Pamamahala ng Field

Ang mga induction motors na AC ay nagbibigay ng kagiliw-giliwang mga katangian sa operasyon tulad ng matibay, mapagkakatiwalaan, at madali na kontrolin. Ang mga ito ay malawakang ginagamit sa iba't ibang aplikasyon mula sa mga industriyal na sistema ng pagkontrol ng paggalaw hanggang sa mga aparato sa bahay. Gayunpaman, ang paggamit ng induction motor sa pinakamataas na epektividad ay isang mahirap na gawain dahil sa kanilang komplikadong mathematical model at hindi linear na katangian sa panahon ng saturation. Ang mga katangian na ito ay nagpapahirap sa pagkontrol ng induction motor at nangangailangan ng paggamit ng mataas na performance na mga algorithm ng pagkontrol tulad ng vector control.

Pagpapakilala sa Field Oriented Control

Ang scalar control tulad ng "V/Hz" strategy ay may limitasyon sa kanyang performance. Ang paraan ng scalar control para sa induction motors ay nagdudulot ng mga oscillation sa inihahandog na torque. Kaya upang makamit ang mas mahusay na dynamic performance, kailangan ng mas superior na control scheme para sa Induction Motor. Sa pamamagitan ng mathematical processing capabilities na inaalok ng micro-controllers, digital signal processors, at FGPA, maaaring ipatupad ang advanced control strategies upang decouple ang torque generation at magnetization functions sa AC induction motor. Ang decoupled torque at magnetization flux ay karaniwang tinatawag na rotor Flux Oriented Control (FOC).

Field Oriented Control ay naglalarawan kung paano ang kontrol ng torque at bilis ay direktang batay sa electromagnetic state ng motor, katulad ng isang DC motor. Ang FOC ang unang teknolohiya na kontrolin ang tunay na variables ng motor control tulad ng torque at flux. Sa pamamagitan ng decoupling sa pagitan ng stator current components (magnetizing flux at torque), ang torque producing component ng stator flux ay maaring kontrolin nang independiyente. Sa decoupled control, sa mababang bilis, ang magnetization state ng motor ay maaaring panatilihin sa angkop na antas, at ang torque ay maaaring kontrolin upang regulahin ang bilis.
"Ang FOC ay eksklusibong pinaunlad para sa high-performance motor applications na maaaring mag-operate smoothly sa malawak na range ng bilis, maaaring lumikha ng full torque sa zero speed, at kayang gumawa ng mabilis na pag-accelerate at decelerate."

Prinsipyong Paggamit ng Field Oriented Control

Ang field oriented control ay binubuo ng kontrol sa stator currents na kinakatawan ng isang vector. Ang kontrol na ito ay batay sa mga projection na nag-transform ang tatlong phase time at speed dependent system sa dalawang coordinate (d at q frame) time invariant system. Ang mga transformation at projections na ito ay nagbibigay ng istruktura na katulad ng kontrol ng DC machine. Ang mga FOC machines nangangailangan ng dalawang constants bilang input references: ang torque component (aligned sa q coordinate) at ang flux component (aligned sa d coordinate).
Ang tatlong-phase voltages, currents, at fluxes ng AC-motors ay maaaring i-analyze sa termino ng complex space vectors. Kung ikaw ay kumuha ng ia, ib, ic bilang instantaneous currents sa stator phases, ang stator current vector ay inilalarawan bilang sumusunod:

Kung saan, (a, b, c) ang mga axes ng three phase system.

Ang current space vector ay kinakatawan ang tatlong phase sinusoidal system. Kailangan itong transformin sa dalawang time invariant coordinate system. Ang transformation na ito ay maaaring hatiin sa dalawang steps:
(a, b, c) → (α, β) (ang Clarke transformation), na nagbibigay ng output ng dalawang coordinate time variant system.
(α, β) → (d, q) (ang Park transformation), na nagbibigay ng output ng dalawang coordinate time invariant system.
Ang (a, b, c) → (α, β) Projection (Clarke transformation)
Ang tatlong-phase quantities, kahit voltages o currents, na nagbabago sa oras sa mga axes a, b, at c ay maaaring mathematically transformin sa dalawang-phase voltages o currents, na nagbabago sa oras sa mga axes α at β sa pamamagitan ng sumusunod na transformation matrix:

Sa asumpsyon na ang axis a at ang axis α ay parehong direksyon at β ay orthogonal sa kanila, mayroon tayo ng sumusunod na vector diagram:

Ang itaas na projection ay nag-modify ang three phase system sa (α, β) two dimension orthogonal system bilang sinabi sa ibaba:

Ngunit ang dalawang phase (α, β) currents ay patuloy na depende sa oras at bilis.
Ang (α, β) → (d.q) projection (Park transformation)
Itong pinakamahalagang transformation sa FOC. Sa katotohanan, ang projection na ito ay nag-modify ang dalawang phase fixed orthogonal system (α, β) sa d, q rotating reference system. Ang transformation matrix ay ibinigay sa ibaba:

Kung saan, θ ang angle sa pagitan ng rotating at fixed coordinate system.
Kung ikaw ay isasama ang d axis aligned sa rotor flux, ang Figure 2 ay nagpapakita ng relasyon mula sa dalawang reference frames para sa current vector:

Kung saan, θ ang rotor flux position. Ang torque at flux components ng current vector ay natukoy sa pamamagitan ng sumusunod na equations:

Ang mga component na ito ay depende sa current vector (α, β) components at sa rotor flux position. Kung ikaw ay alam ang accurate rotor flux position, sa pamamagitan ng itaas na equation, ang d, q component ay maaaring madaling kalkulahin. Sa instant na ito, ang torque ay maaaring kontrolin diretso dahil ang flux component (isd) at torque component (isq) ay independent na ngayon.

Basic Module para sa Field Oriented Control

Ang stator phase currents ay sinusukat. Ang mga measured na currents na ito ay ipinasok sa Clarke transformation block. Ang outputs ng projection na ito ay may pangalan na isα at isβ. Ang dalawang component ng current na ito ay pumasok sa Park transformation block na nagbibigay ng current sa d, q reference frame. Ang isd at isq components ay kontrastado sa references: isdref (ang flux reference) at isqref (ang torque reference). Sa instant na ito, ang control structure ay may advantage: ito ay maaaring gamitin upang kontrolin ang synchronous o induction machines sa pamamagitan lamang ng pagbabago ng flux reference at tracking rotor flux position. Sa kaso ng PMSM ang rotor flux ay fixed na determined ng magnets kaya walang kailangan na lumikha ng isa. Kaya, habang kontrolin ang PMSM, ang isdref ay dapat equal sa zero. Bilang induction motors kailangan ng rotor flux creation upang magsimula, ang flux reference ay dapat hindi equal sa zero. Ito ay madali na nag-aalis ng isa sa mga pangunahing kamalian ng "classic" control structures: ang portability mula sa asynchronous to synchronous drives. Ang outputs ng PI controllers ay Vsdref at Vsqref. Sila ay ipinapatupad sa inverse Park transformation block. Ang outputs ng projection na ito ay Vsαref at Vsβref na ipinapasok sa space vector pulse width modulation (SVPWM) algorithm block. Ang outputs ng block na ito ay nagbibigay ng signals na nag-drive sa inverter. Dito ang parehong Park at inverse Park transformations ay kailangan ng rotor flux position. Kaya ang rotor flux position ay essence ng FOC.
Ang evaluation ng rotor flux position ay iba kung ikaw ay isasama ang synchronous o induction motor.

1. Sa kaso ng synchronous motor(s), ang rotor speed ay equal sa rotor flux speed. Kaya ang rotor flux position ay direktang determined sa pamamagitan ng position