Mezőirányítás

Az AC indukciós motorok kiváló működési jellemzőket nyújtanak, mint például erősség, megbízhatóság és könnyű irányíthatóság. Széles körben használják őket ipari mozgási ellenőrző rendszerektől otthoni berendezésekig. Azonban az indukciós motorok hatékony használata komplex matematikai modelljük és nemlineáris jellemzőik miatt kihívást jelent. Ezek a tényezők nehézzé teszik az indukciós motorok ellenőrzését, és magas teljesítményű ellenőrző algoritmusok, mint például a vektorirányítás, alkalmazását szükségessé teszik.

Mezőorientált irányítás bevezetése

A skalár ellenőrzés, mint például a "V/Hz" stratégia, korlátozott a teljesítménye tekintetében. Az indukciós motorok skalár ellenőrzési módszere rezgéseket generál a termelendő nyomatékon. Ezért a jobb dinamikai teljesítmény érdekében szükség van egy fejlettebb ellenőrző sémára az Induction Motor számára. A mikrovezérlők, digitális jel feldolgozók és FGPA által nyújtott matematikai feldolgozási képességek révén végrehajthatók olyan fejlett ellenőrzési stratégiák, amelyek decouplolják a nyomatéktermelést és a magnetizálási funkciókat egy AC indukciós motorban. Ez a decoupled torque és magnetization flux gyakran ismert, mint rotor Flux Oriented Control (FOC).

Mezőorientált ellenőrzés úgy írja le, hogy a nyomaték és a sebesség ellenőrzése közvetlenül a motor elektromos állapotán alapul, hasonlóan ahhoz, ahogyan egy DC motor esetén. Az FOC az első technológia, amely ellenőrzi a "valódi" motor ellenőrzési változóit, mint a nyomaték és a flux. A stator áram összetevőinek (magnetizáló flux és nyomaték) decoupling-je révén a stator flux nyomaték-termelő összetevője függetlenül ellenőrizhető. Decoupled ellenőrzés, alacsony sebességen, a motor magnetizálási állapota megfelelő szinten tartós, és a nyomaték ellenőrizhető a sebesség szabályozásához.
"Az FOC kifejezetten magas teljesítményű motoralkalmazásokhoz fejlesztett, amelyek simán működnek széles sebesség tartományon, teljes nyomatékot tudnak előállítani nullás sebességnél, és képesek gyors gyorsulásra és lassulásra."

Mezőorientált ellenőrzés működési elve

A mezőorientált ellenőrzés a stator áramokat egy vektornak tekintve ellenőrzi. Ez az ellenőrzés olyan projekciókon alapul, amelyek egy háromfázisú, idő- és sebességfüggő rendszert egy két koordinátás (d és q keret), időfüggetlen rendszerbe transzformálnak. Ezek a transzformációk és projekciók DC gép ellenőrzéséhez hasonló szerkezetet eredményeznek. Az FOC gépeknek két állandó szükséges bemeneti referencia: a nyomaték összetevő (a q koordináta alapján) és a flux összetevő (a d koordináta alapján).
A háromfázisú feszültségek, áramok és fluxusok az AC-motoroknál komplex térvektorok segítségével elemzhetők. Ha ia, ib, ic a stator fázisainak pillanatnyi áramai, akkor a stator áram vektora a következőképpen definiálható:

Ahol, (a, b, c) a háromfázisú rendszer tengelyei.

Ez a áram térvektor reprezentálja a háromfázisú szinuszos rendszert. Ezt egy két időfüggetlen koordinátás rendszerbe kell transzformálni. Ez a transzformáció két lépésre osztható:
(a, b, c) → (α, β) (a Clarke-transzformáció), ami két koordinátás, időfüggő rendszert ad.
(a, β) → (d, q) (a Park-transzformáció), ami két koordinátás, időfüggetlen rendszert ad.
A (a, b, c) → (α, β) Projekció (Clarke-transzformáció)
A háromfázisú mennyiségek, akár feszültségek, akár áramok, amelyek az a, b, és c tengelyek mentén időben változnak, matematikailag átalakíthatók két fázisú feszültségekre vagy áramokra, amelyek az α és β tengelyek mentén időben változnak a következő transzformációs mátrix segítségével:

Feltételezve, hogy az a és az α tengely ugyanazon irányban helyezkedik el, és a β ortogonális hozzájuk, a következő vektordiagramot kapjuk:

A fenti projekció a háromfázisú rendszert (α, β) két dimenziós ortogonális rendszerbe alakítja, ahogy az alább látható:

De ezek a két fázisú (α, β) áramok még mindig függnek az időtől és a sebességtől.
Az (α, β) → (d.q) projekció (Park-transzformáció)
Ez a legfontosabb transzformáció az FOC-ban. Valójában ez a projekció a két fázisú, rögzített, ortogonális (α, β) rendszert d, q forgó referenciarendszerbe alakítja. A transzformációs mátrix a következő:

Ahol, θ a forgó és a rögzített koordinátarendszerek közötti szög.
Ha a d tengelyt a rotor fluxussal egyeztetjük, az Ábra 2 mutatja a két referenciarendszer közötti kapcsolatot a áram vektor esetén:

Ahol, θ a rotor flux pozíciója. A áram vektor nyomaték és fluxus összetevői a következő egyenletekkel határozhatók meg:

Ezek az összetevők függnek a (α, β) áram vektor összetevőitől és a rotor flux pozíciójától. Ha pontosan ismerjük a rotor flux pozícióját, akkor a fenti egyenlet alapján könnyen kiszámíthatók a d, q összetevők. Ebben a pillanatban közvetlenül ellenőrizhető a nyomaték, mivel a fluxus összetevő (isd) és a nyomaték összetevő (isq) most már függetlenek.

Mezőorientált ellenőrzés alapmodulja

A stator fázisáramok mérőlegesek. Ezeket a mérési adatokat a Clarke-transzformáció blokkba adják. Ennek a projekciónak a kimenetei isα és isβ. Ezek az áram összetevők a Park-transzformáció blokkba kerülnek, amely a d, q referenciarendszerben adja a áram-ot. Az isd és isq összetevők összevetésre kerülnek a referenciákkal: isdref (a fluxus referencia) és isqref (a nyomaték referencia). Ebben a pillanatban a vezérlési struktúrának előnye van: egyszerűen megváltoztatható a fluxus referencia és a rotor flux pozíció követése által használható, hogy szinkron vagy indukciós gépeket ellenőrizzen. A PMSM esetében a rotor flux rögzített, a mágnesek által meghatározott, ezért nincs szükség rá, hogy létrehozzunk egyet. Tehát, amikor PMSM-et ellenőrzünk, az isdref nulla kell, hogy legyen. Mivel az indukciós motorok működéséhez rotor flux létrehozása szükséges, a