Поле-ориентирано управление
Алтернативните мотори предлагат завидни операционни характеристики като издръжливост, надеждност и лесна контролируемост. Те се използват широко в различни приложения, от индустриални системи за управление на движението до домашни апарати. Въпреки това, използването на алтернативен мотор при най-висока ефективност е трудна задача поради сложната математическа модель и нелинейната характеристика при наситяване. Тези фактори затрудняват контрола на алтернативния мотор и изискват използването на високопроизводителни алгоритми за управление, като например векторното управление.
Въведение в управлението с ориентиране на полето
Скалярното управление, като стратегията "V/Hz", има ограничения по отношение на производителността. Скалярната методика за управление на алтернативните мотори генерира осцилации на произвежданата момента. За да се постигне по-добра динамична производителност, е необходим по-добър алгоритъм за управление на алтернативния мотор. С математическите обработващи способности, предлагани от микроконтролерите, цифровите сигнален процесори и FGPA, могат да бъдат приложени напредътши стратегии за управление, за да се декуплират функциите за генериране на момент и намагничаване в алтернативния мотор. Този декуплиран момент и магнитен поток често се нарича ротор Управление с ориентиране на полето (FOC).
Управление с ориентиране на полето описва начин, по който контролът на момента и скоростта се основава директно на електромагнитното състояние на мотора, подобно на DC мотор. FOC е първата технология, която контролира "реалните" променливи за контрол на мотора - момент и магнитен поток. С декуплирането между компонентите на статорната ток (намагничаване и момент), компонентът, произвеждащ момент, на статорния поток може да се контролира независимо. При декуплиран контрол, при ниски скорости, намагничаващото състояние на мотора може да се поддържа на подходящо ниво, а моментът може да се контролира, за да регулира скоростта.
"FOC е разработена единствено за високопроизводителни моторни приложения, които могат да работят гладко в широк диапазон на скорости, могат да произвеждат максимален момент при нулева скорост и са способни на бързо ускоряване и забавяне."
Принцип на действие на управлението с ориентиране на полето
Управление с ориентиране на полето се състои в контролирането на статорните токове, представени от вектор. Този контрол се основава на проекции, които преобразуват тритефазна система, зависеща от времето и скоростта, в двукоординатна (d и q рамка) система, не зависеща от времето. Тези преобразования и проекции водят до структура, подобна на тази на DC машина. Машините с FOC изискват две константи като входни референтни точки: компонентът на момента (подравнен с q координата) и компонентът на магнитния поток (подравнен с d координата).
Тритефазните напрежения, токове и магнитни потоци на AC-моторите могат да бъдат анализирани в термини на комплексни пространствени вектори. Ако вземем ia, ib, ic като моментни токове в фазите на статора, то статорният ток вектор се дефинира както следва:
Където, (a, b, c) са осите на тритефазна система.
Този ток пространствен вектор представлява тритефазна синусоидална система. Той трябва да бъде преобразуван в двукоординатна система, не зависеща от времето. Това преобразуване може да бъде разделено на два етапа:
(a, b, c) → (α, β) (преобразуването на Кларк), което дава изходи на двукоординатна система, зависеща от времето.
(a, β) → (d, q) (преобразуването на Парк), което дава изходи на двукоординатна система, не зависеща от времето.
Преобразуването (a, b, c) → (α, β) (преобразуването на Кларк)
Тритефазните величини, или напрежения, или токове, вариращи във времето по осите a, b и c, могат да бъдат математически преобразувани в двуфазни напрежения или токове, вариращи във времето по осите α и β, чрез следната матрица на преобразуване:
Приемайки, че ос a и ос α са в същата посока, а β е перпендикулярна към тях, имаме следния векторен диаграм:
Посочената горе проекция модифицира тритефазна система в (α, β) двумерна ортогонална система, както е посочено по-долу:
Но тези две фази (α, β) токове все още зависят от времето и скоростта.
Преобразуването (α, β) → (d.q) (преобразуването на Парк)
Това е най-важното преобразуване в FOC. Всъщност, тази проекция модифицира двуфазната фиксирана ортогонална система (α, β) в d, q вращаща се референтна система. Матрицата на преобразуване е дадена по-долу:
Където, θ е ъгълът между вращащата се и фиксираната координатна система.
Ако приемете, че d ос е подравнена с роторния поток, Фигура 2 показва връзката между двете референтни рамки за ток вектора:
Където, θ е позицията на роторния поток. Компонентите на момента и магнитния поток на ток вектора се определят от следните уравнения:
Тези компоненти зависят от компонентите (α, β) на токовия вектор и от позицията на роторния поток. Ако знаете точната позиция на роторния поток, то, чрез горното уравнение, компонентите d, q могат лесно да бъдат изчислени. В този момент, момента може да бъде контролиран директно, защото компонентът на магнитния поток (isd) и компонентът на момента (isq) вече са независими.
Основен модул за управление с ориентиране на полето
Измерват се фазните токове на статора. Тези измерени токове се подават в блока за преобразуване на Кларк. Изходите на тази проекция се наричат isα и isβ. Тези две компоненти на тока влизат в блока за преобразуване на Парк, който предоставя ток в d, q референтна рамка. Компонентите isd и isq се сравняват с референтните: isdref (референтата за магнитния поток) и isqref (референтата за момента). В този момент, структурата за управление има предимство: може да се използва за управление на синхронни или индукционни машини, просто като се промени референтата за магнитния поток и се проследи позицията на роторния поток. В случая на PMSM, роторният поток е фиксиран, определен от магнитите, така че няма нужда да се създава. Следователно, при управление на PMSM, isdref трябва да е равно на нула. Тъй като индукционните мотори изискват създаване на роторен поток, за да работят, референтата за магнитния поток не трябва да е равна на нула. Това лесно елимин
