Kontroll ta’ Orientament tal-Field

Il-moturi induzzjonali tal-AC joffru karatteristiċi operattivi envidjabbli kif mżjud, affidabilità u facilità ta’ kontrol. Huma jiġu użati estensivament f’diversi applikazzjonijiet, minn sistemi ta’ kontrol tal-moħħ għal appljanċi domestiki. Imma l-użu tal-moturi induzzjonali fl-effiċjenza tagħhom tajba huwa sfida għall-għaxxi li huma model matematiku komplikat u karatteristika non-linear waqt is-saturazzjoni. Dawn ifatturijiet jgħadilu l-kontroll tal-motur induzzjonali u jexħalju l-użu ta’ algoritmi ta’ kontrol ta’ performanż elevat kif il-kontroll vettorjal.

Introduzzjoni tal-Kontroll Orientat tal-Field

Il-kontroll skalar kif l-“V/Hz” stratēġija għandha limiti fil-performanż. Il-metodu skalar ta’ kontroll għal moturi induzzjonali jagħmel oscillazzjonijiet fuq it-torque prodott. Għalhekk biex nassiguraw performanż dinamiku aħjar, huwa neċessarju skema ta’ kontroll superjur għal Motur Induzzjonali. Bil-kapaċità ta’ elaborazzjoni matematika offruti mill-mikrokontroller, prōċessori ta’ segnal digitali u FGPA, stratēġiji ta’ kontroll avvanzati jistgħu jiġu implementati biex jdissolvu l-funzioni ta’ generazzjoni ta’ torque u magnetizzazzjoni fi motur induzzjonali tal-AC. Dan it-torque mhdud u flus tal-magnetizzazzjoni huwa sovent imsemmiegħ bħala Kontroll Orientat tal-Flus (FOC).

Il-Kontroll Orientat tal-Field jiddeskrivi l-mod kif il-kontroll tal-torque u tas-silġ huwa direttament bassat fuq l-istat elettromagnetiku tal-motur, simili għal motur DC. Il-FOC huwa l-ewwel teknoloġija biex ikkontrolla l-“reali” varjabbli ta’ kontrol tal-motur ta’ torque u flus. Bil-mhdud bejn il-komponenti tal-kożrent stator (magnetizzazzjoni u torque), il-komponenti ta’ produzzjoni tal-torque tal-flus stator jistgħu jiġu ikkontrollati indipendentiment. Il-kontroll mhdud, fis-silġ anke bażi, l-statu ta’ magnetizzazzjoni tal-motur jistgħu jiġu manteni f’livell opportunu, u it-torque jistgħu jiġu ikkontrollati biex irregola s-silġ.
“Il-FOC ġie sviluppata uniżament għal applikazzjonijiet ta’ motur ta’ performanż elevat li jistgħu jioperaw sewwa fuq amplitud ta’ silġ, jistgħu jiġeneraw torque totali f’silġ sero, u huma kapabili ta’ accelerazzjoni u decelerazzjoni veloċi.”

Prinċipju ta’ Funzionament tal-Kontroll Orientat tal-Field

Il-kontroll orientat tal-field ikkonsisti f’ikkontroll tal-kożrenti stator rappreżentati permezz ta’ vettur. Din il-kontroll hi mbasata fuq projizzjonijiet li jittrasformaw sustema ta’ tri fazi dipendenti mill-ħin u s-silġ f’sistema ta’ du koordinati (d u q frame) invarjanti mill-ħin. Dawn it-trasformazzjonijiet u projizzjonijiet jilġu lil struttura similari għal kontrol ta’ mašina DC. Il-mašini FOC bagħtu żviluppaw biżżejjed konstanti bħala referenzi: il-komponent ta’ torque (allinejat mal-koordinata q) u l-komponent tal-flus (allinejat mal-koordinata d).
Il-voltaggi, kożrenti u flus ta’ tri fazi tal-moturi AC jistgħu jiġu analizzati f’tiempi ta’ vetturi ta’ spazju kompleks. Jekk nagħmlu ia, ib, ic bħala kożrenti instanta fil-fazi stator, allura l-kożrent stator vettur huwa definut bħalji:

Fejn, (a, b, c) huma l-assijiet ta’ sistema ta’ tri fazi.

Dan il-kożrent vettur tas-spazju jirrappreżenta s-sistema sinusoidal ta’ tri fazi. Huwa jgħadilu jittrasforma f’sistema ta’ du koordinati invarjanti mill-ħin. Din it-trasformazzjoni tista’ tiġi divisa f’due passi:
(a, b, c) → (α, β) (it-trasformazzjoni Clarke), li jidħelu l-output ta’ sistema ta’ du koordinati variant mill-ħin.
(a, β) → (d, q) (it-trasformazzjoni Park), li jidħelu l-output ta’ sistema ta’ du koordinati invarjanti mill-ħin.
It-Trasformazzjoni (Clarke) (a, b, c) → (α, β)
Iktantajiet ta’ tri fazi jew voltaggi jew kożrenti, li jivarija f’tiempi lung l-assijiet a, b, u c jistgħu jiġu trasformati matematikament f’iktantajiet ta’ du fazi, voltaggi jew kożrenti, li jivarija f’tiempi lung l-assijiet α u β permezz tat-trasformazzjoni matrix li ġejja:

Assumend li l-assi a u l-assi α huma f’stess direzzjoni u β hu ortogonali għalihom, għandna d-diagramma tal-vettur segwenti:

Id-dart li ġejja timmodifika s-sistema ta’ tri fazi f’sistema (α, β) ta’ du dimensjon ortogonali kif jsiru mhuxmagħa hawn taħt:

Imma dawn il-kożrenti ta’ du fazi (α, β) għadu jidependu mill-ħin u s-silġ.
It-Trasformazzjoni (Park) (α, β) → (d.q)
Din hija l-importanza ta’ trasformazzjoni f’il-FOC. Infatti, din it-trasformazzjoni timmodifika s-sistema ta’ du fazi fix ortogonal (α, β) f’sistema rotanti (d, q). It-trasformazzjoni matrix hija l-iktar importanti u jgħiduha hawn taħt:

Fejn, θ huwa l-anglu bejn is-sistema rotanti u is-sistema fiks.
Jekk tikkunsidra l-assi d allinejat mal-flus tal-rotor, Figura 2 turi r-relazzjoni mill-frem tal-riferenza għal il-kożrent vettur:

Fejn, θ huwa posizzjoni tal-flus tal-rotor. Il-komponenti tal-torque u flus tal-kożrent vettur huma determinati bl-equazzjonijiet segwenti:

Dawn il-komponenti idependu mill-komponenti tal-vettur (α, β) u posizzjoni tal-flus tal-rotor. Jekk taf l-posizzjoni esatta tal-flus tal-rotor, allura, bl-equazzjonijiet diġa’, il-komponenti d, q jistgħu jiġu kalkulati bil-facilità. Fi dan il-mument, it-torque jistgħu jiġi ikkontrollat direttament xiben il-komponent tal-flus (isd) u it-torque (isq) huma indipendenti issa.

Modul Bażiku għal Kontroll Orientat tal-Field

Il-kożrenti stator faza huma misurati. Dawn il-kożrenti misurati jintwieldu fit-block ta’ trasformazzjoni Clarke. L-output ta’ din it-trasformazzjoni huma intitolati isα u isβ. Dawn il-komponenti ta’ żewġ tal-kożrent jintwieldu fit-block ta’ trasformazzjoni Park li jfornixxi l-kożrent fid-d, q riferiment. Il-isd u isq komponenti jintwieldu mal-referenzi: isdref (il-referenza tal-flus) u isqref (il-referenza tal-torque). Fi dan il-mument, l-struttura ta’ kontrol għandha avantaż: tista’ tuża biex tkontrolla sowjetta mašini sinkroni jew induzzjonali b’semplicement tinbidel il-referenza tal-flus u tittibba posizzjoni tal-flus tal-rotor. Fil-każ ta’ PMSM il-flus tal-rotor huwa fiss determinat mill-magneti, mhux hemm bisognu li jkun meħtieġ biex tikrea wahda. Għalhekk, meta tkontrolla PMSM, isdref għandu jkun uguwal sero. Bħalissa, il-moturi induzzjonali bagħtu flus tal-rotor biex jioperaw, il-referenza tal-flus ma trid ma tkun uguwal sero. Dan elimina facilment wieħed mill-problemi kbiri tas-structuri ta’ kontrol “klasika”: il-portabilità minn drives asinkroni għal syncroni. L-output tal-kontrollers PI huma Vsdref u V