Vektör kontrolü. Bilim ve eğitimin modern sorunları

Günümüzde AC motorların frekans konvertörleri aracılığıyla hız kontrolü hemen hemen tüm endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Uygulamada, üç fazlı AC motorlar için hız kontrol sistemleri iki farklı kontrol prensibine göre uygulanır:
2. Vektör kontrolü.

AC motorları kontrol etmek için frekans dönüştürücülerde kullanılan düzenleme yöntemleri

Günümüzde AC motorların frekans konvertörleri aracılığıyla hız kontrolü hemen hemen tüm endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu öncelikle, frekans dönüştürücülerin geliştirildiği güç elektroniği ve mikroişlemci teknolojisi alanındaki büyük başarılardan kaynaklanmaktadır. Öte yandan, üreticiler tarafından frekans dönüştürücü üretiminin birleştirilmesi, maliyetlerini önemli ölçüde etkilemeyi mümkün kıldı ve oldukça kısa sürelerde geri ödemelerini sağladı. Asenkron motorları kontrol etmek için dönüştürücüler kullanıldığında enerji tasarrufu bazı durumlarda %40 veya daha fazlasına ulaşabilir.
Uygulamada, üç fazlı AC motorlar için hız kontrol sistemleri iki farklı kontrol prensibine göre uygulanır:
1. U / f-regülasyonu (volt-frekans veya skaler kontrol);
2. Vektör kontrolü.

Asenkron bir elektrikli sürücünün U / f- hız regülasyonu

Bir asenkron motorun skaler kontrolü veya V / f kontrolü, bu voltajın modülünü aynı anda değiştirirken stator voltajının frekansını etkileyerek bir motorun hızındaki bir değişikliktir. V / f regülasyonu ile frekans ve voltaj, genellikle birlikte düzenlenen iki kontrol eylemi olarak hareket eder. Bu durumda, frekans bağımsız bir etki olarak alınır ve belirli bir frekanstaki voltaj değeri, frekans değiştiğinde sürücünün mekanik özelliklerinin nasıl değişmesi gerektiğine, yani kritik momentin nasıl olması gerektiğine bağlı olarak belirlenir. frekansa göre değişir. Böyle bir düzenleme yasasını uygulamak için, U / f = sabit oranının sabitliğini sağlamak gerekir, burada U stator boyunca voltajdır ve f stator voltajının frekansıdır.
Sabit bir aşırı yük kapasitesi ile, nominal güç faktörü ve verimlilik motorun tüm hız aralığı boyunca kontrolü pratikte değişmez.
U / f düzenleme yasaları, motoru besleyen voltajın (U / f = const, U / f2 = const ve diğerleri) değerleri ve frekansları ile ilgili yasaları içerir. Avantajları, bir grup elektrik motorunu aynı anda kontrol etme yeteneğidir. Skaler kontrol, 1:40'a kadar bir geri besleme sensörü kullanmadan bir dizi motor hızı kontrolüne sahip bir frekanslı elektrikli sürücünün en pratik uygulamaları için kullanılır. Skaler kontrol algoritmaları, konumlandırma modunun yanı sıra motor torkunun izlenmesine ve kontrolüne izin vermez. Bu kontrol yönteminin en etkili uygulama alanı: fanlar, pompalar, konveyörler vb.

Vektör kontrolü

Vektör kontrolü, sadece harmonik akımlar ve faz gerilimleri (skaler kontrol) üretmekle kalmayıp aynı zamanda motorun manyetik akısının kontrolünü de sağlayan senkron ve asenkron motorları kontrol etme yöntemidir. Vektör kontrolü, uzaysal vektörler olarak gerilimler, akımlar, akı bağlantıları kavramına dayanır.
Temel ilkeler 20. yüzyılın 70'lerinde geliştirildi. Güç yarı iletken elektroniği ve mikroişlemci sistemleri alanındaki temel teorik araştırma ve ilerlemelerin bir sonucu olarak, bugüne kadar dünya çapında tahrik teknolojisi üreticileri tarafından seri üretilen vektör kontrollü elektrikli tahrikler geliştirilmiştir.
Geçici süreçlerde asenkron bir elektrikli sürücüde vektör kontrolü ile, rotor akı bağlantısının, stator ve rotor akımlarındaki bir değişiklikle geçici süreçlerde rotor akı bağlantısının değiştiği skaler kontrolün aksine, rotor akı bağlantısının sabitliğini korumak mümkündür, bu da elektromanyetik momentin değişim hızında bir azalmaya yol açar. Rotor akı bağlantısının sabit tutulabildiği bir vektör kontrol sürücüsünde, elektromanyetik tork, stator akım bileşeninin hızla değişmesi kadar hızlı değişir (bir DC makinedeki armatür akımı değiştiğinde tork değişimine benzer).
Kontrol bağlantısındaki vektör kontrolü ile, kontrollü bir elektrikli sürücünün matematiksel bir modelinin varlığı ima edilir. Vektör kontrol modları aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir:
1. Kontrol bağlantısında kullanılan elektrik motorunun matematiksel modelinin doğruluğuna göre:
... Elektrik motorunun parametrelerinin kontrol cihazı tarafından ek açıklayıcı ölçümler olmaksızın matematiksel bir modelin kullanılması (sadece kullanıcı tarafından girilen tipik motor verileri kullanılır);
Bir elektrik motorunun parametreleri için bir kontrol cihazı tarafından ek açıklayıcı ölçümler içeren matematiksel bir modelin kullanılması, yani. aktif ve reaktif stator/rotor dirençleri, motor voltajı ve akımı.
2. Hız geri beslemesinin (hız sensörü) varlığına veya yokluğuna bağlı olarak, vektör kontrolü şu şekilde ayrılabilir:
Hız geri beslemesiz motor kontrolü - bu durumda kontrol cihazı, motorun matematiksel modelinin verilerini ve stator ve/veya rotor akımını ölçerek elde edilen değerleri kullanır;
Hız geri beslemeli motor kontrolü - bu durumda, cihaz sadece elektrik motorunun stator ve / veya rotor akımını ölçerken elde edilen değerleri (önceki durumda olduğu gibi) değil, aynı zamanda hız (konum) verilerini de kullanır. rotorun, bazı kontrol görevlerinde elektrikli tahrik tarafından hız (konum) referansının doğruluğunu artırmaya izin veren sensörden.

Vektör kontrolünün temel yasaları şunları içerir:
a. Stator ψ1'in manyetik akı bağlantısının sabitliğini sağlayan yasa (Evnesh / f'nin sabitliğine karşılık gelir).
B. Hava boşluğunun ψ0 manyetik akı bağlantısının sabitliğini sağlayan yasa (sabitlik E / f);
v. Rotor ψ2'nin manyetik akı bağlantısının sabitliğini sağlayan yasa (sabitlik Evnut / f).
Stator akı bağlantısının sabitliğini koruma yasası, stator EMF'sinin alanın açısal frekansına sabit bir oranı korunurken gerçekleştirilir. Bu yasanın ana dezavantajı, yüksek frekanslarda çalışırken motorun aşırı yük kapasitesinin azalmasıdır. Bunun nedeni, stator endüktif direncindeki bir artış ve dolayısıyla artan yük ile stator ve rotor arasındaki hava boşluğundaki akı bağlantısındaki azalmadır.
Sabit bir ana akışın sürdürülmesi motorun aşırı yük kapasitesini arttırır, ancak kontrol sisteminin donanım uygulamasını zorlaştırır ve makinenin tasarımında değişiklikler veya özel sensörlerin varlığını gerektirir.
Sabit bir rotor akı bağlantısını korurken, motor torku maksimum değildir, ancak yükteki bir artışla ana manyetik akı artar, bu da manyetik devrelerin doygunluğuna ve sonuç olarak sabit tutmanın imkansızlığına yol açar. rotor akı bağlantısı.

Statordaki voltaj frekansını değiştirerek asenkron bir elektrikli sürücü ile hız düzenleme yasalarının karşılaştırmalı değerlendirmesi

Şekil 1, V.S.'nin çalışmasında gerçekleştirilen çeşitli frekans kontrol yasaları ile Pn = 18,5 kW gücünde bir asenkron motorun enerji performansının teorik çalışmalarının sonuçlarını göstermektedir. Petrushina ve Ph.D. AA Tankova "Farklı kontrol yasalarına sahip bir frekans sürücüsündeki asenkron motorun enerji göstergeleri." Bu motoru test ederken yapılan deneyin sonuçları (frekans kontrol yasası U / f = const) orada da verilmiştir. Motor, 500 - 2930 rpm hız aralığında 30,5 Nm sabit torkla yükte çalıştırıldı.
Elde edilen bağımlılıkları karşılaştırarak, ikinci grubun kontrol yasalarını kullanırken düşük hız bölgesinde verimliliğin %7-21 daha yüksek ve güç faktörünün %3-7 daha düşük olduğu sonucuna varabiliriz. Hız arttıkça farklar azalır.

1. Kontrol aralığında verimlilik (a) ve cosφ (b) değişikliği: 1 - deneysel bağımlılıklar; farklı kontrol yasaları için hesaplanan bağımlılıklar: 2 - U / f = sabit, 3 - Evnes / f = sabit, 4 - E / f = sabit, 5 - Evnut / f = sabit.
Bu nedenle, vektör kontrol yasaları, yalnızca statik ve dinamik modlarda elektrikli sürücünün daha iyi kontrolünü sağlamakla kalmaz, aynı zamanda motorun ve buna bağlı olarak tüm sürücünün verimliliğinde bir artış sağlar. Bununla birlikte, sabit akı bağlantısının muhafaza edildiği tüm yasaların belirli dezavantajları vardır.
Sabit bir akı bağlantısını sürdürmeye ilişkin yasaların yaygın bir dezavantajı şunlardır: motora yerleşik sensörlerin varlığı nedeniyle düşük güvenilirlik ve motor, nominal değerden daha düşük bir yük torkuyla çalışırken çelikteki kayıplar. Bu kayıplar, çeşitli çalışma modlarında sabit bir nominal akı bağlantısının sürdürülmesi ihtiyacından kaynaklanır.
Yük momentinin (kayma) büyüklüğüne bağlı olarak statorun (rotorun) manyetik akısını düzenleyerek motorun verimini önemli ölçüde artırmak mümkündür. Bu kontrolün dezavantajları, rotor zaman sabitinin büyük değeri nedeniyle, makinenin manyetik akısının bir miktar gecikmeyle geri yüklendiği ve kontrol sisteminin teknik uygulamasının karmaşıklığı nedeniyle sürücünün düşük dinamik özellikleridir. .
Uygulamada, şaft üzerinde sabit bir direnç momenti ve sık şok yük uygulamaları ile çalışan dinamik elektrikli sürücüler için sabit bir manyetik akıya sahip bir grup yasa yaygınlaşmıştır. Şaft üzerindeki yükün bir fonksiyonu olarak manyetik akının düzenlenmesi ile ilgili yasalar grubu, düşük dinamik elektrikli sürücüler ve “fan” yüküne sahip sürücüler için kullanılır.

1

Bir elektrikli sürücünün frekans kontrolünü tasarlarken, motorda devam eden elektromekanik süreçlerin özelliklerini tam olarak dikkate alan yeterli modeller oluşturmak gerekli hale gelir. Modelleri test etmek için gerçek ekipman üzerinde fiziksel olarak gerçekleştirilebilir bir işlemle karşılaştırmak gerekir, bu bağlamda modelin yeterliliğini test etmek için gerçek elektrik motorlarının parametrelerinin belirlenmesi gerekli hale gelir. Makale, asenkron bir elektrik motorunun vektör kontrolünün matematiksel bir modelini açıklamaktadır. Model, çalışması sırasında elektrik motorundaki elektromekanik süreçleri izlemenizi sağlar. Elektrik motorunun çalışmasını karakterize eden mekanik ve elektriksel geçiş grafikleri elde edildi. Yük aralığında açıkça bir artış gösteren vektör kontrollü bir elektrik motorunun mekanik bir özelliği oluşturulmuştur. Modelin yeterliliği değerlendirildi. Matlab paketine bir uygulama olan Simulink grafik simülasyon ortamında matematiksel deneyler ve model oluşturma gerçekleştirilmiştir.

çevirici

matematiksel model

mekanik karakteristik

vektör kontrolü

asenkron motor

1. Vinogradov A.B. AC sürücülerin vektör kontrolü / GOU VPO "V.I. Lenin'in ". - İvanovo, 2008 .-- 297 s.

2. Lihodedov A.D. Bir asenkron motorun mekanik özelliklerinin yapımı ve onaylanması // Modern bilim ve eğitim sorunları. - 2012. - No. 5. - URL: http://www..09.2012).

3. Usoltsev A.A. Asenkron motorların vektör kontrolü: elektromekanik çevrim disiplinleri üzerine bir ders kitabı. - SPb., 2002.

4. Shuvalov G.A. Frekans dönüştürücü kullanarak elektrik tasarrufu // Elektrikli ekipman: çalıştırma ve onarım. - 2012. - No. 2.

5. Blaschke, F. Das Prinzip der Feldorientierung, Grundlage für die Transvector-Regelung von Drehfeldmaschinen (Almanca), Siemens-Zeitschrift 45, Heft 10, 1971.

6. PLC kolaydır !! Vektör kontrolü. - URL: http://plc24.ru/vektornoe-upravlenie/ (erişim tarihi: 12.09.2012).

Vektör kontrollü asenkron elektrikli sürücünün geliştirilmesi

Enerji dönüştürücüler olarak yarı iletken frekans dönüştürücüler kullanan AC sürücüleri kontrol etmenin iki ana yolunu ayırt etmek gelenekseldir: frekans ve vektör.

Frekans kontrolü durumunda, elektronik cihazda frekans kontrolünün statik yasalarından biri (örneğin, vb.) uygulanır. Kontrol sisteminin çıkışında inverterin çıkış geriliminin frekansı ve genliği cinsinden bir referans oluşturulur. Bu tür sistemlerin uygulama alanı: artan statik ve dinamik gereksinimlerin uygulanmadığı asenkron elektrikli tahrik, fanlar, pompalar ve diğer genel endüstriyel mekanizmalar.

Vektör kontrolü ile değişkenlerin anlık değerlerine göre kontrol yapılır. Sayısal vektör sistemlerinde kontrol, eşdeğer (kontrol ayrıklık aralığı üzerinden ortalama) değişkenlerle gerçekleştirilebilir.

1971'de Blaschke, rotor akı bağlantısı boyunca koordinat sisteminin oryantasyonu ile IM'nin vektör modelinin kullanıldığı bir asenkron motor için bir kontrol sistemi oluşturma ilkesini önerdi. Bu ilke aynı zamanda doğrudan tork kontrolü olarak da adlandırılır. Vektör kontrolü, kontrol aralığını, kontrol doğruluğunu önemli ölçüde artırabilir ve elektrikli sürücünün hızını artırabilir. Bu yöntem, motor torkunun doğrudan kontrolünü sağlar.

Tork, heyecan verici bir manyetik alan oluşturan stator akımı tarafından belirlenir. Doğrudan tork kontrolü ile, stator akımının genliğine ve fazına ek olarak, yani akım vektörünü değiştirmek gerekir. "Vektör kontrolü" teriminin nedeni budur.

Akım vektörünü ve dolayısıyla stator manyetik akısının dönen rotora göre konumunu kontrol etmek için, herhangi bir zamanda rotorun tam konumunu bilmek gerekir. Problem, ya harici bir rotor konum sensörü yardımıyla ya da diğer motor parametreleri hesaplanarak rotorun konumu belirlenerek çözülür. Bu parametreler olarak stator sargılarının akım ve gerilimleri kullanılır.

Hız geri besleme sensörü olmayan vektör kontrollü bir VFD daha ucuzdur, ancak vektör kontrolü, frekans dönüştürücüden büyük hacimli ve yüksek hesaplama hızı gerektirir. Ek olarak, düşük, sıfıra yakın dönüş hızlarında doğrudan tork kontrolü için, frekans kontrollü bir elektrikli sürücünün hız geri beslemesi olmadan çalışması imkansızdır. Hız geri besleme sensörlü vektör kontrolü, 1: 1000 ve daha yüksek bir kontrol aralığı, hız kontrol doğruluğu - yüzde yüzde biri, tork doğruluğu - yüzde birkaç sağlar.

Vektör kontrol modunda IM ve SM'nin güç kaynağı, herhangi bir zamanda stator voltajı (veya akım) vektörünün gerekli genliğini ve açısal konumunu sağlayabilen invertörden gerçekleştirilir. Rotor akı bağlantı vektörünün genliğinin ve konumunun ölçümü, bir gözlemci (sistemin ölçülmeyen parametrelerini kurtarmayı mümkün kılan matematiksel bir aparat) yardımıyla gerçekleştirilir. Elektrikli sürücünün çalışma koşullarına bağlı olarak, elektrik motorunu hem normal doğrulukta modlarda hem de hız veya tork görevinden daha yüksek doğrulukta çalışma modlarında kontrol etmek mümkündür. Bu nedenle, örneğin, bir frekans dönüştürücü, hız sensörü olmadan vektör kontrolü ile ±% 0.2, hız sensörü ile tam vektör kontrolü ile V / f modunda ±% 2-3 dönüş hızını koruma doğruluğu sağlar, bir doğruluk ± %0.01 garanti edilir.

AM vektör kontrolünün genel prensibi

Gelecekte, aşağıdaki koordinat sistemleri endekslerini kullanacağız: a-b - stator sargısının faz ekseni a boyunca yönlendirilmiş sabit koordinat sistemi (); xy - rotor () ile eşzamanlı olarak dönen ve sargısının a faz ekseni boyunca yönlendirilen koordinat sistemi; d-q - rotor akı bağlantısı () ile senkronize olarak dönen ve yönüne yönlendirilmiş koordinat sistemi; m-n, keyfi bir hızda dönen, keyfi olarak yönlendirilmiş bir koordinat sistemidir.

AM kontrol sisteminin genel modelleme ve yapım ilkesi, bunun için elektromanyetik momenti belirleyen herhangi bir vektör yönünde sürekli olarak yönlendirilen bir koordinat sisteminin kullanılmasıdır. O zaman bu vektörün başka bir koordinat eksenine izdüşümü ve elektromanyetik moment için ifadedeki karşılık gelen terim sıfıra eşit olacaktır ve resmi olarak, orantılı olan bir DC motorun elektromanyetik momenti ifadesiyle aynı formu alır. armatür akımına ve ana manyetik akıya büyüklük.

Koordinat sisteminin rotorun akı bağlantısı boyunca yönlendirilmesi durumunda ( ) an şu şekilde temsil edilebilir:

, (1)

rotor devresinin kaçak endüktansı nerede, mıknatıslanma devresinin endüktansı, kutup çiftlerinin sayısı, stator akımlarının koordinat sisteminin ekseni üzerindeki izdüşümüdür.

Bu ifadeye göre, rotor akı bağlantısının sabit olması koşuluyla, stator akımının enine eksen üzerindeki izdüşümünü değiştirerek elektromanyetik momenti kontrol etmek mümkündür. Bir kontrol sistemi oluşturmak için bir denklem seçimi önemli bir rol oynar, çünkü özellikle kısa devre tansiyonu için birçok değer ölçülemez. Ek olarak, bu seçim, sistemin transfer fonksiyonlarının karmaşıklığını önemli ölçüde etkiler, bazen denklemlerin sırasını birkaç kez arttırır.

AM için bir vektör kontrol sistemi oluşturmak için, koordinat sisteminin yönlendirileceği bir vektörü ve elektromanyetik moment için karşılık gelen ifadeyi seçmeniz ve ardından stator denklemlerinden içerdiği değerleri belirlemeniz gerekir. ve/veya rotor devresi (2):

, (2, bir)

, (2, b)

stator sargılarının voltajı vektör biçiminde nerede; - stator ve rotor sargılarının aktif dirençleri; zaman içindeki akımlardaki bir değişiklik nedeniyle zamanla akı bağlantısındaki bir değişiklikle ilişkili bileşenler ve ilgili elektrik makinesindeki uyarılma işlemlerine benzer şekilde EMF dönüşümü olarak adlandırılır; bileşenler, rotorun dönmesi nedeniyle akı bağlantısındaki bir değişiklikle ilişkilidir ve dönme EMF'si olarak adlandırılır.

Rotor akı bağlantısını bir referans vektörü olarak seçersek ve koordinat sistemini gerçek ekseni yön ile çakışacak şekilde yönlendirirsek, koordinat sisteminin açısal dönme frekansı stator beslemesinin açısal frekansına eşit olacaktır, dan beri stator ve rotor akı bağlantılarının vektörleri aynı frekansta döner. Rotor akı bağlantı vektörünün kullanılması teorik olarak IM'nin büyük bir aşırı yük kapasitesi sağlar.

Bu durumda, stator akım vektörünün projeksiyonları, şu gerçeği dikkate alarak eşittir:

(3)

rotorun elektromanyetik zaman sabiti nerede.

Rotorun akı bağlantısını ve açısal frekansını ifade edelim:

(4)

Böylece, stator akımının projeksiyonunu kullanarak, rotor akı bağlantısını kontrol etmek mümkündür ve bu kanalın transfer fonksiyonu, rotor zaman sabitine eşit bir zaman sabitine sahip periyodik olmayan bir bağlantıya karşılık gelir; ve projeksiyon yardımıyla rotor frekansını bağımsız ve ataletsiz olarak kontrol edebilirsiniz.

Bu durumda, AM'nin elektromanyetik momenti, belirli bir akı bağlantısında rotor akımlarının frekansı bilinerek belirlenebilir:

, (5)

İfadeler - stator akımının koordinat ekseni üzerindeki projeksiyonları, akı bağlantısı, rotor frekansı ve AM'nin elektromanyetik momenti arasındaki ilişkiyi belirleyin. İfadeden ve hareket denkleminden, tork kontrolünün iki giriş sinyali ile ataletsiz olarak gerçekleştirilebileceği sonucu çıkar: akı bağlantısı ve rotor frekansı. Bu sinyaller, ifadelerle stator akım vektörünün izdüşümleriyle ilgilidir. Bu nedenle vektör kontrol cihazı, ifadeler (3)'e göre dönüşümler gerçekleştiren bir koordinat ayrıştırma birimi (RK) ve ayrıca stator akım vektörünü IM rotorunun dönüşünün tersi yönde döndüren bir döndürücü içerir. Kontrol cihazı için giriş sinyalleri, hat gerilimi ve akı bağlantısına ve rotor frekansına karşılık gelen besleme geriliminin frekansı olacaktır. Koordinat ayrıştırma bloğunun adı, stator akım vektörünün bağımsız (bağımsız, bölünmüş) projeksiyonlarına karşılık gelen sinyaller üretme işlevinden gelir (Şekil 1).

Pirinç. 1. Koordinat dekuplaj ünitesinin blok diyagramı.

Elektromanyetik moment (5) ifadesinden ve genel hareket denkleminden, rotor frekans kontrol kanalı aracılığıyla AM'nin transfer fonksiyonunu elde etmek mümkündür:

mekanik zaman sabiti nerede. Bu aktarım işlevi bir DC motorla tamamen uyumludur, bu nedenle IM vektör kontrollü elektrikli sürücü sistemlerinin yapısı DC sürücülerden farklı değildir.

Kontrol cihazının, sadece bağlantılarının transfer fonksiyonlarına dahil edilen AM parametrelerinin gerçek değerlere karşılık gelmesi koşuluyla işlevlerini yerine getirebileceğine dikkat edilmelidir, aksi takdirde AM'deki ve içindeki akı bağlantısı ve rotor frekansı. kontrol cihazı birbirinden farklı olacaktır. Bu durum, pratikte vektör kontrol sistemlerinin uygulanmasında önemli zorluklar yaratır, çünkü BP parametreleri çalışma sırasında değişir. Bu, özellikle aktif dirençlerin değerleri için geçerlidir.

Koordinat dönüşümlerinin matematiksel açıklaması

Mevcut vektör sabit bir koordinat sisteminde (a, b) temsil ediliyorsa, o zaman orijinaline göre belirli bir açıyla açılmış yeni bir koordinat sistemine (x, y) geçiş (Şekil 2a), şuradan gerçekleştirilir: karmaşık sayıların argümanlarının aşağıdaki oranı:

Veya (7)

Pirinç. 2. Farklı koordinat sistemlerinde genelleştirilmiş akım vektörü.

Sabit bir açısal frekansta dönen bir koordinat sistemi için açıdır.

Koordinat dönüşümü genişletilmiş biçimde aşağıdaki gibi yazılabilir:

Buradan vektörün bileşenlerini matris formunda bulabilirsiniz:

, (9)

nerede, karşılık gelen sargıların akımlarının anlık değerleridir.

IM vektör kontrol sisteminin gerekli bir elemanı, vektörlerin koordinatlarını ifadeye (9) göre dönüştüren bir döndürücüdür.

Değişkenleri koordinat sisteminden (d, q) koordinat sistemine (a, b) dönüştürmek için aşağıdaki denklemleri kullanırız:

burada γ alan oryantasyonunun açısıdır. Döndürücünün blok şeması Şekil 3'te gösterilmiştir.

Pirinç. 3. Döndürücünün blok şeması.

Kan basıncının matematiksel modeli

Asenkron motor, koordinat sisteminde modellenmiştir - α, β. Bu koordinat sistemine karşılık gelen denklemler, denklem sistemi ile tanımlanır:

(11)

burada:,,, - koordinat sistemlerinde stator ve rotor akı bağlantı vektörlerinin bileşenleri; , - koordinat sistemlerinde stator gerilim vektörünün bileşenleri; - stator ve rotor sargılarının aktif dirençleri; - stator ve rotor sargılarının toplam endüktansları (17), (18); - stator ve rotorun elektromanyetik kuplajının katsayıları (12), (13); p kutup çiftlerinin sayısıdır; - rotorun mekanik hızı; J, motor rotorunun atalet momentidir; - motor milindeki direnç momenti.

Sargıların toplam endüktanslarının değerleri ve stator ve rotorun elektromanyetik kuplajının katsayıları aşağıdaki formüllerle hesaplanır:

burada: - kaçak endüktans; - mıknatıslama devresinin endüktansı,

burada: - stator ve rotor sargılarının endüktif kaçak direnci; - mıknatıslama devresinin endüktif direnci; f, statora sağlanan voltajın frekansıdır.

Koordinatlarda (11) bir diferansiyel denklem sistemini çözerken, motorda meydana gelen süreçler hakkında fikir veren durum değişkenlerinin (örneğin, tork ve hız) dinamik bir mekanik karakteristik ve zaman özelliklerini elde etmek mümkündür. . Motorun stator sargısına sağlanan voltajın bileşenleri aşağıdaki formülle hesaplanır:

(19)

burada U, statora sağlanan voltajın etkin değeridir.

Denklemlerin çözümü, sistemin her bir diferansiyel denkleminin sol ve sağ taraflarının entegrasyonuna indirgenir:

(20)

Akım-zaman bağımlılıkları şu denklemlerle hesaplanır:

(21)

AD DMT f 011-6y1'in pasaport verileri makalede verilmiştir.

Şekil 4, rotor akı bağlantısı boyunca yönlendirilmiş bir koordinat sisteminde bir stator akımı tarafından kontrol edilen bir IM modelini göstermektedir.

Pirinç. 4. Simulink ortamında AM vektör kontrol modeli:

AD - asenkron motor;

UU - aşağıdakileri içeren kontrol cihazı: RK - koordinat ayırma birimi, R - döndürücü;

H, yatakların direncini de hesaba katan yüktür.

AM vektör kontrol modeli, çalışması sırasında asenkron bir motorda meydana gelen elektromanyetik süreçleri izlemenizi sağlar.

Aşağıdaki grafik (Şekil 5), modelle elde edilen vektör kontrollü bir elektrik motorunun mekanik karakteristiğini, tam ölçekli bir deneyde elde edilen kontrolörsüz bir elektrik motorunun mekanik karakteristiği ile karşılaştırmalı olarak göstermektedir.

Pirinç. 5. Mekanik özelliklerin karşılaştırılması.

Grafikten de görebileceğiniz gibi, vektör kontrolü ile asenkron motorun mekanik karakteristiği sertleşir ve bunun sonucunda aşırı yük aralığı genişler. 0 ila 153 Nm aralığındaki özelliklerin değerleri önemsiz derecede farklıdır, hata sadece% 1.11'dir, bu nedenle elde edilen matematiksel model gerçek bir motorun çalışmasını yeterince yansıtır ve mühendislik uygulamasında deneyler için kullanılabilir.

Çözüm

Vektör kontrolünün kullanılması, besleme voltajının genliğini ve fazını değiştirerek elektrik motorunun elektromanyetik torkunu doğrudan kontrol etmeyi mümkün kılar. Bir asenkron motorun vektör kontrolü için, önce stator ve rotor üzerinde iki sargısı olan basitleştirilmiş iki kutuplu bir makineye getirmelisiniz, buna göre stator, rotor ve alanla ilişkili koordinat sistemleri vardır. Vektör kontrolü, ayarlanabilir bir elektrik motorunun matematiksel modelinin kontrol bağlantısındaki varlığı ifade eder.

Tanımlanan modelin çalışması sırasında elde edilen mekanik özellikler, vektör kontrolü ile ilgili teorik bilgileri doğrular. Model yeterlidir ve daha sonraki deneyler için kullanılabilir.

İnceleyenler:

Shvetsov Vladimir Alekseevich, Teknik Bilimler Doktoru, RES Kamçatka Devlet Teknik Üniversitesi, Petropavlovsk-Kamchatsky Bölümü Profesörü.

Potapov Vadim Vadimovich, Teknik Bilimler Doktoru, Uzak Doğu Federal Üniversitesi Petropavlovsk-Kamchatsky şubesi profesörü.

bibliyografik referans

Likhodedov A.D., Portnyagin N.N. ASENKRON ELEKTRİK SÜRÜCÜNÜN VEKTÖR KONTROLÜNÜN MODELLENMESİ // Modern bilim ve eğitim sorunları. - 2013. - No. 1;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8213 (erişim tarihi: 18.03.2019). "Doğa Bilimleri Akademisi" tarafından yayınlanan dergileri dikkatinize sunuyoruz.

Enerji tasarrufunun en iyi bilinen yöntemi, bir AC motorun hızını azaltmaktır. Güç, şaft hızının küpü ile orantılı olduğundan, hızda küçük bir azalma önemli ölçüde elektrik tasarrufu sağlayabilir. Herkes bunun üretim için ne kadar alakalı olduğunu anlıyor. Fakat bu nasıl başarılabilir? Bu ve diğer soruları cevaplayacağız, ancak önce asenkron motorların kontrol türlerinden bahsedelim.

AC elektrikli tahrik, çoğu teknolojik süreç için temel teşkil eden elektromekanik bir sistemdir. İçinde önemli bir rol, "düetin ana kemanının çalınması" - asenkron motor (AM) başlığına karşılık gelen frekans dönüştürücüye (FC) aittir.

Bazı temel fizik

Okuldan, voltajın iki nokta arasındaki potansiyel fark olduğu ve frekansın akımın kelimenin tam anlamıyla bir saniyede geçmeyi başardığı periyotların sayısına eşit bir değer olduğu konusunda net bir fikrimiz var.

Teknolojik sürecin bir parçası olarak, genellikle ağın çalışma parametrelerini değiştirmek gerekir. Bu amaçla frekans dönüştürücüler vardır: skaler ve vektör. Neden böyle anılıyorlar? Başlangıç ​​olarak, her türün belirli özellikleri adlarından açıkça anlaşılır. Temel fiziğin temellerini hatırlayalım ve daha kısa yoldan basitlik için frekans dönüştürücüyü çağıralım. "Vektör"ün belirli bir yönü vardır ve vektörlerin kurallarına uyar. "Skaler"de bunlardan hiçbiri yoktur, bu yüzden onu kontrol etme yönteminin algoritması doğal olarak çok basittir. İsimler belli oldu. Şimdi matematiksel formüllerden çeşitli fiziksel niceliklerin birbiriyle nasıl ilişkili olduğu hakkında.

Hız düştüğünde torkun arttığını ve bunun tersini unutmayın. Bu, rotor ne kadar çok dönerse, statordan o kadar fazla akı geçeceği ve dolayısıyla daha fazla voltaj indükleneceği anlamına gelir.

Aynısı, düşündüğümüz sistemlerde çalışma prensibinde yatmaktadır, sadece "skaler"de stator manyetik alanı kontrol edilir ve "vektör"de stator ve rotor manyetik alanlarının etkileşimi bir rol oynar. durumda, teknoloji, tahrik sisteminin teknik parametrelerini iyileştirmeye izin verir.

Dönüştürücülerin teknik farklılıkları

Pek çok fark var, bilimsel bir kelime ağı olmadan en temel olanları vurgulayalım. Skaler (sensörsüz) bir frekans dönüştürücüde, U/F bağımlılığı doğrusaldır ve hız kontrol aralığı oldukça küçüktür. Bu arada, bu nedenle, düşük frekanslarda torku korumak için yeterli voltaj yoktur ve bazen çalışma koşulları için volt-frekans karakteristiğini (HFC) ayarlamak gerekir, aynısı 50 Hz'nin üzerindeki maksimum frekansta olur.

Şaft geniş bir yüksek hız ve düşük frekans aralığında döndüğünde ve ayrıca otomatik tork kontrolünün gereksinimleri karşılandığında, geri beslemeli vektör kontrol yöntemi kullanılır. Bu başka bir farktır: skaler genellikle böyle bir geri bildirime sahip değildir.

Ne tür bir acil durum seçilir? Esas olarak elektrikli sürücünün kapsamı tarafından yönlendirilen bir veya başka bir cihazın uygulanmasında. Ancak, özel durumlarda, frekans dönüştürücü tipinin seçimi değişken olmaz. Birincisi: fiyatta açık, gözle görülür bir fark var (skaler olanlar çok daha ucuz, pahalı bilgi işlem çekirdeklerine gerek yok). Bu nedenle, üretim maliyetindeki azalma bazen seçim kararından daha ağır basmaktadır. İkincisi: sadece kullanımlarının mümkün olduğu uygulama alanları vardır, örneğin birkaç elektrik motorunun tek bir motordan (VFD) eşzamanlı olarak kontrol edildiği konveyör hatlarında.

skaler yöntem

Skaler hız kontrollü (yani HFC) asenkron bir elektrikli sürücü günümüzde en yaygın olanı olmaya devam etmektedir. Yöntem, motor hızının çıkış frekansının bir fonksiyonu olduğu gerçeğine dayanmaktadır.

Skaler motor kontrolü, değişken yükün olmadığı ve ayrıca iyi dinamiklere gerek olmadığı durumlar için en iyi seçimdir. Skaler, çalışması için herhangi bir sensör gerektirmez. Söz konusu yöntemi kullanırken, vektör kontrolünde olduğu gibi pahalı bir dijital işlemciye gerek yoktur.

Yöntem genellikle otomatik kontrol, fan, kompresör ve diğer üniteler için kullanılır.Burada bir sensör kullanarak motor milinin dönüş hızını veya başka bir ayar göstergesini (örneğin, sıvının sıcaklığı, ilgili bir izleme cihazı tarafından izlenir).

Skaler kontrol ile besleme gerilimindeki frekans-genlik değişimi U / fn = const formülü ile belirlenir. Bu, motorda sabit bir manyetik akı sağlar. Yöntem oldukça basittir, uygulaması kolaydır, ancak bazı önemli dezavantajları yoktur:

• tork ve hızın aynı anda düzenlenmesi mümkün değildir, bu nedenle teknolojik açıdan en önemli olan değer seçilir;
• dar hız ayarı aralığı ve düşük hızlarda düşük tork;
• dinamik olarak değişen yük ile düşük performans.

Vektör yöntemi nedir?

vektör yöntemi

İyileştirme sürecinden kaynaklanır ve maksimum hız, geniş bir hız aralığında düzenleme ve şaft üzerinde kontrol edilebilir tork gerçekleştirme gereksinimine uygulanır.

Elektrikli tahriklerin en son modellerinde, motorun torkunu ve mil dönüş hızını hesaplayabilen bu tip kontrol sistemine (CS) motorun matematiksel bir modeli eklenir. Bu durumda sadece stator faz akım sensörlerinin kurulumu gereklidir.

Bugün yeterli sayıda avantaja sahipler:

• yüksek doğruluk;
• gerizekalı olmadan, kan basıncının düzgün dönüşü;
• geniş düzenleme yelpazesi;
• yük değişikliklerine hızlı yanıt;
• ısıtma ve manyetizasyon kayıplarının azaldığı motorun çalışma modunun sağlanması ve bu, verimde imrenilen bir artışa yol açar!

Avantajlar elbette açıktır, ancak vektör kontrol yöntemi, hesaplama karmaşıklığı ve kan basıncının teknik parametreleri hakkında bilgi ihtiyacı gibi dezavantajlardan yoksun değildir. Ek olarak, sabit bir yükte yüksek hızlı salınımların genlikleri "skaler" olanlardan daha büyüktür. Bir frekans dönüştürücü ("vektör") üretimindeki ana görev, düşük dönüş hızında yüksek tork sağlamaktır.

Darbe genişliği modülasyon ünitesine (PWM AVI) sahip bir vektör kontrol devresi şöyle görünür:

Gösterilen şemada, kontrol edilen nesne, şaft üzerindeki bir sensöre (DS) bağlı asenkron bir motordur. Gösterilen bloklar, gerçekte, kontrolörde uygulanan kontrol zincirindeki bağlantılardır. BZP bloğu, değişkenlerin değerlerini ayarlar. Mantık blokları (BRP) ve (BVP) değişken denklemleri düzenler ve hesaplar. Kontrolörün kendisi ve sistemin diğer mekanik kısmı elektrik panosunda bulunmaktadır.

Frekans mikrodenetleyicili seçenek

Frekans akımı / voltaj dönüştürücü, temel miktarların ve ayrıca ekipman çalışmasının diğer göstergelerinin düzgün düzenlenmesi için tasarlanmıştır. Dahili mikrodenetleyiciye programlanmış matematiksel modelleri kullanarak aynı anda "skaler" ve "vektör" olarak işlev görür. İkincisi özel bir panele monte edilmiştir ve otomasyon sisteminin bilgi ağının düğümlerinden biridir.

Blok denetleyici / frekans dönüştürücü, bobinleri kullandıkları devrede giriş gürültüsünün yoğunluğunu azaltan en son teknolojidir. Yurt dışında bu konuya özel önem verildiğine dikkat edilmelidir, ancak yurtiçi uygulamada, mantıklı bir düzenleyici çerçeve bile olmadığı için EMC filtrelerinin kullanımı hala zayıf bir bağlantıdır. Filtrelerin kendileri, ihtiyaç duyulmayan ve gerçekten ihtiyaç duyulan yerlerde daha sık kullanılır, bir nedenden dolayı unutulur.

Çözüm

Gerçek şu ki, ağdan normal çalışan bir elektrik motoru standart parametrelere sahip olma eğilimindedir, bu her zaman kabul edilemez. Bu gerçek, frekansı gerekli olana indirmek için çeşitli dişli mekanizmaları tanıtılarak ortadan kaldırılır. Bugüne kadar iki kontrol sistemi oluşturulmuştur: sensörsüz ve geri beslemeli sensör sistemi. Temel farkları kontrol doğruluğudur. En doğrusu, elbette, ikincisidir.

Mevcut çerçeve, gelişmiş bir düzenleme kalitesi ve yüksek bir aşırı yük kapasitesi sağlayan çeşitli modern AM kontrol sistemlerinin kullanımıyla genişlemektedir. Bu faktörler, maliyet etkin üretim, ekipman ömrü ve ekonomik enerji tüketimi için büyük önem taşımaktadır.

Elektrikli sürücünün sabit hızındaki herhangi bir değişiklik veya bakım, motor tarafından geliştirilen torkun hedeflenen bir şekilde düzenlenmesini sağlar. Moment, motorun bir parçası tarafından oluşturulan akının (akı bağlantısı) diğer parçadaki akımla etkileşimi sonucu oluşur ve bu iki uzaysal moment üreten vektörün vektör ürünü tarafından belirlenir. Bu nedenle, motor tarafından geliştirilen torkun büyüklüğü, her vektörün modülleri ve aralarındaki uzaysal açı tarafından belirlenir.

İnşa ederken skaler kontrol sistemleri moment üreten vektörlerin sadece sayısal değerleri (modülleri) kontrol edildi ve düzenlendi, ancak uzamsal konumları kontrol edilmedi. Vektör kontrol prensibi kontrol sisteminin, moment üreten vektörlerin birbirine göre sayısal değerini ve uzaydaki konumunu kontrol etmesi gerçeğinde yatmaktadır. Bu nedenle, vektör kontrolünün görevi, motor sargılarındaki akımların anlık değerlerinin, genelleştirilmiş akım ve akı bağlantılarının vektörleri, gerekli olanın oluşturulmasını sağlayan uzayda bir konum işgal edecek şekilde belirlenmesi ve zorla ayarlanmasından oluşur. elektromanyetik moment.

Motor tarafından üretilen elektromanyetik moment:

burada m tasarım faktörüdür; , 2 - mekansal

anı oluşturan akımların veya akı bağlantılarının vektörleri; X - moment üreten vektörler arasındaki uzamsal açı.

(6.53)'ten aşağıdaki gibi, torku oluşturan akımların (akı bağlantılarının) minimum değerleri, vektörler ise gerekli tork değeri için olacaktır. NS ve 2 birbirine dik, yani. X = °.

Vektör kontrol sistemlerinde, vektörlerin mutlak uzamsal konumunun belirlenmesine gerek yoktur ve 2 stator veya rotor eksenlerine göredir. Bir vektörün diğerine göre konumunu belirlemek gerekir. Bu nedenle, vektörlerden biri olarak alınır. temel, ve diğerinin konumu açıyı kontrol eder X.

Buna dayanarak, vektör kontrol sistemlerini kurarken, temel vektöre bağlı koordinatlarda (koordinatlar) ifade edilen elektromanyetik ve elektromekanik süreçlerin matematiksel açıklamasından devam edilmesi tavsiye edilir. ve- v). Böyle bir matematiksel açıklama § 1.6'da verilmiştir.

Temel vektör olarak alıp koordinat eksenini yönlendirirsek ve bu vektör için, (1.46)'dan yola çıkarak aşağıdaki denklem sistemini elde ederiz:

Bu denklemlerde? v =, vektör koordinat ekseniyle çakıştığı için ve.

İncirde. 6.31, eksenlerdeki akımların ve akı bağlantılarının bir vektör diyagramını sunar ve- v ^ oryantasyon koordinatları ve rotor bağlantısının vektörü boyunca. Vektör diyagramından anlaşılacağı

Pirinç. B.31. Eksenlerdeki akı bağlantılarının ve akımların vektör diyagramı u-v NS m

Sabitlik (veya yavaş değişim) ile n rotor ayırma d "Vu / dt = sonuçlanan ben ve = ve Г = yji u + ben v = ben v

Bu durumda rotor akım vektörü G rotor akı bağlantısına dik. 0 rotorunun kaçak akısı, makine boşluğundaki akıdan önemli ölçüde daha az olduğundan NS daha sonra rotorun sabit bir akı bağlantısı ile, stator akım vektörünün izdüşümü koordinat ekseni v üzerine olduğunu varsayabiliriz. ben v eşittir | / "| veya /

Kabul edilen koordinat sisteminin avantajı u-v Bir asenkron motorun torkunun ve hızının vektör kontrolü için bir sistem oluşturmak, motor torkunun (6.54) birbirine dik iki vektörün skaler ürünü olarak tanımlanmasıdır: rotor akı bağlantısı * P ve stator akımının aktif bileşeni Torkun böyle bir tanımı, örneğin DC motorlar için tipik olan bağımsız uyarma, otomatik bir kontrol sistemi oluşturmak için en uygun olanıdır.

Vektör kontrol sistemi. Bu tür bir yönetimin yapısal diyagramı aşağıdaki ilkelere dayanmaktadır:

• ? iki kanallı bir kontrol sistemi, rotor akı bağlantısını stabilize etmek için bir kanaldan ve hızı (torku) düzenlemek için bir kanaldan oluşur;
• ? her iki kanal da bağımsız olmalıdır, yani. bir kanalın düzenlenmiş değerlerindeki bir değişiklik diğerini etkilememelidir;
• ? Hız (tork) kontrol kanalı, stator akımı / v bileşenini kontrol eder. Tork kontrol döngüsünün çalışma algoritması, DC motorların bağımlı hız kontrol sistemlerindekiyle aynıdır (bkz. § 5.6) - hız kontrol cihazının çıkış sinyali motor torku için referanstır. Bu görevin değerini rotor akı bağlantı modülüne bölmek ve stator akımının bileşeni için görevi alıyoruz ben v (şek. 6.32);
• ? her kanal bir dahili akım döngüsü içerir / v ve ben ve gerekli düzenleme kalitesini sağlayan mevcut düzenleyiciler ile;
• ? elde edilen akım değerleri ben v ve ben ve koordinat dönüşümleri aracılığıyla değerlere dönüştürülür ben bir ve / p iki fazlı sabit koordinat sisteminin a - (3 ve daha sonra üç fazlı koordinat sisteminde stator sargılarındaki gerçek akımların ayarında ABC;
• ? Hesaplamalar ve geri beslemelerin oluşumu için gerekli hız, rotor dönüş açısı, stator sargılarındaki akımlar uygun sensörler tarafından ölçülür ve daha sonra ters koordinat dönüşümleri kullanılarak bu büyüklüklerin koordinat eksenlerine karşılık gelen değerlerine dönüştürülür. u-v.

Pirinç.

Bu kontrol sistemi, torkun hızlı kontrolünü ve sonuç olarak mümkün olan en geniş aralıkta (10.000: 1'in üzerinde) hızı sağlar. Bu durumda, bir endüksiyon motorunun momentinin anlık değerleri, kritik anın pasaport değerini önemli ölçüde aşabilir.

Kontrol kanallarını birbirinden bağımsız hale getirmek için, her kanalın girişine çapraz dengeleme sinyalleri e K0MPU ve e compm verilmelidir (bkz. Şekil 6.32). Bu sinyallerin değeri stator devresinin (6.54) denklemlerinden bulunur. Karşılık gelen akımlar ve endüktanslar (1.4) aracılığıyla ve ChK 1u'nun ifade edilmesi ve eksen yönlendirildiği zaman dikkate alınması ve rotorun akı bağlantısı vektörü boyunca H / | y = 0 şunu elde ederiz:

nerede bulacağız

nerede dağılma katsayısı.

(6.54)'te (6.54)'ün değiştirilmesi ve dikkate alınan kontrol sisteminde dikkate alınması d x V 2u / dt = 0, alırız

veya

sabit zaman sabitleri; e ve ve e v - Eksenler boyunca dönme EMF'si sen-v

Bağımsız değerler ayarlamak için ben ve ve / v'nin telafi edilmesi gerekiyor e ve ve e v dengeleme voltajlarının tanıtımı:

Vektör kontrolünün ilkelerini uygulamak için, rotor akı bağlantı vektörünün modülünü ve açısal konumunu doğrudan matematiksel bir modelle ölçmek veya hesaplamak (tahmin etmek) gereklidir. Hall sensörleri kullanılarak makinenin hava boşluğundaki akışın doğrudan ölçümü ile bir asenkron motorun vektör kontrolünün fonksiyonel diyagramı Şek. 6.33.

Pirinç. BZZ. Bir asenkron motorun doğrudan vektör kontrolünün fonksiyonel diyagramı

Devre iki kontrol kanalı içerir: rotor akı bağlantısının * Р 2 düzenlenmesi (stabilizasyonu) için bir kanal ve bir hız kontrol kanalı. İlk kanal, sinyali makine boşluğundaki akışı ölçen Hall sensörleri kullanılarak oluşturulan bir PI akı bağlantı kontrolörü RP ve akı bağlantı geri beslemesini içeren bir harici rotor akı bağlantı döngüsü içerir. NS? T ai eksenleri boyunca (3. Akının gerçek değerleri daha sonra PP bloğunda a ve p eksenleri boyunca rotor akı bağlantısının değerlerine yeniden hesaplanır ve VF vektör filtresi kullanılarak, modülün modülü Akı bağlantı regülatörü RP'ye negatif geri besleme sinyali olarak beslenen ve hız kontrol kanalında bölücü olarak kullanılan rotor akı bağlantı vektörü bulunur.

İlk kanalda, akı bağlantı devresi, iç akım devresine tabidir. ben ve, PI-akım kontrolörü RT1 ve faz dönüştürücü PF2 ve koordinat dönüştürücü KP1 kullanılarak stator faz akımlarının gerçek değerlerinden hesaplanan akımın / 1i'nin gerçek değeri hakkında geri bildirim içeren. Akım regülatörü PT1'in çıkışı voltaj referansıdır. ulu, ikinci kanalın telafi sinyalinin eklendiği e kshpi(6.57). Alınan voltaj referans sinyali, koordinat KP2 ve faz PF2 dönüştürücüler vasıtasıyla frekans dönüştürücünün çıkışında belirtilen değerlere ve voltaj fazlarına dönüştürülür.

Rotorun akı bağlantısını düzenleyen kanal, sürücünün tüm çalışma modlarında x P 2set ayar değerinde sabit bir Ch * 2 akı bağlantısını korur. Alanı zayıflatmak gerekirse H*^ küçük bir değişim oranı ile belirli sınırlar içinde değişebilir.

İkinci kanal, motorun hızını (torkunu) düzenlemek için tasarlanmıştır. Harici bir hız döngüsü ve ikincil bir dahili akım döngüsü / 1u içerir. Hız referansı, hızlanmayı ve gerekli hız değerini belirleyen RI yoğunluk üretecinden gelir. Hız geri beslemesi, bir DS hız sensörü veya bir rotor açısal konum sensörü aracılığıyla gerçekleştirilir.

PC hız kontrol cihazı, elektrikli sürücü gereksinimlerine bağlı olarak oransal veya oransal-entegre olarak kabul edilir. Hız regülatörünün çıkışı, L/R motor tarafından geliştirilen torka referanstır. Tork, Ch / 2 rotorunun akı bağlantısı ile akımın ürününe eşit olduğundan, tork ayarının değerini OBD'nin bölme ünitesine bölerek Yığın H / 2'de, akım regülatörü PT2'nin girişine beslenen mevcut referansın değerini alıyoruz. Diğer sinyal işleme, ilk kanala benzer. Sonuç olarak, genelleştirilmiş stator gerilim vektörünün her bir zaman noktasındaki değeri ve uzamsal konumu belirleyen fazlarda motor besleme gerilimi için bir referans elde ederiz!? Koordinatlardaki değişkenlerle ilgili sinyallerin - DC sinyalleri olduğunu ve hava koordinatlarındaki akımları ve voltajları yansıtan sinyallerin sadece modülü değil, karşılık gelen voltaj ve akımın frekansını ve fazını da belirleyen AC sinyalleri olduğuna dikkat edin.

Dikkate alınan vektör kontrol sistemi şu anda mikroişlemciler bazında dijital biçimde uygulanmaktadır. Vektör kontrolünün çeşitli yapısal şemaları geliştirilmiştir ve yaygın olarak kullanılmaktadır, bu da ayrıntılarda dikkate alınandan farklıdır. Bu nedenle, şu anda, akı bağlantılarının gerçek değerleri, manyetik akı sensörleri tarafından ölçülmez, ancak ölçülen faz akımları ve voltajlarına dayalı olarak motorun matematiksel bir modeli kullanılarak hesaplanır.

Genel olarak vektör kontrolü, AC motorları kontrol etmenin en etkili yolu olarak değerlendirilebilir ve yüksek doğruluk ve kontrol hızı sağlar.

Bir frekans dönüştürücünün kullanılması, önemli sorunları çözmeyi amaçlar. Elektrik motorunun tork ve hız kontrolünün uygulanmasından oluşurlar. Bu gereksinimler, motor akımının yanı sıra torku da kabul edilebilir değerlerle sınırlama ihtiyacını gösterir. Bu, başlatma, frenleme ve yük değişiklikleri sırasında yapılır.

Bu, frekans dönüştürücü mekanizmasındaki dinamik şok yüklerini sınırlamak için gereklidir. Aynı zamanda, çalışma sırasındaki aşırı yükler ve sürekli olarak gerçekleştirilen motor torkunun ayarlanması ihtiyacı not edilir. Ayrıca, bir işçi olan makineler üzerindeki çabaların doğru bir şekilde desteklenmesi gerektiğinde bu tür eylemlerin uygulanması gerekmektedir. Bu duruma bir örnek, metal işleme makinelerinde kullanılan tahriklerdir.

Hızı ayarlarken ve torku değiştirirken çeşitli sorunları çözmenize izin veren çeşitli frekans kontrol yöntemleri vardır, bunlar arasında - iki ana yöntem - vektör ve skaler... Her birinin daha ayrıntılı olarak tartışılması gereken kendine has özellikleri vardır.

İlk kontrol yöntemi skaler... Skaler kontrolün özelliği, yaygınlığında yatmaktadır ve uygulama alanı, pompa ve fan tahrikleriyle ilişkilidir. Ek olarak, belirli bir teknolojik parametrenin korunmasının önemli olduğu yerlerde skaler kontrol yöntemine sahip frekans dönüştürücüler kullanılır. Bu, örneğin boru hattındaki basınç olabilir. Besleme geriliminin genliği ve frekansının değiştirilmesi, bu yöntemin dayandığı temel ilke olarak işlev görür. Bu durumda U/f yasası kullanılır. Hız regülasyonu için en geniş aralık 1:10'dur.
Skaler yöntemin ek özellikleri, doğal uygulama kolaylığıdır. Şaftın dönüş hızını doğru bir şekilde kontrol etmenin mümkün olmaması dezavantajı da vardır. Diğer bir özelliği ise motor şaftı üzerindeki skaler kontrollü frekans dönüştürücünün tork kontrolüne izin vermemesidir.

Frekans dönüştürücülerde kullanılan ikinci yöntem, vektör... Bu, sadece fazların harmonik akımlarının (voltajlarının) oluştuğu değil, aynı zamanda rotor manyetik akısının, yani motor şaftındaki torkun kontrolünün sağlandığı senkron ve asenkron motorları kontrol etme yöntemidir. Vektör kontrolü, çalışma sırasında yükün aynı frekansta değişebildiği durumlarda kullanılır, yani. anma torklarında genişletilmiş bir frekans kontrol aralığı elde etmenin gerekli olduğu durumlarda olduğu gibi yük torku ile dönme hızı arasında net bir ilişki yoktur.

Vektör kontrol sistemleri sensörsüz ve kapalı çevrim olmak üzere iki sınıfa ayrılır. Kapsam, belirli bir yöntemin uygulamasını belirlemenizi sağlar. Sensörsüz sistemlerin kullanımı, hız 1: 100'den fazla değişmediğinde ve bakım doğruluğu ±% 0,5'ten fazla olmadığında mümkündür. Sırasıyla 1: 1000 ve ±% 0.01'lik benzer göstergelerle, geri bildirim sistemlerinin kullanılması gelenekseldir.

Vektör kontrol yönteminin avantajları yük değişikliklerine göre reaksiyon hızıdır ve düşük frekanslar bölgesinde motorun dönüşü düzgünlük ile karakterize edilir, sarsıntı olmaz. Bir hız sensörü varsa, nominal torkun sıfır hızı durumunda mil üzerindeki hükümlere dikkat edilir. Yüksek doğruluk elde edildiğinde hız ayarı yapılır. Tüm bu faydalar pratikte önem kazanmaktadır.

SONUÇ:

1. Skaler frekans dönüştürücülerde izleme ve kontrolün amacı yalnızca stator manyetik alanıysa, vektör modellerinde izleme ve kontrolün amacı hem stator hem de rotor manyetik alanları veya daha doğrusu torku optimize etmek için bunların etkileşimidir. farklı hızlarda. Kontrol ve kontrol yöntemlerinde ise skaler kontrol yöntemi kullanıldığında frekans dönüştürücünün çıkış frekansı ve akımı, vektör kontrolü durumunda ise çıkış frekansı, akımı ve fazı kullanılır.