Veld-georiënteerde beheer

AC induksiemotors bied bewonderenswaardige operasiekenmerke soos robuustheid, betroubaarheid en maklike beheer. Hulle word wye verspreid in verskeie toepassings gebruik, vanaf industriële bewegingsbeheersisteme tot huishoudelike toestelle. Die gebruik van induksiemotors by hul hoogste effektiwiteit is egter 'n uitdagende taak as gevolg van hul komplekse wiskundige model en nie-linêre kenmerk tydens versteuring. Hierdie faktore maak die beheer van induksiemotors moeilik en roep vir die gebruik van hoëprestasiebeheeralgoritmes soos vektorgebaseerde beheer.

Inleiding tot Veldgerigte Beheer

Skalêre beheer soos die "V/Hz"-strategie het sy beperkings ten opsigte van prestasie. Die skalêre beheermetode vir induksiemotors veroorsaak skommeling in die geproduseerde koppel. Om beter dinamiese prestasie te bereik, is 'n meer voortreflike beheerskema nodig vir Induksemotors. Met die wiskundige verwerkingsvermoë wat deur mikrobestuurders, digitale seinprosesseurs en FGPA gebied word, kan gevorderde beheerstrategieë geïmplementeer word om die koppelgenerering en die magnetiseringfunksies in 'n AC-induksemotor te ontkoppel. Hierdie ontkoppelde koppel en magneetvloed word algemeen rotor Veldgerigte Beheer (VGB) genoem.

Veldgerigte Beheer beskryf die manier waarop die beheer van koppel en spoed direk op die elektromagnetiese toestand van die motor gebaseer is, soos 'n DC-motor. VGB is die eerste tegnologie om die "ware" motorbeheervariabele van koppel en vloed te beheer. Met ontkoppeling tussen die stator stroom komponente (magneetvloed en koppel), kan die koppelproduksiekomponent van die statorvloed onafhanklik beheer word. Ontkoppelde beheer, by lae spoede, kan die magneetvloedtoestand van die motor by die gepaste vlak gehou word, en kan die koppel gereguleer word om die spoed te beheer.
"VGB is uitsluitlik ontwikkel vir hoëprestasiemotor-toepassings wat glad oor 'n wyd spoedverspreiing kan bedryf, volle koppel by nulspoed kan produseer, en in staat is om vinnige versnelling en afremming te bewerkstellig."

Werkprinsipe van Veldgerigte Beheer

Die veldgerigte beheer bestaan uit die beheer van die statorstrome wat deur 'n vektor verteenwoordig word. Hierdie beheer is gebaseer op projeksies wat 'n drie-fase tyd- en spoedafhanklike stelsel in 'n twee-as (d en q raam) tyd-onafhanklike stelsel transformeer. Hierdie transformasies en projeksies lei tot 'n struktuur soortgelyk aan dié van 'n DC-masjienbeheer. VGB-masjiene benodig twee konstantes as insetverwysings: die koppelkomponent (geallineer met die q-as) en die vloedkomponent (geallineer met d-as).
Die drie-fase spanninge, strome en vloede van AC-motors kan in terme van komplekse ruimtevektore geanaliseer word. As ons ia, ib, ic as instantane strome in die statorfases neem, dan word die stator stroom vektor soos volg gedefinieer:

Waar, (a, b, c) die asse van die drie-fasesisteem is.

Hierdie stroom ruimtevektor verteenwoordig die drie-fase sinusvormige sisteem. Dit moet getransformeer word na 'n twee-as tyd-onafhanklike koördinaatsisteem. Hierdie transformasie kan verdeel word in twee stappe:
(a, b, c) → (α, β) (die Clarke-transformasie), wat twee-as tyd-variant sisteem-uitsette gee.
(α, β) → (d, q) (die Park-transformasie), wat twee-as tyd-onafhanklike sisteem-uitsette gee.
Die (a, b, c) → (α, β) Projeksie (Clarke-transformasie)
Drie-fase hoeveelhede, of dit nou spannings of strome is, wat in tyd langs die asse a, b, en c varieer, kan wiskundig getransformeer word na twee-fase spannings of strome, wat in tyd langs die asse α en β varieer deur die volgende transformasie-matriks:

Gedagte dat die as a en die as α in dieselfde rigting is en β ortogonaal daaraan, het ons die volgende vektordiagram:

Die bo projeksie wys die drie-fasesisteem in die (α, β) twee-dimensionele ortogonale sisteem soos hier onder gestel:

Maar hierdie twee fase (α, β) strome hang steeds af van tyd en spoed.
Die (α, β) → (d.q) projeksie (Park-transformasie)
Dit is die belangrikste transformasie in VGB. In werklikheid, verander hierdie projeksie die twee fase vasgevestigde ortogonale sisteem (α, β) in 'n d, q rotasie-gebaseerde verwysingsisteem. Die transformasie-matriks word hieronder gegee:

Waar, θ die hoek is tussen die rotasie- en vasgevestigde koördinaatsisteme. As jy die d-as met die rotorvloed geallineer behandel, wys Figuur 2 die verhouding van die twee verwysingsrampe vir die stroom vektor:

Waar, θ die rotorvloedposisie is. Die koppel- en vloedkomponente van die stroom vektor word bepaal deur die volgende vergelykings:

Hierdie komponente hang af van die stroomvektor (α, β) komponente en die rotorvloedposisie. As jy die akkurate rotorvloedposisie weet, kan, deur die bostaande vergelyking, die d, q komponente maklik bereken word. Op hierdie oomblik kan die koppel direk beheer word omdat die vloedkomponent (isd) en die koppelkomponent (isq) nou onafhanklik is.

Basismodule vir Veldgerigte Beheer

Statorfase-strome word gemeet. Hierdie gemete strome word ingevoer in die Clarke-transformasieblok. Die uitsette van hierdie projeksie word isα en isβ genoem. Hierdie twee komponente van die stroom gaan in die Park-transformasieblok wat die stroom in die d, q verwysingsraam verskaf. Die isd en isq komponente word vergelyk met die verwysings: isdref (die vloedverwysing) en isqref (die koppelverwysing). Op hierdie oomblik het die beheerstruktuur 'n voordeel: dit kan gebruik word om óf sinchronus óf induksiemasjiene te beheer deur net die vloedverwysing en die rotorvloedposisie te verander. In die geval van PMSM is die rotorvloed vasgestel deur die magneet sodat daar geen noodsaak is om een te skep nie. Daarom, terwyl 'n PMSM beheer word, moet isdref gelyk aan nul wees. Aangesien induksiemotors 'n rotorvloedskepping benodig om te bedryf, moet die vloedverwysing nie gelyk aan nul wees nie. Dit elimineer maklik een van die groot tekortkominge van die "klasieke" beheerstrukture: die oordrag van asynchrone na sinchronuse drywe. Die uitsette van die PI-bestuurders is Vsdref en Vsqref. Hulle word toegepas op die inverse Park-transformasieblok. Die uitsette van hierdie projeksie is Vsαref en Vsβref wat gevoed word aan die ruimtevektor pulswydtemodulasie (SVPWM) algoritmeblok. Die uitsette van hierdie blok verskaf signale wat die omvormer bestuur. Hier moet beide Park- en inverse Park-transformasies die rotorvlo