Alan Yönelimli Kontrol Nedir?

Alan Yön Denetimi Nedir?

Alan Yön Denetiminin Tanımı

Alan yon denetimi, torku ve manyetik akıyı bağımsız olarak kontrol ederek AC endüksiyon motorlarını yöneten ileri bir tekniktir, bu da DC motorlarına benzerdir.

Alan Yön Denetiminin Çalışma Prensibi

Alan yon denetimi, bir vektörle temsil edilen stator akımlarını kontrol etmeyi içerir. Bu kontrol, üç fazlı zaman ve hız bağlı bir sistemini iki koordinat (d ve q çerçevesi) zaman bağımsız bir sisteme dönüştüren projeksiyonlara dayanır.

 Bu dönüşümler ve projeksiyonlar, DC makine kontrolünün yapısına benzer bir yapıya yol açar. FOC makineleri, tork bileşeni (q koordinatıyla hizalı) ve akı bileşeni (d koordinatıyla hizalı) olmak üzere iki sabit girdiye ihtiyaç duyar.

AC motorlarının üç fazlı gerilimleri, akımları ve akıları, karmaşık uzay vektörleri açısından analiz edilebilir. Eğer ia, ib, ic anlık stator faz akımları ise, stator akım vektörü şu şekilde tanımlanır:

Burada, (a, b, c) üç fazlı sistemin eksenleridir. Bu akım uzay vektörü, üç fazlı sinusoidal sistemi temsil eder. Bu, iki zaman bağımsız koordinat sistemine dönüştürülmeli. Bu dönüşüm iki adıma ayrılabilir:

(a, b, c) → (α, β) (Clarke dönüşümü), bu iki koordinatlı zaman değişken sistem çıktısı verir.

(a, β) → (d, q) (Park dönüşümü), bu iki koordinatlı zaman bağımsız sistem çıktısı verir.

(a, b, c) → (α, β) Projeksiyonu (Clarke Dönüşümü)Üç fazlı gerilimler veya akımlar, a, b ve c eksenleri boyunca zaman içinde değişebilir, ancak matematiksel olarak aşağıdaki dönüşüm matrisi ile α ve β eksenleri boyunca zaman içinde değişen iki fazlı gerilimlere veya akımlara dönüştürülebilir:

Eksen a ve eksen α aynı yönde olduğunu ve β onlara dik olduğunu varsayarsak, aşağıdaki vektör diyagramını elde ederiz:

Yukarıdaki projeksiyon, üç fazlı sistemini (α, β) iki boyutlu dik koordinat sistemine dönüştürür:

Ancak bu iki faz (α, β) akımları hala zamana ve hızına bağlıdır. (α, β) → (d.q) projeksiyonu (Park dönüşümü) Bu, FOC'de en önemli dönüşümdür. Aslında, bu projeksiyon iki fazlı sabit dik koordinat sistemini (α, β) d, q dönen referans sistemine dönüştürür. Dönüşüm matrisi aşağıdadır:

Burada, θ dönen ve sabit koordinat sistemi arasındaki açıdır.

D eksenini rotor akısıyla hizalı düşünürseniz, Şekil 2, iki referans çerçevesi için akım vektörü arasındaki ilişkiyi gösterir:

Burada, θ rotor akı pozisyonudur. Akım vektörünün tork ve akı bileşenleri aşağıdaki denklemlerle belirlenir:

Bu bileşenler, akım vektörünün (α, β) bileşenlerine ve rotor akı pozisyonuna bağlıdır. Doğru rotor akı pozisyonunu biliyorsanız, yukarıdaki denklemle d, q bileşeni kolayca hesaplanabilir. Bu anda, tork doğrudan kontrol edilebilir çünkü akı bileşeni (isd) ve tork bileşeni (isq) artık bağımsızdır.

Alan Yön Denetimi için Temel Modül

Stator faz akımları ölçülür. Bu ölçülen akımlar Clarke dönüşüm bloğuna beslenir. Bu projeksiyonun çıktıları isα ve isβ olarak adlandırılır. Bu akımın iki bileşeni Park dönüşüm bloğuna girer ve d, q referans çerçevesinde akımı sağlar. 

Isd ve isq bileşenleri, isdref (akı referansı) ve isqref (tork referansı) ile karşılaştırılır. Bu anda, kontrol yapısı bir avantaja sahiptir: sadece akı referansını değiştirerek ve rotor akı pozisyonunu takip ederek senkron veya endüksiyon makinelerini kontrol etmek için kullanılabilir. PMSM'de rotor akısı manyetler tarafından sabit belirlendiği için bir tane oluşturmanın gerekli olmadığı durumlarda, isdref sıfıra eşit olmalıdır. Endüksiyon motorları çalışmak için bir rotor akı oluşturmaya ihtiyaç duyar, bu nedenle akı referansı sıfıra eşit olmamalıdır. Bu, "klasik" kontrol yapılarının ana eksikliklerinden birini kolayca ortadan kaldırır: asenkron sürüşlerden senkron sürücülere taşınabilirliği. 

PI kontrolörlerin çıktıları Vsdref ve Vsqref'tir. Bunlar ters Park dönüşüm bloğuna uygulanır. Bu projeksiyonun çıktıları Vsαref ve Vsβref, uzay vektör genişlik modülasyonu (SVPWM) algoritma bloğuna beslenir. Bu bloğun çıktıları, inverter'i çalıştıran sinyalleri sağlar. Burada hem Park hem de ters Park dönüşümleri rotor akı pozisyonuna ihtiyaç duyar. Bu nedenle, rotor akı pozisyonu FOC'nin özüdür.

Rotor akı pozisyonunun değerlendirilmesi, senkron veya endüksiyon motorunu göz önünde bulundurduğumuzda farklıdır. Senkron motor(lar) durumunda, rotor hızı rot