Vectorbesturing (VC) is gebaseerd op het feit dat niet alleen de grootte (module) van de bestuurde coördinaat wordt bestuurd, maar ook de ruimtelijke positie (vector) ervan ten opzichte van de geselecteerde coördinaatassen.

Rijst. 8.28. Schema van frequentie-elektrische aandrijving op basis van AIT (a) en de afhankelijkheid van de statorstroom van de frequentie van de stroom in de rotor (b)

Om de besturingseenheid te implementeren, worden de momentane waarden van spanning, stroom en fluxkoppeling bewaakt. Door wiskundige transformaties ontstaat een asynchrone motor, gekenmerkt door een groot aantal niet-lineair kruisverbindingen, dat kun je je voorstellen lineair model met twee regelkanalen – koppel en flow. Een dergelijk bedieningsgemak vereist meerdere transformaties van EP-coördinaten, wat uiteraard geen obstakel vormt modern niveau ontwikkeling van MP-technologie.

Om de essentie van de AC te begrijpen, zullen we het schematische diagram van een tweefasige, tweepolige gegeneraliseerde machine gebruiken (Fig. 8.29), waaraan een symmetrische machine met een m-fase statorwikkeling en een i-fase rotorwikkeling kan worden verminderd.

Rijst. 8.29. Schematisch diagram tweepolige tweefasige gegeneraliseerde machine: 1 – stator; 2 – rotor

Laten we aannemen dat het coördinatensysteem in de ruimte roteert met willekeurige reële en denkbeeldige assen, dan zullen de vergelijkingen zijn volgende weergave:

, (8.27)

waarbij u S , Ø,i S , i 2 ,ψ S , ψ 2 \j7-s>V2 respectievelijk de vectoren zijn van spanningen, stromen en fluxkoppelingen van stator 1 en rotor 2; j – aanduiding van de denkbeeldige as; Z n - – aantal poolparen; L m – wederzijdse inductie tussen de stator- en rotorwikkelingen; / 2 - complex conjugaat ik-ik-vector; 1t is het denkbeeldige deel van de complexe variabele; ωyu k is de hoeksnelheid van de rotor. De fluxkoppelingen zijn gelijk

, (8.29)

waarbij L s (L sa + L m) en L 2 (L 2<, +L m) – индуктивности фазных обмоток соответст-венно статора и ротора.

Rijst. 8.30. Schema van frequentie-elektrische aandrijving op basis van AIT (a) en de afhankelijkheid van de statorstroom van de frequentie van de stroom in de rotor (b)

Vergelijkingen (8.27) kunnen worden geschreven met behulp van projecties van gegeneraliseerde vectoren op de coördinaatassen en, v, d.w.z. in scalaire vorm:

Afhankelijk van de gebruikte toestandsvariabelen kunnen de koppelvergelijkingen verschillende vormen hebben. Naast de bovenstaande vergelijking (8.28) worden de volgende uitdrukkingen voor het elektromagnetische moment gebruikt:

De gegeneraliseerde machinevergelijkingen voor het coördinatensysteem uv(8.27) kunnen in elk coördinatensysteem worden geschreven. De keuze van de coördinaatassen is afhankelijk van het type machine (synchroon, asynchroon) en de doeleinden van het onderzoek. De volgende coördinatensystemen hebben toepassing gevonden: vast coördinatensysteem ap (©к = 0); synchroon coördinatensysteem AU (soc = co) en coördinatensysteem dq, roterend met de rotor (co to = co). De relatieve positie van de variabele bloeddrukvectoren wordt getoond in Fig. 8.30 uur

De overgang van de vergelijkingen van een gegeneraliseerde machine (8.27), (8.28) naar de vergelijkingen van een echte driefasige IM wordt uitgevoerd met behulp van de vergelijkingen van coördinatentransformaties e.9 M is de koppelhoek, q> is de hoek tussen de stroom- en spanningsvectoren). O, = in m + f - hoek van de spanningsvector (XY); 6“ = 9„ + 8 V - huidige vectorhoek. De formules voor coördinatentransformaties zijn verkregen onder de voorwaarde dat het vermogen van beide machines constant is. Ze kunnen worden verkregen voor alle variabelen die in alle assen zijn vastgelegd.

Transformaties van een echte machine naar een gegeneraliseerde machine worden direct genoemd, en transformaties van een gegeneraliseerde machine naar een echte machine worden invers genoemd. Formules bijvoorbeeld directe conversie fasespanningen van de stator u sa , Шь, u sc met de vergelijkingen m, u$ in de assen ap van het vectordiagram hebben de vorm:

Om vectorbesturing te overwegen, wordt een XY-coördinatensysteem geselecteerd, dat in de ruimte roteert met de veldsnelheid, d.w.z. o) k = coo, dit laatste wordt beschouwd als de snelheid van de rotorfluxkoppelingsvector. \j/2- De rotatiesnelheden van de spannings-, stroom- en fluxkoppelingsvectoren zijn alleen hetzelfde in stabiele modi, en in transiënte processen zijn ze verschillend. Het principe van vectorcontrole is dat

Rijst. 8.30 uur De relatieve positie van de vectoren van het variabele ADVector-diagram: % = 8 2 + in r - stroomhoek.

Inverse conversieformules

Usb =(~Usa+A/ЗU45)/ 2, U sc =(-М yu -л/ЗUф)/ 2 . (8.33)

de vector van een variabele (stroom, spanning, etc.) bevindt zich op een bepaalde manier in de ruimte. Het is het meest effectief om de fluxkoppelingsvector vj7 2 langs de reële as X van het synchrone coördinatensysteem te positioneren, dat dan met de veldsnelheid roteert. In dit geval hebben de vergelijkingen van een IM met een eekhoornkooirotor de vorm

0= -ω 2 + R 2 K 2 ik sy ,

M e = 3/2 Z II K 2 ψ 2 ik sy . (8.34)

waarbij K2 = Ls - Kg Lm; Kg = b m / bg, cog = coo - co - slipfrequentie of rotorstroomfrequentie. Bij het analyseren van vergelijkingen (8.34) kan men enige gelijkenis opmerken met de DMT-vergelijkingen: het koppel in (8.34) is evenredig met de rotorfluxkoppeling en de rotorfluxkoppeling. component van de statorstroomvector i sy , en de stromingskoppeling is evenredig met de component i sx /u. Dit maakt het mogelijk om, net als bij een DPT, debiet en koppel afzonderlijk te regelen, d.w.z. het VU-principe brengt de bloeddruk met zijn sinusoïdale variabelen dichter bij de DPT. De VU maakt het mogelijk om bij de synthese methoden van ondergeschikte regeling te gebruiken, die wijdverspreid zijn in de elektronische elektronica. gelijkstroom. Het verschil (niet in het voordeel van de VU) is dat onafhankelijk beheer stroom, koppel en snelheid worden niet uitgevoerd door echte motorvariabelen, maar omgezet naar een ander coördinatensysteem.

2. Bij een toerental van 810 min -1:

Functioneel diagram IM-vectorbesturing fig. 8.31: z – taak; U – controle; Besturingssysteem – snelheidsfeedback; с – snelheid; / ik – actueel; x, y – - behoren van variabelen tot een synchroon coördinatensysteem; αа, β р – het behoren van variabelen tot een vast coördinatensysteem; f – fluxkoppeling; a, bb, c – fase-indices.

Rijst. 8.31.Functioneel diagram van IM-vectorbesturing

Het circuit is gebaseerd op het principe van ondergeschikte regeling en bevat drie circuits:

1) snelheid (extern); bevat een snelheidssensor BR en een rotatiesnelheid (koppel) regelaar AR;

2) fluxkoppeling (magnetische flux) met de fluxregelaar Av|/Uψ en het OS-kanaal, dat een uitgangswaarde u heeft;

3) actieve en reactieve 4e-componenten van de statorstroomvector met regelaars AA2 en AA1.

Het OS-signaal voor de statorstroom wordt uitgevoerd door een stroomsensor UA, die de fasestromen van de motor in twee fasen meet, bijvoorbeeld A en B, en signalen u ia en ы,* genereert. Om deze signalen naar een vast coördinatensysteem om te zetten, gebruikt u de functionele converter U1, die werkt in overeenstemming met de formules (8.32) van directe coördinatentransformaties cosф = Upho /U ph, waarmee u in de A2-converter van de vaste coördinaten kunt bewegen a p αβ naar de XY-coördinaten volgens de volgende formules:

u iβ =1/√3 (u iα +u ib).

Fluxkoppelingsmetingen kunnen worden uitgevoerd met behulp van verschillende apparaten bijvoorbeeld een meetwikkeling geplaatst in dezelfde groeven als krachtwikkeling. De meest gebruikte zijn Hall-sensoren die in de luchtspleet van de motor worden geplaatst. De sensorsignalen Uy worden in de functionele omzetter U2 volgens formules (8.32) omgezet in signalen zowel fa als Yfr van een vast coördinatensysteem. De verkregen waarden moeten worden omgezet naar een XY-coördinatensysteem dat met de snelheid van het motorveld in de ruimte roteert.

Hiervoor is in de poriëngenerator D een rotorfluxkoppelingsmodule geplaatst

in de vorm van een overeenkomstig signaal en f

De spanningssignalen en fa, «fr, Uix, u iy zijn evenredig met de overeenkomstige fysieke grootheden.

Het verschil tussen de fluxkoppelingsinstelsignalen m zf en OS mf wordt geleverd aan de ingang van de fluxkoppelingsregelaar UψАу, d.w.z. "u.F = "z.f - m F, en aan de uitgang Ау wordt een signaal gegenereerd om de statorstroom langs de X-as in te stellen, d.w.z. u 3 ix. signaalverschil u 3 ix - Uix, dat door de stroomregelaar AA1 gaat, draait in signaal en* s Soortgelijke transformaties vinden plaats in het stuurkanaal langs de Y-as, behalve dat hier een snelheids- (koppel)regelaar AR is geïnstalleerd, waarvan het uitgangssignaal wordt gedeeld door het signaal van de fluxkoppelingsmodule Uψмf naar. verkrijgen van een stroomcommandosignaal langs de Y-as. Aan de uitgang van de regelaar AA2 van de statorstroomcomponent langs de G-as wordt een signaal u gegenereerd, dat samen met het signaal u* wordt toegevoerd aan de ingangen van blok Al. , die werkt volgens de eerste twee vergelijkingen (8.34). Aan de uitgang van blok A1 verkrijgen we de geconverteerde signalen u x en y, waarbij er geen wederzijdse invloed is van de stuurcircuits van de componentstromen langs de XylY assen. De stuursignalen x en y, geregistreerd in het roterende coördinatensysteem XY, in de coördinatenomzetter A3 worden omgezet in stuursignalen van de inverter in het vaste coördinatensysteem aB αβ volgens de vergelijkingen.

U ix = u iα cosφ + u iβ sinφ,;

U yα = u x cosφ - u y sinφ,

U yβ = u x cosφ - u y sinφ. (8.36)

Om de stroomschakelaars van de omvormer in een driefasig coördinatensysteem te besturen, is het noodzakelijk om signalen uy a U Uа, U U buy, U U c mu s te verkrijgen met behulp van de AC in overeenstemming met de inverse transformatieformules (8.33):

Dankzij coördinatentransformaties worden in het CEC-vectorbesturingssysteem twee besturingskanalen onderscheiden: fluxkoppeling (magnetische flux) en rotatiesnelheid (koppel). In die zin is het vectorbesturingssysteem vergelijkbaar met een elektrische gelijkstroomaandrijving met snelheidsregeling in twee zones.

Voor herhaalde transformatie van EP-coördinaten in overeenstemming met de bovenstaande formules worden gespecialiseerde microcontrollers van de DSP-klasse gebruikt die in realtime werken. Dit maakt het mogelijk om diepgestuurde elektromotoren met hoge snelheid te verkrijgen met behulp van een asynchrone kooiankermotor.

Er zijn veel structurele oplossingen voor vectorbestrijding. Functioneel diagram van VU AD Afb. 8.31 behoort tot de klasse van directe besturingseenheden, waarbij de stroomkoppeling (magnetische flux) direct wordt gemeten. Bij indirecte VU wordt de positie van de IM-rotor gemeten en elektrische parameters(stroom, spanning). Dergelijke systemen zijn om twee redenen wijdverspreid geworden:

1) flowmeting is arbeidsintensief;

2) In veel industriële elektronische apparaten is een positiesensor vereist (bijvoorbeeld positie-elektronische elektronische apparaten van CNC-machines en automatische manipulatoren).

Als het niet nodig is om de rotorpositie te meten, wordt een zogenaamde “sensorloze” besturingseenheid gebruikt (er is geen rotorpositiesensor), wat complexere rekenprocedures vereist.

Rijst. 8.32. Aansluitschema van het volledige elektronische apparaat.

ES met afstandsbediening biedt breed bereik toerentalregeling (tot 10.000) en vervangt in veel gevallen een breed instelbare elektromotor door collector-DFC's.

Schema van het volledige elektronische apparaat Fig. 8.32 vervaardigd door veel bedrijven bevat: stroomterminals: R, S, T (LI, L2, L3) – stroomterminals; U, V, W (Tl, T2, ТЗ) – uitgang frequentieomvormer; PD, P – aansluiting van de inductor in de tussenliggende DC-tussenkring; P, RB – externe remweerstand; P, N –- externe module remmen; G–- beschermende aarding.

Stuurklemmen: L – “gemeenschappelijke” klem voor analoge in- en uitgangen; N – voeding naar de frequentie-instelpotentiometer; O – spanningsuitgangsfrequentie-instelterminal; 01, 02 – extra klem voor het instellen van de uitgangsfrequentie op basis van stroom en spanning; AM – pulsuitgang (spanning); AMI – analoge uitgang (stroom); P24 – voedingsterminal; SM1, PS, 12C, AL0 – “gemeenschappelijke” aansluiting; PLC – gemeenschappelijke terminal voor externe bron voeding; FW–- voorwaartse rotatie; 1, 2, 3, 4, 5 – programmeerbare discrete ingangen; PA – aansluiting van programmeerbare uitgang 11; 12A – aansluiting van programmeerbare uitgang 12; AL1, AL2 – alarmrelais; TN – thermistoringang.

Besturingsklemmen: L - “gemeenschappelijke” klem voor analoge in- en uitgangen; N - voeding naar de frequentie-instelpotentiometer; O - spanningsuitgangsfrequentie-instelterminal; 01, 02 - extra terminal voor het instellen van de uitgangsfrequentie op basis van stroom en spanning; AM - pulsuitgang (spanning); AMI - analoge uitgang (stroom); P24 - voedingsterminal; SM1, PS, 12C, AL0 - "gemeenschappelijke" terminal; PLC - gemeenschappelijke terminal voor externe voeding; FW - voorwaartse rotatie; 1, 2, 3, 4, 5 - programmeerbare discrete ingangen; PA - aansluiting van programmeerbare uitgang 11; 12A - aansluiting van programmeerbare uitgang 12; AL1, AL2 - alarmrelais; TN - thermistoringang.

Beveiligingsvragen

1. Toon het roterende magneetveld bij een symmetrische voeding met een ander aantal fasen dan drie, bijvoorbeeld met m = 2, m = 6.

2. Wat zijn negatieve gevolgen snelheidsregeling door spanning in het statorcircuit tijdens continu bedrijf?

3. Voor welke mechanismen verdient het de voorkeur om de snelheid te regelen door de spanning te veranderen?

4. Om welke reden is frequentieregeling van de snelheid van IM het meest economisch?

5. Moet de spanning worden aangepast bij het aanpassen van de frequentie en waarom?

6. Welke beperkingen zijn er bij het reguleren van de bloeddruk boven de nominale waarde?

7. Welke soorten frequentieomvormers voor het voeden van IM kent u? Geef de spanningsgolfvormen op de motor.

8. Welke methoden voor het schakelen van thyristors kent u?

9. Op welke manieren wordt de spanning van statische omvormers geregeld?

10. Wat is het significante verschil tussen stroom- en spanningsomvormers?

11. Is regeneratief remmen mogelijk in een frequentieaandrijfsysteem? Wat is hiervoor nodig in het AIN-BP systeem en het NPC-BP systeem?

12. Is het mogelijk om een ​​IM-voedingsfrequentie te verkrijgen die hoger is dan de netfrequentie in het NPCH-IM-systeem?

13. Welke elektronische apparaten met volledige frequentie kent u?

14. Wat is het doel van een condensator in de DC-tussenkring in een frequentieomvormer op basis van een autonome spanningsomvormer bij werking op IM?

15. Vergelijk de waarde van de arbeidsfactor voor een frequentie-elektrische aandrijving met motorvoeding wanneer deze wordt gevoed door een autonome spanningsomvormer en voor motorvoeding wanneer deze wordt gevoed vanuit het netwerk (met identieke waarden frequentie en belasting).

16. Welke coördinatensystemen worden gebruikt bij vectorcontrole?

17. Waarom is het nodig om variabelen van het ene coördinatensysteem naar het andere te converteren bij vectorbesturing?

18. Is het mogelijk? vectorcontrole zonder bloeddruk magnetische fluxsensoren?

19. Teken een diagram van het systeem thyristorregelaar spanning - - asynchrone elektromotor (TRN- - AD-systeem).

20. Hoe zullen de mechanische eigenschappen van de IM veranderen als de TPH-regelhoek verandert?

21. Binnen welke grenzen kan het weerstandsmoment op de elektromotoras in het TRN- – IM-systeem veranderen? Teken er een geschatte oppervlakte van aanvaardbare waarden op de grafieken van mechanische kenmerken.

22. Teken een schema voor het aansluiten van een extra weerstand op het rotorcircuit van de IM tijdens pulsregeling.

23. Hoe veranderen energieverliezen in de IM bij pulsbesturing van de extra weerstand bij het regelen van de IM-snelheid?

24. Teken een ruwe weergave mechanische kenmerken IM met pulsregeling van een extra weerstand bij verschillende waarden van de duty-cycle van thyristorschakeling.

25. Leg het werkingsprincipe van een asynchrone klepcascade (AVC) uit.

26. Laat in de grafiek zien hoe de mechanische eigenschappen van de AVK zullen veranderen als de voortbewegingshoek van de omvormer verandert.

27. Hoe moet de spanning op de IM-stator veranderen als de frequentie verandert in het geval van verschillende wetten voor het veranderen van het weerstandsmoment met de snelheid?

28. Toon een benaderend beeld van de mechanische kenmerken voor frequentiesnelheidsregeling in het geval dat het weerstandskoppel niet afhankelijk is van de snelheid.

29. Noem welke soorten TFC's worden gebruikt voor frequentieregeling van de bloeddruk. In het geval van welke TFC is het mogelijk om de snelheid alleen in het gebied van de lage waarden te regelen.

30. Wat is de betekenis van “vectorcontrole” van IM?

33. Een driefasige 4-polige IM, waarvan de statorwikkeling is aangesloten in een "ster", heeft de volgende nominale gegevens: P 2 = 11,2 kW, p = 1500 min -1, U = 380 V, f = 50 Hz. De motorparameters zijn gegeven: r=0,66 Ohm; r 2 ' = 0,38 Ohm, x = 1,14 Ohm, x "2 = 1,71 Ohm, x m = 33,2 Ohm. De motor wordt geregeld door gelijktijdig de spanning en frequentie te veranderen. De spanning-frequentieverhouding wordt constant gehouden en gelijk aan de verhouding nominale waarden.

34. Bereken het maximale moment M max en het bijbehorende moment; snelheid w max voor frequenties 50 en 30 Hz.

35.Herhaal stap 1, waarbij u de statorweerstand verwaarloost (r = 0).

Hoofdidee vectorcontrole is om niet alleen de grootte en frequentie van de voedingsspanning te regelen, maar ook de fase. Met andere woorden, de grootte en hoek van de ruimtelijke vector worden gecontroleerd. Vectorcontrole heeft meer hoge prestaties. Vectorcontrole elimineert bijna alle nadelen van scalaire controle.

Voordelen van vectorbestrijding:
• hoge nauwkeurigheid van snelheidsregeling;
• soepele start en soepele rotatie van de motor over het gehele frequentiebereik;
• snelle reactie op veranderingen in de belasting: wanneer de belasting verandert, is er vrijwel geen snelheidsverandering;
• groter regelbereik en regelnauwkeurigheid;
• verliezen als gevolg van verwarming en magnetisatie worden verminderd, en .

De nadelen van vectorbestrijding zijn onder meer:
• de noodzaak om parameters in te stellen;
• grote snelheidsschommelingen bij constante belasting;
• hoge rekencomplexiteit.

Algemeen functioneel diagram van vectorbesturing

Algemeen blokschema van een krachtig snelheidsregelsysteem AC weergegeven in de afbeelding hierboven. De basis van het circuit zijn de magnetische fluxkoppeling en koppelregelcircuits, samen met een evaluatie-eenheid die kan worden geïmplementeerd op verschillende manieren. In dit geval is de externe snelheidsregellus grotendeels verenigd en genereert deze stuursignalen voor de koppelregelaars M * en de magnetische fluxkoppeling Ψ * (via de stroomregeleenheid). Het motortoerental kan worden gemeten door een (snelheids-/positie)sensor of worden verkregen via een schatter die implementatie mogelijk maakt.

Classificatie van vectorbestrijdingsmethoden

Sinds de jaren zeventig van de twintigste eeuw zijn er veel methoden voor koppelregeling voorgesteld. Ze worden niet allemaal veel gebruikt in de industrie. Daarom bespreekt dit artikel alleen de meest populaire managementmethoden. De besproken methoden voor koppelregeling worden gepresenteerd voor besturingssystemen met sinusoïdale tegen-EMK.

Bestaande koppelcontrolemethoden kunnen op verschillende manieren worden geclassificeerd.

Meestal zijn koppelcontrolemethoden onderverdeeld in de volgende groepen:
• lineaire (PI, PID) regelaars;
• niet-lineaire (hysterese) regelaars.

Controlemethode			Snelheidsregelbereik	Snelheidsfout 3,%	Koppel stijgtijd, ms	Startkoppel	Prijs	Beschrijving
			1:10 1	5-10	Niet beschikbaar	Kort	Zeer laag	Het reageert langzaam op veranderingen in de belasting en heeft een klein snelheidsregelbereik, maar is eenvoudig te implementeren.
			>1:200 2	0		Hoog	Hoog	Hiermee kunt u de belangrijkste motorparameters soepel en snel regelen: koppel en snelheid. Om deze methode te laten werken, is informatie over de rotorpositie vereist.
			>1:200 2	0		Hoog	Hoog	Een hybride methode ontworpen om de voordelen van...
			>1:200 2	0		Hoog	Hoog	Het heeft een hoge dynamiek en een eenvoudig circuit, maar een karakteristiek kenmerk van de werking ervan zijn hoge stroom- en koppelrimpels.
			>1:200 2	0		Hoog	Hoog	Het heeft een lagere schakelfrequentie van de omvormer dan andere methoden en is ontworpen om verliezen te verminderen bij het aansturen van krachtige elektromotoren.

Opmerking:

1. Geen feedback.
2. Met feedback.
3. In stabiele toestand

De meest gebruikte vectorbesturingen zijn (FOC - veldgeoriënteerde besturing) en (DTC - directe koppelregeling).

Lineaire koppelregelaars

Lineaire koppelregelaars werken in combinatie met pulsbreedtemodulatie (PWM) van de spanning. De regelaars bepalen de vereiste statorspanningsvector, gemiddeld over de bemonsteringsperiode. De spanningsvector wordt uiteindelijk gesynthetiseerd door de PWM-methode; in de meeste gevallen wordt ruimtevectormodulatie (SVM) gebruikt. In tegenstelling tot niet-lineaire koppelregelcircuits, waarbij signalen worden verwerkt op basis van momentane waarden, lineaire circuits koppelregeling, de lineaire regelaar (PI) werkt met waarden die gemiddeld zijn over de bemonsteringsperiode. Daarom kan de bemonsteringsfrequentie worden verlaagd van 40 kHz voor niet- lineaire regelaars koppel tot 2-5 kHz in lineaire koppelregelaarcircuits.

Veldgerichte besturing

Veldgerichte besturing(POA, Engelse veldgeoriënteerde besturing, FOC) is een besturingsmethode die een borstelloze wisselstroom (,) bestuurt zoals een gelijkstroommachine met onafhankelijke excitatie, wat impliceert dat het veld afzonderlijk kan worden bestuurd.

Veldgeoriënteerde besturing, voorgesteld in 1970 door Blaschke en Hasse, is gebaseerd op een analogie met mechanisch geschakelde besturing. In deze motor zijn de veld- en ankerwikkelingen gescheiden, wordt de fluxkoppeling bestuurd door de veldstroom en wordt het koppel onafhankelijk geregeld door stroomregeling. De fluxkoppeling en koppelstromen zijn dus elektrisch en magnetisch gescheiden.

Algemeen functioneel diagram van sensorloze veldgeoriënteerde besturing 1

Aan de andere kant hebben borstelloze AC-motoren (,) dat meestal wel driefasige wikkeling stator, en de statorstroomvector Is wordt gebruikt om zowel de flux als het koppel te regelen. Dus de veldstroom en ankerstroom samengevoegd in de statorstroomvector en kunnen niet afzonderlijk worden geregeld. Ontkoppeling kan wiskundig worden bereikt - door de momentane waarde van de statorstroomvector I s in twee componenten te ontbinden: de longitudinale component van de statorstroom I sd (waardoor het veld ontstaat) en de transversale component van de statorstroom I sq (die koppel creëert) in een roterend dq-coördinatensysteem georiënteerd langs het rotorveld (R -FOC – rotorfluxgerichte regeling) - afbeelding hierboven. De besturing van een borstelloze AC-motor wordt dus identiek aan de besturing en kan worden bereikt met behulp van een PWM-omvormer met een lineaire PI-regelaar en ruimtevectorspanningsmodulatie.

Bij veldgeoriënteerde besturing worden koppel en veld indirect geregeld door de statorstroomvectorcomponenten te regelen.

De momentane waarden van de statorstromen worden met behulp van de Park-transformatie αβ/dq omgezet naar het dq-roterende coördinatensysteem, waarvoor ook informatie over de rotorpositie vereist is. Het veld wordt bestuurd via de longitudinale stroomcomponent I sd, terwijl het koppel wordt bestuurd via de transversale stroomcomponent I sq. Omgekeerde conversie Met Park (dq/αβ), een module voor wiskundige coördinatentransformatie, kunt u de referentiecomponenten van de spanningsvector V sα * en V sβ * berekenen.

Om de rotorpositie te bepalen, wordt gebruik gemaakt van een rotorpositiesensor die in de elektromotor is geïnstalleerd of van een sensorloos besturingsalgoritme dat in het besturingssysteem is geïmplementeerd en dat informatie over de rotorpositie in realtime berekent op basis van de gegevens die beschikbaar zijn in het besturingssysteem.

Blokschema van directe koppelregeling met ruimtevectormodulatie met koppel- en fluxkoppelingsaanpassing met feedback die werkt in rechthoekig systeem coördinaten georiënteerd langs het statorveld worden weergegeven in de onderstaande afbeelding. De uitgangen van de PI-koppel- en fluxkoppelingsregelaars worden geïnterpreteerd als de referentiecomponenten van de statorspanning V ψ * en VM * in het dq-coördinatensysteem georiënteerd langs het statorveld (Engelse statorflux-georiënteerde regeling, S-FOC). Deze opdrachten ( constante spanningen) worden vervolgens omgezet in een vast coördinatensysteem αβ, waarna de stuurwaarden V sα * en V sβ * worden geleverd aan de ruimtevectormodulatiemodule.

Functioneel diagram van directe koppelregeling met ruimtevectorspanningsmodulatie

merk dat op dit schema kan worden beschouwd als een vereenvoudigde statorveldgeoriënteerde besturing (S-FOC) zonder stroomregellus of als een klassieke schakeling (PUM-TV, Engelse schakeltabel DTC, ST DTC) waarbij de schakeltabel wordt vervangen door een modulator ( FVM), en een hysteresiskoppelregelaar en debiet worden vervangen door lineaire PI-regelaars.

Bij directe koppelregeling met ruimtevectormodulatie (DTC-FCM) worden het koppel en de fluxkoppeling rechtstreeks geregeld in een gesloten lus, dus een nauwkeurige schatting van de motorflux en het koppel is noodzakelijk. In tegenstelling tot het klassieke hysterese-algoritme werkt het met een constante schakelfrequentie. Dit verbetert de prestaties van het besturingssysteem aanzienlijk: het vermindert koppel- en stroompulsaties, waardoor u de motor vol vertrouwen kunt starten en bij lage snelheden kunt werken. Maar tegelijkertijd worden de dynamische eigenschappen van de aandrijving verminderd.

Niet-lineaire koppelregelaars

De gepresenteerde groep koppelregelaars vertrekt van het idee van coördinatentransformatie en besturing naar analogie met een geborstelde gelijkstroommotor, die de basis vormt. Niet-lineaire toezichthouders stellen voor om afzonderlijke controle te vervangen door continue (hysteresis) controle, wat overeenkomt met de operationele ideologie (aan-uit) halfgeleider apparaten omvormer

Vergeleken met veldgerichte besturing hebben directe koppelregelingsschema's de volgende kenmerken:

Voordelen:
• eenvoudig circuit beheer;
• er zijn geen stroomcircuits of gelijkstroomregeling;
• geen coördinatentransformatie vereist;
• er is geen afzonderlijke spanningsmodulatie;
• geen positiesensor nodig;
• goede dynamiek.

Gebreken:
• een nauwkeurige beoordeling van de magnetische fluxkoppelingsvector en het koppel van de stator is vereist;
• sterke koppel- en stroompulsaties als gevolg van de niet-lineaire (hysterese) regelaar en variabele schakelfrequentie van de schakelaars;
• ruis met een breed spectrum dankzij de variabele schakelfrequentie.

Directe koppelregeling

De directe koppelcontrolemethode met een inclusietabel werd voor het eerst beschreven door Takahashi en Noguchi in een IEEJ-paper gepresenteerd in september 1984 en later in een IEEE-paper gepubliceerd in september 1986. Het ontwerp van de klassieke methode van directe koppelregeling (DTC) is veel eenvoudiger dan dat van de veldcontrolemethode (), omdat er geen transformatie van coördinatensystemen en meting van de rotorpositie vereist is. Het diagram van de directe koppelregelingsmethode (figuur hieronder) bevat een koppel- en statorfluxschatter, hysteresiskoppel- en fluxvergelijkers, een schakeltabel en een omvormer.

Principe van de methode directe koppelregeling bestaat uit het kiezen van een spanningsvector voor gelijktijdige regeling van zowel koppel als statorfluxkoppeling. De gemeten statorstromen en inverterspanningen worden gebruikt om de fluxkoppeling en het koppel te schatten. De geschatte waarden van de statorfluxkoppeling en het koppel worden via een hysteresisvergelijker vergeleken met de stuursignalen van respectievelijk de statorfluxkoppeling ψ s * en het motorkoppel M *. De vereiste motorbesturingsspanningsvector wordt geselecteerd uit de opnametabel op basis van de gedigitaliseerde fluxkoppelingsfouten d Ψ en koppel d M gegenereerd door hysteresisvergelijkers, evenals op basis van de positiesector van de statorfluxkoppelingsvector verkregen op basis van zijn hoekpositie . De pulsen SA, SB en SC voor het besturen van de stroomschakelaars van de inverter worden dus gegenereerd door het selecteren van een vector uit de tabel.

Klassiek direct koppelregelcircuit met schakeltabel met snelheidssensor

Er zijn veel variaties klassiek schema gericht op het verbeteren van het starten, overbelastingsomstandigheden, werking op zeer lage snelheden, waardoor de koppelrimpel wordt verminderd, op variabele schakelfrequenties wordt gewerkt en het geluidsniveau wordt verminderd.

Het nadeel van de klassieke methode van directe koppelregeling is de aanwezigheid van hoge stroomrimpelingen, zelfs in stabiele toestand. Het probleem wordt opgelost door te verhogen werkfrequentie omvormer boven 40 kHz, wat de totale kosten van het besturingssysteem verhoogt.

Direct zelfbestuur

Een patentaanvraag voor de methode van direct zelfbestuur werd in oktober 1984 ingediend door Depenbrock. Het blokdiagram van direct zelfbestuur wordt hieronder weergegeven.

Gebaseerd op de statorfluxkoppelingsopdrachten ψ s * en de huidige fasecomponenten ψ sA, ψ sB en ψ sC genereren de fluxkoppelingsvergelijkers digitale signalen d A, d B en d C, die overeenkomen met actieve spanningstoestanden (V 1 – V 6). De hysteretische koppelregelaar heeft een uitgangssignaal dM, dat de nultoestanden bepaalt. De statorfluxkoppelingsregelaar stelt dus het tijdsinterval in van actieve spanningstoestanden die de statorfluxkoppelingsvector langs een bepaald pad bewegen, en de koppelregelaar bepaalt het tijdsinterval van nulspanningstoestanden die het koppel van de elektromotor binnen een tolerantie houden. veld bepaald door hysteresis.

Regeling voor direct zelfbestuur

De karakteristieke kenmerken van het systeem voor direct zelfbestuur zijn:
• niet-sinusvormige vormen van fluxkoppeling en statorstroom;
• de statorfluxkoppelingsvector beweegt langs een hexagonaal traject;
• er is geen voedingsspanningsreserve, de mogelijkheden van de omvormer worden volledig benut;
• de schakelfrequentie van de omvormer is lager dan die van directe koppelregeling met een schakeltabel;
• uitstekende dynamiek in het constante en verzwakte veldbereik.

Merk op dat de prestaties van de directe zelfcontrolemethode kunnen worden gereproduceerd met behulp van het circuit met een fluxhysteresisbreedte van 14%.

De frequentieomvormer regelt het koppel en de rotatiesnelheid van een asynchrone motor met behulp van een van de twee belangrijkste frequentieregelingsmethoden: scalair of vector. Laten we de kenmerken van deze methoden eens nader bekijken.

Lineaire scalaire bedrijfskarakteristiek van de omvormer

Bij het werken asynchrone elektromotor van een scalaire frequentieomvormer neemt de spanning op de motor lineair af met afnemende frequentie. Dit komt doordat er gebruik wordt gemaakt van pulsbreedtemodulatie (PWM), waarbij de verhouding wordt aangepast effectieve spanning frequentie is constant over het gehele regelbereik.

De voltfrequentie (volt-hertz) bedrijfskarakteristiek van de omvormer zal lineair zijn totdat de spanning stijgt tot de limiet die wordt bepaald door de voedingsspanning van de omvormer. Scalaire regeling zorgt ervoor dat de motor niet het vereiste vermogen kan ontwikkelen lage frequenties(vermogen is afhankelijk van de spanning) en het koppel op de as neemt aanzienlijk af.

Kwadratische scalaire prestatiekarakteristiek

In sommige gevallen, bijvoorbeeld bij het gebruik van een omvormer voor krachtige ventilatoren en pompen, wordt een kwadratische volt-frequentiekarakteristiek met een verlaagd koppel gebruikt, waardoor het mogelijk is om rekening te houden met de mechanica van het proces, de stromen te verminderen en dienovereenkomstig , verliezen bij lage frequenties.

Het belangrijkste nadeel van de scalaire voltfrequentiekarakteristiek

De lineaire en kwadratische spheeft, ondanks zijn eenvoud en brede distributie, een groot nadeel: een afname van het vermogen op de as, wat een afname van het koppel en het motortoerental betekent. In dit geval treedt de zogenaamde slip op wanneer de rotatiesnelheid van de rotor achterblijft bij de rotatiefrequentie van het elektromagnetische veld.

Om dit effect te elimineren, wordt slipcompensatie gebruikt om de uitgangsfrequentie (motortoerental) aan te passen naarmate het belastingskoppel toeneemt. Als u de compensatiewaarde correct selecteert, werkelijke snelheid rotatie bij zware belasting zal de rotatiesnelheid benaderen op stationair.

Bovendien hebben de meeste omvormers met een lineaire volt-frequentiekarakteristiek een koppelcompensatiefunctie bij lage snelheden. Deze functie wordt geïmplementeerd door de spanning bij lage frequenties te verhogen en kan bij verkeerd gebruik oververhitting van de motor veroorzaken.

Beide compensatieparameters hebben een constante (ingesteld tijdens het instellen) waarde en zijn niet afhankelijk van de belasting.

Voordelen van vectorbestrijding

Er zijn veel taken waarbij het nodig is om een ​​bepaalde rotatiesnelheid te garanderen, en het beschreven nadeel wordt zeer relevant. In dergelijke gevallen wordt gebruik gemaakt van vectorfrequentieregeling, waarbij de controller de spanning berekent die nodig is om het koppel te behouden en zo een stabiele frequentie te garanderen. In tegenstelling tot de scalaire modus is er hier sprake van een ‘slimme’ controle van de magnetische flux van de rotor.

Vectorcontrole a synchrone motor Dit geldt vooral bij lage frequenties (onder 10 Hz), wanneer het bedrijfskoppel van de motor aanzienlijk daalt. Daarnaast, deze methode Hiermee kunt u tijdens het accelereren een stabiele snelheid aanhouden (met een voorspelbare lineaire verandering). Dit wordt bereikt door een hoog startkoppel te verkrijgen totdat de motor de bedrijfsmodus bereikt.

Het is ook belangrijk dat er bij vectorregeling energiebesparingen optreden (in sommige gevallen - tot 60%), omdat de frequentieomvormer meestal precies zoveel energie aan de motor overdraagt ​​als nodig is om de gegeven snelheid te behouden.

Er zijn twee soorten vectorbesturing: zonder snelheidssensor (zonder feedback of sensorloos) en met feedback, waarbij meestal een encoder als sensor wordt gebruikt.

Vectorcontrole met open lus

In dit geval berekent de frequentieomvormer het motortoerental op basis van wiskundig model gebaseerd op eerder ingevoerde gegevens (motorparameters) en gegevens over momentane stroom- en spanningswaarden. Op basis van de verkregen berekeningen neemt de omvormer een beslissing om de uitgangsspanning te wijzigen.

Voordat u de vectorsensorloze modus inschakelt, moeten de nominale parameters van de motor zorgvuldig worden ingesteld: spanning, stroom, frequentie, snelheid (omwentelingen), vermogen, aantal polen, evenals wikkelingsweerstand en inductieve parameters. Als sommige waarden onbekend zijn, wordt aanbevolen een zelftest van de motor bij stationair toerental uit te voeren. Sommige invertermodellen stellen standaardparameters in voor een standaardmotor na het invoeren van nominale waarden. Het is ook noodzakelijk om de tijdslimieten en huidige parameters van vectorcontrole in te stellen.

Vectorfeedbackcontrole

Deze modus biedt een nauwkeurigere regeling van het motortoerental. Feedback wordt geleverd door een encoder, die via een extra module met de frequentieomvormer communiceert.

De encoder wordt op de as van een elektromotor of een volgend mechanisme geïnstalleerd en verzendt gegevens over de huidige rotatiesnelheid. Op basis van de ontvangen informatie verandert de omzetter de spanning, het koppel en dienovereenkomstig de snelheid van de motor. Het is de moeite waard hieraan toe te voegen dat het bij hoge dynamische belastingen (frequente koppelveranderingen) en werking bij lage snelheden wordt aanbevolen om geforceerde koeling met een externe ventilator te gebruiken.

Andere nuttige materialen:

Het gebruik van een frequentieomvormer is gericht op het oplossen belangrijke taken. Ze bestaan ​​uit het regelen van het koppel en de snelheid van de elektromotor. Deze vereisten geven de noodzaak aan om de motorstroom en het koppel te beperken tot toegestane waarden. Dit gebeurt tijdens het starten, remmen en ook tijdens belastingveranderingen.

Dit is nodig om dynamische schokbelastingen in het frequentieomvormermechanisme te beperken. In dit geval zijn er overbelastingen tijdens het gebruik en de noodzaak om het motorkoppel aan te passen, dat continu wordt uitgevoerd. Dergelijke acties zijn ook vereist wanneer het nodig is om de krachten op het werkende mechanisme nauwkeurig te ondersteunen. Voorbeeld in in dit geval schijven gebruikt metaalbewerkingsmachines.

Bestaan verschillende methoden frequentiecontrole, waarmee u kunt oplossen diverse taken bij het aanpassen van de snelheid en het veranderen van koppel, waaronder - twee hoofdmethoden: vector en scalair. Elk van hen heeft zijn eigen karakteristieke kenmerken, die nader moeten worden besproken.

De eerste controlemethode is scalair. De eigenaardigheid van scalaire controle ligt in de prevalentie ervan, en het toepassingsgebied ervan houdt verband met pomp- en ventilatoraandrijvingen. Daarnaast frequentieomvormers met de scalaire besturingsmethode worden gebruikt waar het belangrijk is om een ​​bepaalde technologische parameter te behouden. Dit kan bijvoorbeeld druk in een pijpleiding zijn. Het veranderen van zowel de amplitude als de frequentie van de voedingsspanning vormt het basisprincipe waarop deze methode is gebaseerd. In dit geval wordt de U/f-wet gebruikt. Het grootste bereik voor snelheidsregeling is 1:10.
Bijkomende kenmerken van de scalaire methode zijn het inherente implementatiegemak. Er is ook een nadeel: het is niet mogelijk om de rotatiesnelheid van de as nauwkeurig te regelen. Een ander kenmerk is dat een frequentieomvormer met scalaire besturing op de motoras het niet mogelijk maakt het koppel te regelen.

De tweede methode die in frequentieomvormers wordt gebruikt, is vector. Dit is een methode voor het beheren van synchrone en asynchrone motoren, waarin niet alleen harmonische stromen (spanningen) van de fasen worden gevormd, maar ook zorgt voor controle over de magnetische flux van de rotor, namelijk het koppel op de motoras. Vectorregeling wordt gebruikt wanneer tijdens bedrijf de belasting met dezelfde frequentie kan veranderen, d.w.z. er is geen duidelijk verband tussen belastingskoppel en rotatiesnelheid, en ook in gevallen waarin het nodig is om een ​​groter frequentieregelbereik bij nominale koppels te verkrijgen.

Vectorbesturingssystemen zijn onderverdeeld in twee klassen: sensorloos en feedback. Met Scope kunt u de toepassing definiëren een bepaalde methode. Het gebruik van sensorloze systemen is mogelijk wanneer de snelheid niet meer dan 1:100 verandert en de onderhoudsnauwkeurigheid niet meer dan ±0,5% bedraagt. Bij vergelijkbare indicatoren van respectievelijk 1:1000 en ±0,01% is het gebruikelijk om feedbacksystemen te gebruiken.

Voordelen van de vectorbestrijdingsmethode is de reactiesnelheid op veranderingen in de belasting, en in het gebied van lage frequenties wordt de rotatie van de motor gekenmerkt door soepelheid en afwezigheid van schokken. De aandacht wordt gevestigd op de voorziening op de as onder de voorwaarde van nulsnelheid van het nominale koppel, als er een snelheidssensor is. Snelheidsaanpassing wordt uitgevoerd bij het bereiken hoge precisie. Al deze voordelen worden in de praktijk belangrijk.

CONCLUSIES:

1. Als bij scalaire frequentieomvormers het object van monitoring en controle alleen het magnetische veld van de stator is, dan is het object van monitoring en controle in vectormodellen zowel het magnetische veld van de stator als de rotor, of beter gezegd, hun interactie daarin om het koppel bij verschillende snelheden te optimaliseren. Wat betreft bewakings- en besturingsmethoden: wanneer de scalaire besturingsmethode wordt gebruikt, worden de uitgangsfrequentie en stroom van de frequentieomvormer gebruikt, en in het geval van vectorbesturing worden de uitgangsfrequentie, stroom en de fase ervan gebruikt.

Technische verschillen tussen vector- en scalaire frequenties

converters

Vraag: Er zijn vector- en scalaire frequentieomvormers op de markt verkrijgbaar, en

vectorversies zijn aanzienlijk duurder. Wat zijn de technische verschillen daartussen?

De vraag is niet zo eenvoudig dat deze in eenlettergrepige manier kan worden beantwoord. De voorwaarden zelf

"vector" en "scalair" zijn onnauwkeurig wanneer ze op het kenmerk worden toegepast

frequentieomvormers. Sinds waar we het over hebben hoofdzakelijk over de variabele parameter

actueel is, dan is het gebruik van de term ‘scalair’ over het algemeen onaanvaardbaar. Uit de basiscursus

natuurkundigen zijn zich er terdege van bewust dat een scalaire grootheid zo'n grootheid is, elke waardedat (in tegenstelling tot een vector) kan worden uitgedrukt door een enkel (reëel) getal,

Als gevolg hiervan kan de reeks scalaire waarden op een lineaire schaal worden weergegeven (scale- vandaar de naam). Lengte, oppervlakte, tijd, temperatuur, etc. zijn scalaire grootheden.Vectorgrootheden, of vectoren, zijn grootheden die ook een numerieke waarde hebben

betekenis en richting. In dit opzicht is de verdeling van frequentieomvormers in scalair

en vector zijn in principe onjuist en weerspiegelen de wens van handelsmanagers

bedrijven om zogenaamd hogere prijzen voor een van de typen converters te rechtvaardigensuperioriteit hebben ten opzichte van een ander.

Wat de technische kant van de zaak betreft, luidt het als volgt.

De belangrijkste manier om het koppel op de elektromotoras aan te passen is

verandering in de frequentie en grootte van de stroom van de statorwikkelingen, wat leidt tot een verandering in de sterkte ervan

roterend magnetisch veld. De meeste frequentieomvormers zijn op deze manier ontworpen

op een manier waarmee de gebruiker de kenmerken van de uitvoer kan aanpassen

elektrische parameters voor een specifiek type apparatuur. Afhankelijk van bijv

de grootte van het traagheidsmoment van de aangedreven apparatuur kan worden gegeven

kenmerken van de uitgangsstroom van de omzetter: lineair, parabolisch ofhyperbolische weergave.

Dus als het nodig is om een ​​zware massa op een aangedreven voertuig te verplaatsen

transportband, moet de uitgangsstroomkarakteristiek een hyperbolische vorm krijgen. Het is raadzaam om waterpompen en ventilatoren in parabolische richting aan te drijven

curve, waardoor energie wordt bespaard. Bijna iedereen werkt volgens dit algoritme.

frequentieomvormers, genaamd met de onjuiste term ‘scalair’, een nauwkeurigere naam zou zijn: ‘frequentieomvormers met vooraf instelbare frequentie en uitgangsstroom’.

Een ander effectief middel om het koppel op de elektromotoras te vergroten is

het gebruik van de 3e harmonische van de uitgangsstroom, waarvan de vector, evenals veelvouden daarvan, meer is

hoge harmonischen, roteert in dezelfde richting als de fundamentele harmonische stroomvector (50

Hz), d.w.z. heeft een directe sequentie. Anderen draaien in de tegenovergestelde richting

en hebben de omgekeerde volgorde. Totale stroom neutraal, berekend met de formule:

controle van uitgangsstroomparameters, namelijk:

1)Converters met vooraf geconfigureerde uitgangsstroomparameters.

Gebruikt in de meeste algemene industriële aandrijvingen, beide met feedback

controle van een technologische parameter en zonder deze, inclusief pompaandrijvingen,

ventilatoren, transportbanden, transportbanden, extruders, inclusief enkele enmeermotorige systemen.

2)Converters met dynamische aanpassing van uitgangsstroomparameters. Gebruikt in eenmotorige aandrijvingen met hoge precisietechnologie

apparatuur. Ze kunnen met of zonder feedback zijn om de positie van de motorrotor te regelen. In termen van nauwkeurigheid en diepte van de rotatiesnelheidsregeling zijn ze enigszins superieur aan converters van het eerste type, maar aanzienlijk inferieur aan servo's.

Wat het probleem als geheel betreft, moet er rekening mee worden gehouden dat het probleem kan worden opgelost specifieke taken Vgebieden van de bestuurde aandrijving, bijbehorende elektromotoren met hun eigen motoren

besturingssystemen - stappenmotoren met controllers, servomotoren met controllers,

DC-motoren met controllers en tenslotte asynchroon en synchroon

elektromotoren met frequentieomvormers. Pogingen om een ​​universele schijf te creëren

zijn duidelijk gedoemd te mislukken, aangezien de ontwerpverschillen tussen de schijven bestaan

zijn te groot en de taken die door de schijven worden opgelost, zijn eenvoudigweg onvergelijkbaar. Kan niet makenvan een asynchrone motor een servomotor, en van een synchrone motor een stappenmotor, ook al is deze ingebouwdhet heeft vijftig palen.

Wat te doen? Alles wat ingenieus is, is eenvoudig: het is voldoende om de schijf correct te ontwerpen

rekening houdend met het benodigde koppel op de as in het meest ongunstige frequentiebereik

rotatie, en vertrouw de controle van de technologische parameter toe aan de PID-controller, die te vinden is in de meeste scalaire converters. auteur van het artikel

meest moderne zogenaamde "scalaire" converters.