserer seg på projeksjoner som transformerer et trefase system avhengig av tid og hastighet til et tokoordinat (d- og q-ramme) tidsuavhengig system.

 Disse transformasjonene og projeksjonene fører til en struktur lignende den for en DC-maskin-kontroll. FOC-maskiner trenger to konstanter som inndata-referanser: dreieeffekt-komponenten (justert med q-koordinaten) og flukskomponenten (justert med d-koordinaten).

De trefase spenningene, strømmene og fluksene i AC-motorer kan analyseres i form av komplekse romvektorer. Hvis vi tar ia, ib, ic som øyeblikkelig strøm i statorfasene, så defineres statorstrømvektoren som følger:

Der (a, b, c) er akser for trefasesystemet.Denne strømromvektoren representerer det trefase sinusformede systemet. Den må transformeres til et tokoordinat tidsuavhengig system. Denne transformasjonen kan deles inn i to trinn:

(a, b, c) → (α, β) (Clarke-transformasjonen), som gir utdata av et tokoordinat tidsavhengig system.

(a, β) → (d, q) (Park-transformasjonen), som gir utdata av et tokoordinat tidsuavhengig system.

(a, b, c) → (α, β) Projeksjon (Clarke-transformasjon)Trefase verdier, enten spenninger eller strømmer, som varierer over tid langs akser a, b, og c, kan matematisk transformeres til tofase spenninger eller strømmer, som varierer over tid langs akser α og β, ved følgende transformasjonsmatrise:

Anta at akse a og akse α ligger langs samme retning, og β er ortogonal til dem, har vi følgende vektordiagram:

Den ovennevnte projeksjonen endrer trefasesystemet til (α, β) todimensjonalt ortogonalt system som nevnt nedenfor:

Men disse to fase (α, β) strømmer avhenger fremdeles av tid og hastighet.(α, β) → (d.q) projeksjon (Park-transformasjon)Dette er den viktigste transformasjonen i FOC. Faktisk, denne projeksjonen endrer det tofase faste ortogonale systemet (α, β) til d, q roterende referanse system. Transformasjonsmatrisen er gitt nedenfor:

Der θ er vinkelen mellom det roterende og det faste koordinatsystemet.

Hvis du betrakter d-aksen justert med rotorfluksen, viser figur 2 forholdet mellom de to referansekamene for strømvektoren:

Der θ er rotors fluxposisjon. Dreieeffekt- og flukskomponentene av strømvektoren bestemmes av følgende ligninger:

Disse komponentene avhenger av strømvektor (α, β) komponentene og på rotors fluxposisjon. Hvis du kjenner den nøyaktige rotors fluxposisjon, kan d- og q-komponentene lett beregnes ved hjelp av ovennevnte ligning. I dette øyeblikket kan dreieeffekt kontrolleres direkte fordi flukskomponenten (isd) og dreieeffekt-komponenten (isq) er uavhengige nå.

Grunnleggende modul for feltretningstiltak

Statorfasestrommer måles. Disse målte strømmer sendes inn i Clarke-transformasjonsblokk. Utdataene fra denne projeksjonen heter isα og isβ. Disse to komponentene av strømmen går inn i Park-transformasjonsblokken som gir strøm i d, q referanse rammen. 

Isd- og isq-komponentene sammenlignes med referansene: isdref (fluksreferansen) og isqref (dreieeffektreferansen). I dette øyeblikket har kontrollstrukturen en fordel: den kan brukes til å kontrollere både synkroniserbare eller induksjonsmaskiner ved bare å endre fluksreferansen og spore rotors fluxposisjon. I tilfelle PMSM er rotors flux fast bestemt av magneter, så det er ikke nødvendig å opprette en.

Derfor, mens man kontrollerer en PMSM, skal isdref være lik null. Ettersom induksjonsmotorer trenger en rotors flux-oppretting for å operere, må fluksreferansen ikke være lik null. Dette fjerner lett en av de største svakheter ved de "klassiske" kontrollstrukturene: portabiliteten fra asynkron til synkron driv.

Utdataene fra PI-regulatorer er Vsdref og Vsqref. De brukes i invers Park-transformasjonsblokk. Utdataene fra denne projeksjonen, Vsαref og Vsβref, sendes til romvektor-pulsbredde-modulasjons (SVPWM) algoritmblokk. Utdataene fra denne blokken gir signaler som driver inverteren. Her trenger både Park- og invers Park-transformasjoner rotors fluxposisjon. Dermed er rotors fluxposisjon essensiell for FOC.

Vurderingen av rotors fluxposisjon er forskjellig hvis vi betrakter synkron eller induksjonsmotor.I tilfelle synkron motor(er) er rotors hastighet lik rotors fluxhastighet. Da er rotors fluxposisjon direkte bestemt av posisjonsensor eller ved integrasjon av rotors hastighet.

I tilfelle asynkron motor(er) er rotors hastighet ikke lik rotors fluxhastighet på grunn av glid; derfor brukes en spesiell metode for å evaluere rotors fluxposisjon (θ). Denne metoden bruker strømmodell, som trenger to ligninger av induksjonsmotormodellen i d, q roterende referanse ramme.

Forenklet indirekte FOC-blokkskjema

Klassifisering av feltretningstiltak

FOC for induksjonsmotor-drev kan grovt klassifiseres i to typer: Indirekte FOC og Direkte FOC-skjemaer. I DFOC-strategi er rotors fluxvektor enten målt ved hjelp av en fluxsensor montert i luftspillet eller ved å bruke spenningligninger ut fra elektriske maskinparametre.

 Men i tilfelle IFOC estimeres rotors fluxvektor ved hjelp av feltretningstiltaksligninger (strømmodell) som krever en rotors hastighetsmåling. Blant begge skjemaer er IFOC mer vanlig brukt fordi i lukket sløyfe kan den enkelt operere gjennom hele hastighetsområdet fra null hastighet til høy hastighet felt-svakning.

Fordeler med feltretningstiltak

• Forbedret dreieeffektsvar.

• Dreieeffektkontroll ved lav frekvens og lav hastighet.

• Dynamisk hastighetsnøyaktighet.

• Reduksjon i størrelse på motor, kostnad og energiforbruk.

• Fire kvadrant drift.

• Korttidsoverlastevne.