سیستم شبیه سازی برای کنترل بردار غیر مستقیم یک موتور القایی. روش های کنترل مورد استفاده در مبدل های فرکانس برای کنترل موتورهای AC

کنترل برداری

کنترل برداریروشی برای کنترل موتورهای سنکرون و ناهمزمان است که نه تنها جریان هارمونیک (ولتاژ) فازها را تولید می کند (کنترل اسکالر)، بلکه کنترل شار روتور را نیز فراهم می کند. اولین اجرای اصل کنترل برداری و الگوریتم های افزایش دقت مستلزم استفاده از سنسورهای موقعیت (سرعت) روتور است.

به طور کلی، تحت " کنترل برداری"برهم کنش دستگاه کنترل با به اصطلاح "بردار فضایی" که با فرکانس میدان موتور می چرخد، درک می شود.

دستگاه ریاضی کنترل برداری

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "کنترل برداری" در فرهنگ های دیگر چیست:

ردیابی کاغذ با آن. Vektorregelung. روشی برای کنترل سرعت چرخش و / یا گشتاور یک موتور الکتریکی با استفاده از عمل مبدل درایو الکتریکی بر روی اجزای برداری جریان استاتور یک موتور الکتریکی. در ادبیات روسی زبان در ... ویکی پدیا

راه حل مسئله کنترل بهینه تئوری ریاضی که در آن عمل کنترلی u = u (t) به صورت تابعی از زمان تشکیل می شود (بنابراین فرض می شود که در طول فرآیند هیچ اطلاعاتی وجود ندارد. ، به جز موردی که در همان ابتدا به سیستم داده شد ... ... دایره المعارف ریاضیات

- (درایو کنترل شده با فرکانس، ChUP، درایو فرکانس متغیر، VFD) سیستم کنترل سرعت روتور یک موتور الکتریکی ناهمزمان (یا سنکرون). متشکل از موتور الکتریکی واقعی و مبدل فرکانس ... ویکی پدیا

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به CNC (ابهام‌زدایی) مراجعه کنید. این صفحه برای ادغام با CNC پیشنهاد شده است. توضیح دلایل و بحث در صفحه ویکی پدیا: به سوی وحدت / 25 ف ... ویکی پدیا

استاتور و روتور یک ماشین ناهمزمان 0.75 کیلو وات، 1420 دور در دقیقه، 50 هرتز، 230 400 ولت، 3.4 2.0 A ماشین ناهمزمان یک ماشین الکتریکی AC است ... ویکی پدیا

- (DPR) بخشی از موتور الکتریکی. در موتورهای کلکتور، سنسور موقعیت روتور یک واحد جمع کننده براش است که یک کموتاتور جریان نیز می باشد. در موتورهای براشلس سنسور موقعیت روتور می تواند انواع مختلف ... ویکی پدیا

DS3 DS3 010 اطلاعات پایه کشور سازنده ... ویکی پدیا

ماشین ناهمزمان یک ماشین الکتریکی جریان متناوب است که سرعت روتور آن برابر (کمتر) فرکانس چرخش میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان در سیم پیچ استاتور نیست. ماشین های ناهمزمان رایج ترین ... ... ویکی پدیا هستند

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به مبدل فرکانس مراجعه کنید. این مقاله باید ویکی شود. لطفاً طبق قوانین قالب بندی مقاله ترتیب دهید ... ویکی پدیا

DS3 ... ویکی پدیا

کتاب ها

• کنترل برداری صرفه جویی در انرژی موتورهای الکتریکی ناهمزمان: مروری بر وضعیت و نتایج جدید: مونوگراف، Borisevich AV. این مقاله به روش های افزایش بهره وری انرژی در کنترل برداری موتورهای الکتریکی ناهمزمان اختصاص دارد. مدلی از موتور الکتریکی ناهمزمان در نظر گرفته شده است و اصل بردار ...

ایده اصلی کنترل برداریاین است که نه تنها بزرگی و فرکانس ولتاژ تغذیه، بلکه فاز را نیز کنترل کنیم. به عبارت دیگر، بزرگی و زاویه بردار فضا کنترل می شود. کنترل برداری در مقایسه با عملکرد بالاتری دارد. کنترل برداری تقریباً تمام معایب کنترل اسکالر را از بین می برد.

مزایای کنترل برداری:
• دقت بالای کنترل سرعت؛
• شروع صاف و چرخش صاف موتور در کل محدوده فرکانس؛
• پاسخ سریع به تغییرات بار: هنگامی که بار تغییر می کند، عملا تغییری در سرعت ایجاد نمی شود.
• افزایش دامنه کنترل و دقت کنترل؛
• تلفات برای گرمایش و مغناطیس کاهش می یابد و افزایش می یابد.

معایب کنترل برداری عبارتند از:
• نیاز به تنظیم پارامترها؛
• نوسانات زیاد سرعت در بار ثابت؛
• پیچیدگی محاسباتی بزرگ

نمودار عملکردی کلی کنترل برداری

یک بلوک دیاگرام کلی از یک سیستم کنترل سرعت AC با کارایی بالا در شکل بالا نشان داده شده است. اساس مدار اتصال شار مغناطیسی و حلقه های کنترل گشتاور همراه با یک واحد ارزیابی است که می تواند به روش های مختلف پیاده سازی شود. در این مورد، حلقه کنترل سرعت خارجی تا حد زیادی یکپارچه می شود و سیگنال های کنترلی را برای تنظیم کننده های گشتاور M * و پیوند شار مغناطیسی Ψ * (از طریق واحد کنترل جریان) تولید می کند. سرعت موتور را می توان توسط یک سنسور (سرعت / موقعیت) اندازه گیری کرد یا از طریق یک ارزیاب به دست آورد تا امکان پیاده سازی را فراهم کند.

طبقه بندی روش های کنترل برداری

از دهه هفتاد قرن بیستم، روش های بسیاری برای کنترل گشتاور پیشنهاد شده است. همه آنها به طور گسترده در صنعت استفاده نمی شوند. بنابراین، این مقاله تنها به محبوب ترین روش های مدیریتی می پردازد. روش های کنترل گشتاور مورد بحث برای سیستم های کنترل و با EMF پشت سینوسی ارائه شده است.

روش های کنترل گشتاور موجود را می توان به روش های مختلفی طبقه بندی کرد.

اغلب روش های کنترل گشتاور به گروه های زیر تقسیم می شوند:
• کنترلرهای خطی (PI، PID)؛
• تنظیم کننده های غیرخطی (هیسترزیس).

توجه داشته باشید:

1. بدون بازخورد.
2. با بازخورد.
3. در حالت ثابت

در بین کنترل های برداری، پرکاربردترین آنها (FOC - کنترل میدان گرا) و (DTC - کنترل گشتاور مستقیم) هستند.

تنظیم کننده های گشتاور خطی

کنترل کننده های گشتاور خطی در ارتباط با ولتاژ مدولاسیون عرض پالس (PWM) کار می کنند. رگولاتورها بردار ولتاژ استاتور مورد نیاز را که به طور میانگین در طول دوره نمونه برداری تعیین می شود، تعیین می کنند. بردار ولتاژ در نهایت با روش PWM سنتز می شود؛ در بیشتر موارد از مدولاسیون برداری فضا (SPM) استفاده می شود. برخلاف طرح‌های کنترل گشتاور غیرخطی، که سیگنال‌ها توسط مقادیر لحظه‌ای پردازش می‌شوند، در طرح‌های کنترل گشتاور خطی، یک کنترل‌کننده خطی (PI) با مقادیر میانگین در یک دوره نمونه‌برداری کار می‌کند. بنابراین، نرخ نمونه برداری را می توان از 40 کیلوهرتز برای کنترل کننده های گشتاور غیر خطی به 2-5 کیلوهرتز برای مدارهای کنترل گشتاور خطی کاهش داد.

کنترل میدان گرا

کنترل میدان گرا(FOC، انگلیسی میدان گرا کنترل، FOC) یک روش کنترلی است که یک جریان متناوب بدون جاروبک (،)، مانند یک ماشین DC با تحریک مستقل را کنترل می کند، به این معنی که میدان و میدان را می توان به طور جداگانه کنترل کرد.

کنترل میدان گرا، که در سال 1970 توسط Blaschke و Hasse پیشنهاد شد، بر اساس یک قیاس با کنترل مکانیکی سوئیچ شده است. در این موتور، سیم‌پیچ‌های میدان و آرمیچر از هم جدا می‌شوند، اتصال شار توسط جریان میدان کنترل می‌شود و گشتاور به طور مستقل توسط تنظیم جریان کنترل می‌شود. بنابراین، اتصال شار و جریان های گشتاور به صورت الکتریکی و مغناطیسی از هم جدا می شوند.

نمودار عملکردی کلی کنترل میدان گرا بدون حسگر 1

از سوی دیگر، موتورهای AC بدون جاروبک (,) اغلب دارای سیم پیچی استاتور سه فاز هستند و بردار جریان استاتور Is برای کنترل اتصال شار و گشتاور استفاده می شود. بنابراین، جریان تحریک و جریان آرمیچر متحدبه بردار جریان استاتور و نمی توان آن را به طور جداگانه کنترل کرد. قطع اتصال را می توان به صورت ریاضی به دست آورد - با تجزیه مقدار لحظه ای بردار جریان استاتور I s به دو جزء: جزء طولی جریان استاتور I sd (ایجاد یک میدان) و مولفه عرضی جریان استاتور I sq (ایجاد گشتاور). ) در یک سیستم مختصات دوار dq جهت گیری در امتداد میدان روتور (R -FOC - کنترل شار روتور گرا) - تصویر بالا. بنابراین، کنترل موتور AC بدون جاروبک با کنترل یکسان می شود و می تواند با استفاده از یک اینورتر PWM با تنظیم کننده خطی PI و مدولاسیون بردار فضای ولتاژ انجام شود.

در کنترل میدان گرا، گشتاور و میدان به طور غیر مستقیم با کنترل اجزای بردار جریان استاتور کنترل می شوند.

مقادیر لحظه ای جریان های استاتور با استفاده از تبدیل پارک αβ / dq به dq سیستم مختصات دوار تبدیل می شود که به اطلاعات موقعیت روتور نیز نیاز دارد. میدان از طریق مولفه جریان طولی I sd کنترل می شود، در حالی که گشتاور از طریق مولفه جریان عرضی I sq کنترل می شود. تبدیل پارک معکوس (dq / αβ)، یک ماژول تبدیل مختصات ریاضی، مولفه‌های مرجع بردار ولتاژ Vsα* و Vsβ* را محاسبه می‌کند.

برای تعیین موقعیت روتور، یا از یک سنسور موقعیت روتور نصب شده در موتور الکتریکی یا یک الگوریتم کنترل بدون سنسور پیاده سازی شده در سیستم کنترل استفاده می شود که اطلاعات مربوط به موقعیت روتور را در زمان واقعی بر اساس داده های موجود در سیستم کنترل محاسبه می کند.

یک بلوک دیاگرام کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون برداری فضا با کنترل گشتاور و پیوند شار با بازخوردی که در یک سیستم مختصات مستطیلی جهت گیری در امتداد میدان استاتور در شکل زیر نشان داده شده است. خروجی‌های PI کنترل‌کننده‌های اتصال گشتاور و شار به عنوان اجزای مرجع ولتاژ استاتور V ψ * و V M * در سیستم مختصات dq در امتداد میدان استاتور (کنترل شار گرا استاتور، S-FOC) تفسیر می‌شوند. سپس این دستورات (ولتاژهای ثابت) به یک سیستم مختصات ثابت αβ تبدیل می‌شوند و پس از آن مقادیر کنترلی Vsα* و Vsβ* به ماژول مدولاسیون بردار فضایی داده می‌شوند.

نمودار عملکردی کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون ولتاژ بردار فضا

توجه داشته باشید که این مدار را می توان به عنوان یک کنترل میدان گرا استاتور ساده شده (S-FOC) بدون حلقه کنترل جریان، یا به عنوان یک مدار کلاسیک (PUM-TV، جدول سوئیچ انگلیسی DTC، ST DTC) مشاهده کرد که در آن میز سوئیچینگ جایگزین می شود. توسط یک مدولاتور (FDA)، و گشتاور هیسترزیس و کنترل کننده جریان با کنترل کننده های خطی PI جایگزین می شوند.

در یک طرح کنترل مستقیم گشتاور با مدولاسیون برداری فضا (PUM-FVM)، گشتاور و اتصال شار مستقیماً در یک حلقه بسته کنترل می شوند، بنابراین، برآورد دقیق شار و گشتاور موتور مورد نیاز است. برخلاف الگوریتم هیسترزیس کلاسیک، در فرکانس سوئیچینگ ثابت عمل می کند. این به طور قابل توجهی ویژگی های سیستم کنترل را بهبود می بخشد: موج گشتاور و جریان را کاهش می دهد، به شما امکان می دهد با اطمینان موتور را روشن کنید و در سرعت های پایین کار کنید. با این حال، این ویژگی های دینامیکی درایو را کاهش می دهد.

کنترل کننده های گشتاور غیر خطی

گروه ارائه شده از تنظیم کننده های گشتاور از ایده تبدیل مختصات و کنترل بر اساس قیاس با یک موتور DC کلکتور، که اساس آن است، فاصله می گیرد. تنظیم کننده های غیر خطی جایگزینی کنترل جداگانه با کنترل پیوسته (هیسترزیس) را پیشنهاد می کنند که با ایدئولوژی عملکرد (روشن / خاموش) دستگاه های نیمه هادی اینورتر مطابقت دارد.

در مقایسه با کنترل میدان گرا، طرح های کنترل گشتاور مستقیم دارای ویژگی های زیر هستند:

مزایای:
• طرح کنترل ساده؛
• هیچ حلقه فعلی و تنظیم جریان مستقیم وجود ندارد.
• بدون نیاز به تبدیل مختصات
• هیچ مدولاسیون ولتاژ جداگانه ای وجود ندارد.
• بدون نیاز به سنسور موقعیت؛
• دینامیک خوب

ایرادات:
• ارزیابی دقیق بردار اتصال شار مغناطیسی استاتور و گشتاور مورد نیاز است.
• موج قوی گشتاور و جریان به دلیل تنظیم کننده غیرخطی (هیسترزیس) و فرکانس سوئیچینگ متغیر کلیدها.
• نویز طیف گسترده به دلیل فرکانس سوئیچینگ متغیر.

کنترل مستقیم گشتاور

روش کنترل مستقیم گشتاور با جدول شامل اولین بار توسط تاکاهاشی و نوگوچی در مقاله IEEJ ارائه شده در سپتامبر 1984 و بعداً در مقاله IEEE منتشر شده در سپتامبر 1986 شرح داده شد. طرح روش کلاسیک کنترل مستقیم گشتاور (DMP) بسیار ساده تر از روش کنترل میدانی () است، زیرا هیچ تغییری در سیستم های مختصات و اندازه گیری موقعیت روتور مورد نیاز نیست. نمودار روش کنترل مستقیم گشتاور (شکل زیر) شامل برآوردگر نسبت شار و گشتاور استاتور، مقایسه کننده های پسماند نسبت گشتاور و شار، جدول روشن و اینورتر است.

اصل روش کنترل مستقیم گشتاورشامل انتخاب یک بردار ولتاژ برای کنترل همزمان اتصال گشتاور و شار استاتور است. جریان اندازه گیری شده استاتور و ولتاژ اینورتر برای تخمین اتصال شار و گشتاور استفاده می شود. مقادیر تخمینی پیوند شار استاتور و گشتاور به ترتیب با سیگنال های کنترلی اتصال شار استاتور ψ s * و گشتاور موتور M * با استفاده از مقایسه کننده پسماند مقایسه می شوند. بردار ولتاژ مورد نیاز کنترل موتور از جدول سوئیچینگ بر اساس خطاهای دیجیتالی اتصال شار d Ψ و ممان d M تولید شده توسط مقایسه کننده های هیسترزیس و همچنین بر اساس بخش موقعیت اتصال شار استاتور انتخاب می شود. بردار به دست آمده از موقعیت زاویه ای آن ... بنابراین، پالس های S A، S B و S C برای کنترل کلیدهای قدرت اینورتر با انتخاب یک بردار از جدول تولید می شوند.

مدار کنترل مستقیم گشتاور کلاسیک با میز کلید با سنسور سرعت

انواع مختلفی از مدار کلاسیک برای بهبود راه اندازی، شرایط اضافه بار، عملکرد سرعت بسیار پایین، کاهش امواج گشتاور، عملکرد فرکانس سوئیچینگ متغیر و کاهش نویز وجود دارد.

نقطه ضعف روش کلاسیک کنترل مستقیم گشتاور، وجود موج جریان بالا در حالت پایدار است. مشکل با افزایش فرکانس کاری اینورتر بالای 40 کیلوهرتز برطرف می شود که هزینه کلی سیستم کنترل را افزایش می دهد.

خودکنترلی مستقیم

یک درخواست ثبت اختراع برای روش خودگردانی مستقیم توسط Depenbrock در اکتبر 1984 ثبت شد. بلوک دیاگرام خودکنترلی مستقیم در زیر نشان داده شده است.

بر اساس دستورات اتصال شار استاتور ψ s * و اجزای فاز فعلی ψ sA، ψ sB و ψ sC، مقایسه کننده های پیوند شار سیگنال های دیجیتال d A، d B و d C را تولید می کنند که با حالت های فعال ولتاژ (V 1) مطابقت دارد. - V 6). تنظیم کننده گشتاور هیسترزیس دارای سیگنال d M در خروجی است که حالت های صفر را تعیین می کند. بنابراین، تنظیم کننده اتصال شار استاتور فاصله زمانی حالت های ولتاژ فعال را که بردار اتصال شار استاتور را در امتداد یک مسیر معین حرکت می دهد، تعیین می کند، و تنظیم کننده گشتاور فاصله زمانی حالت های ولتاژ صفر را تعیین می کند که گشتاور موتور را در یک میدان تحمل تعریف شده توسط هیسترزیس

طرح خودگردانی مستقیم

ویژگی های بارز طرح خودگردانی مستقیم عبارتند از:
• اشکال غیر سینوسی پیوند شار و جریان استاتور.
• بردار پیوند شار استاتور در امتداد یک مسیر شش ضلعی حرکت می کند.
• ذخیره ولتاژ منبع تغذیه وجود ندارد، از قابلیت های اینورتر به طور کامل استفاده می شود.
• فرکانس سوئیچینگ اینورتر کمتر از کنترل گشتاور مستقیم با جدول سوئیچ است.
• دینامیک عالی در محدوده های ثابت و میدان ضعیف.

توجه داشته باشید که عملیات روش خودکنترلی مستقیم را می توان با مداری با عرض پسماند جریان 14 درصد تکرار کرد.

امروزه کنترل سرعت موتورهای AC با مبدل های فرکانس تقریباً در تمام صنایع کاربرد فراوانی دارد.

در عمل، سیستم های کنترل سرعت برای موتورهای سه فاز AC بر اساس دو اصل کنترل متفاوت اعمال می شود:
2. کنترل برداری.

روش های کنترل مورد استفاده در مبدل های فرکانس برای کنترل موتورهای AC

امروزه کنترل سرعت موتورهای AC با مبدل های فرکانس تقریباً در تمام صنایع کاربرد فراوانی دارد. این در درجه اول به دلیل دستاوردهای بزرگ در زمینه الکترونیک قدرت و فناوری ریزپردازنده است که بر اساس آن مبدل های فرکانس توسعه یافتند. از سوی دیگر، یکسان سازی تولید مبدل های فرکانس توسط سازندگان باعث شد تا به طور قابل توجهی بر هزینه آنها تأثیر بگذارد و آنها را در بازه های زمانی نسبتاً کوتاهی بازپرداخت کند. صرفه جویی در انرژی هنگام استفاده از مبدل برای کنترل موتورهای ناهمزمان در برخی موارد می تواند به 40٪ یا بیشتر برسد.
در عمل، سیستم های کنترل سرعت برای موتورهای سه فاز AC بر اساس دو اصل کنترل متفاوت اعمال می شود:
1. U / F-تنظیم (کنترل ولتاژ فرکانس یا اسکالر).
2. کنترل برداری.

U / f- تنظیم سرعت یک درایو الکتریکی ناهمزمان

کنترل اسکالر یا کنترل V/f یک موتور ناهمزمان، تغییر در سرعت موتور با تأثیرگذاری بر فرکانس ولتاژ روی استاتور و در عین حال تغییر همزمان مدول این ولتاژ است. با تنظیم V/f، فرکانس و ولتاژ به عنوان دو عمل کنترل عمل می کنند که معمولاً با هم تنظیم می شوند. در این مورد، فرکانس به عنوان یک اثر مستقل در نظر گرفته می شود و مقدار ولتاژ در یک فرکانس معین بر اساس نحوه تغییر شکل ویژگی های مکانیکی درایو در هنگام تغییر فرکانس، یعنی از نحوه تغییر لحظه بحرانی تعیین می شود. بسته به فرکانس تغییر می کند. برای اجرای چنین قانون تنظیمی، لازم است از ثبات نسبت U / f = const اطمینان حاصل شود، که در آن U ولتاژ در سراسر استاتور و f فرکانس ولتاژ استاتور است.
با ظرفیت اضافه بار ثابت، ضریب توان و راندمان نامی هستند موتور در کل محدوده کنترل سرعت عملاً تغییر نمی کند.
قوانین تنظیم U / f شامل قوانینی است که مقادیر و فرکانس های ولتاژ تامین کننده موتور را به هم مرتبط می کند (U / f = const، U / f2 = const و غیره). مزیت آنها توانایی کنترل همزمان گروهی از موتورهای الکتریکی است. کنترل اسکالر برای اکثر کاربردهای عملی یک درایو الکتریکی فرکانس با محدوده کنترل سرعت موتور بدون استفاده از حسگر بازخورد تا 1:40 استفاده می شود. الگوریتم های کنترل اسکالر اجازه نظارت و کنترل گشتاور موتور الکتریکی و همچنین حالت موقعیت یابی را نمی دهند. موثرترین حوزه کاربرد این روش کنترلی: فن، پمپ، نوار نقاله و غیره.

کنترل برداری

کنترل برداری روشی برای کنترل موتورهای سنکرون و ناهمزمان است که نه تنها جریان هارمونیک و ولتاژ فاز تولید می کند (کنترل اسکالر)، بلکه کنترل شار مغناطیسی موتور را نیز فراهم می کند. کنترل برداری بر اساس مفهوم ولتاژ، جریان، پیوندهای شار به عنوان بردارهای فضایی است.
اصول اولیه در دهه 70 قرن بیستم توسعه یافت. در نتیجه تحقیقات نظری بنیادی و پیشرفت‌ها در زمینه الکترونیک نیمه‌رسانای قدرت و سیستم‌های ریزپردازنده، تا به امروز، درایوهای الکتریکی کنترل‌شده بردار ساخته شده‌اند که توسط سازندگان فناوری درایو در سراسر جهان به تولید انبوه می‌رسند.
با کنترل برداری در یک درایو الکتریکی ناهمزمان در فرآیندهای گذرا، بر خلاف کنترل اسکالر، که در آن پیوند شار روتور در فرآیندهای گذرا با تغییر در جریان استاتور و روتور تغییر می‌کند، می‌توان پایداری پیوند شار روتور را حفظ کرد. که منجر به کاهش سرعت تغییر گشتاور الکترومغناطیسی می شود. در یک درایو کنترل برداری، که در آن می توان اتصال شار روتور را ثابت نگه داشت، گشتاور الکترومغناطیسی به همان سرعتی تغییر می کند که جزء جریان استاتور به سرعت تغییر می کند (مشابه با تغییر گشتاور زمانی که جریان آرمیچر در ماشین DC تغییر می کند).
با کنترل برداری در پیوند کنترل، وجود یک مدل ریاضی از یک درایو الکتریکی کنترل شده به طور ضمنی نشان داده می شود. حالت های کنترل برداری را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
1. با توجه به دقت مدل ریاضی موتور الکتریکی استفاده شده در لینک کنترل:
... استفاده از یک مدل ریاضی بدون اندازه گیری های شفاف اضافی توسط دستگاه کنترل پارامترهای موتور الکتریکی (فقط از داده های موتور معمولی وارد شده توسط کاربر استفاده می شود).
استفاده از یک مدل ریاضی با اندازه گیری های شفاف کننده اضافی توسط یک دستگاه کنترل برای پارامترهای یک موتور الکتریکی، به عنوان مثال. مقاومت های استاتور / روتور فعال و راکتیو، ولتاژ و جریان موتور.
2. بر اساس وجود یا عدم وجود بازخورد سرعت (سنسور سرعت)، کنترل برداری را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:
کنترل موتور بدون بازخورد سرعت - در این مورد، دستگاه کنترل از داده های مدل ریاضی موتور و مقادیر به دست آمده با اندازه گیری جریان استاتور و / یا روتور استفاده می کند.
کنترل موتور با بازخورد سرعت - در این مورد، دستگاه نه تنها از مقادیر به دست آمده هنگام اندازه گیری جریان استاتور و / یا روتور موتور الکتریکی (مانند مورد قبلی)، بلکه از داده های سرعت (موقعیت) نیز استفاده می کند. روتور از سنسور، که در برخی از وظایف کنترل اجازه می دهد تا دقت مرجع سرعت (موقعیت) توسط درایو الکتریکی افزایش یابد.

قوانین اساسی کنترل برداری شامل موارد زیر است:
آ. قانون تضمین ثبات اتصال شار مغناطیسی استاتور ψ1 (مطابق با ثبات Evesh / f).
ب قانون تضمین ثبات اتصال شار مغناطیسی شکاف هوا ψ0 (ثبات E / f)؛
v قانون تضمین ثبات اتصال شار مغناطیسی روتور ψ2 (ثابت Evnut / f).
قانون حفظ ثبات پیوند شار استاتور با حفظ نسبت ثابت EMF استاتور به فرکانس زاویه ای میدان تحقق می یابد. عیب اصلی این قانون کاهش ظرفیت اضافه بار موتور در هنگام کار در فرکانس های بالا است. این به دلیل افزایش مقاومت القایی استاتور و در نتیجه کاهش پیوند شار در شکاف هوا بین استاتور و روتور با افزایش بار است.
حفظ جریان اصلی ثابت ظرفیت اضافه بار موتور را افزایش می دهد، اما اجرای سخت افزاری سیستم کنترل را پیچیده می کند و نیاز به تغییر در طراحی ماشین یا وجود سنسورهای ویژه دارد.
با حفظ اتصال شار ثابت روتور، گشتاور موتور دارای حداکثر نیست، اما با افزایش بار، شار مغناطیسی اصلی افزایش می‌یابد که منجر به اشباع مدارهای مغناطیسی و در نتیجه عدم امکان ثابت ماندن می‌شود. اتصال شار روتور

ارزیابی مقایسه ای قوانین تنظیم سرعت توسط یک درایو الکتریکی ناهمزمان با تغییر فرکانس ولتاژ در استاتور

شکل 1 نتایج مطالعات نظری عملکرد انرژی یک موتور ناهمزمان با توان Pn = 18.5 کیلووات با قوانین مختلف کنترل فرکانس را نشان می دهد که در کار V.S انجام شده است. پتروشینا و Ph.D. A.A. Tankova "نشانگرهای انرژی یک موتور ناهمزمان در یک درایو فرکانس با قوانین کنترل مختلف." نتایج آزمایش انجام شده هنگام آزمایش این موتور (قانون کنترل فرکانس U / f = const) نیز در آنجا آورده شده است. موتور در یک بار با گشتاور ثابت 30.5 نیوتن متر در محدوده سرعت 500 - 2930 دور در دقیقه کار می کرد.
با مقایسه وابستگی های به دست آمده می توان نتیجه گرفت که در منطقه کم سرعت هنگام استفاده از قوانین کنترل گروه دوم، راندمان 7-21٪ بیشتر و ضریب توان 3-7٪ کمتر است. با افزایش سرعت، تفاوت ها کاهش می یابد.

عکس. 1. تغییر در بازده (a) و cosφ (b) در محدوده کنترل: 1 - وابستگی های تجربی. وابستگی های محاسبه شده برای قوانین کنترل مختلف: 2 - U / f = const، 3 - Evnesh / f = const، 4 - E / f = const، 5 - Evnut / f = const.
بنابراین، قوانین کنترل برداری نه تنها کنترل بهتر درایو الکتریکی در حالت استاتیک و دینامیک را فراهم می کند، بلکه باعث افزایش راندمان موتور و در نتیجه کل درایو می شود. با این حال، همه قوانین با حفظ اتصال شار ثابت دارای معایب خاصی هستند.
یک عیب رایج قوانین با حفظ اتصال شار ثابت عبارتند از: قابلیت اطمینان کم به دلیل وجود سنسورهای تعبیه شده در موتور، و تلفات در فولاد زمانی که موتور با گشتاور بار کمتر از حد اسمی کار می کند. این تلفات به دلیل نیاز به حفظ یک پیوند شار اسمی ثابت در حالت‌های مختلف عملکرد ایجاد می‌شوند.
می توان با تنظیم شار مغناطیسی استاتور (روتور) بسته به بزرگی لنگر بار (لغزش) راندمان موتور را به میزان قابل توجهی افزایش داد. از معایب این کنترل می توان به ویژگی های دینامیکی پایین درایو، به دلیل مقدار زیاد ثابت زمانی روتور، اشاره کرد که به دلیل آن، شار مغناطیسی دستگاه با کمی تاخیر و پیچیدگی اجرای فنی سیستم کنترل بازیابی می شود. .
در عمل، گروهی از قوانین با شار مغناطیسی ثابت برای درایوهای الکتریکی دینامیکی که با ممان مقاومت ثابت روی شفت و با اعمال بار شوک مکرر کار می کنند، گسترده شده است. در حالی که گروهی از قوانین با تنظیم شار مغناطیسی به عنوان تابعی از بار روی شفت برای درایوهای الکتریکی با دینامیک پایین و برای درایوهای با بار "فن" استفاده می شود.

برای تحقق امکان کنترل گشتاور و سرعت در درایوهای الکتریکی مدرن، از روش های زیر برای کنترل فرکانس استفاده می شود، مانند:

• بردار
• اسکالر.

گسترده ترین آنها درایوهای الکتریکی ناهمزمان با کنترل اسکالر هستند. این در درایوهای کمپرسورها، فن ها، پمپ ها و مکانیسم های دیگر استفاده می شود که در آنها لازم است سرعت چرخش شفت موتور الکتریکی (از سنسور سرعت استفاده می شود) یا برخی پارامترهای تکنولوژیکی (به عنوان مثال) در یک سطح مشخص حفظ شود. فشار در خط لوله با استفاده از سنسور مناسب).

اصل عملکرد کنترل اسکالر یک موتور ناهمزمان - دامنه و فرکانس ولتاژ تغذیه مطابق قانون تغییر می کند U / f ^ n = const، که در آن n> = 1. اینکه چگونه این وابستگی در یک مورد خاص به نظر می رسد بستگی به الزامات تحمیل شده توسط بار روی درایو الکتریکی دارد. به عنوان یک قاعده، فرکانس به عنوان یک اثر مستقل عمل می کند و ولتاژ در فرکانس معین با توجه به نوع ویژگی های مکانیکی و همچنین مقادیر لحظه های بحرانی و شروع تعیین می شود. کنترل اسکالر ظرفیت اضافه بار ثابت موتور القایی را مستقل از فرکانس ولتاژ تضمین می کند، و با این حال، در فرکانس های نسبتا پایین، کاهش قابل توجهی در گشتاور ایجاد شده توسط موتور ممکن است رخ دهد. حداکثر مقدار محدوده کنترل اسکالر، که در آن می توان مقدار سرعت چرخش روتور موتور الکتریکی را تنظیم کرد، بدون از دست دادن لحظه مقاومت، از 1:10 تجاوز نمی کند.

اجرای کنترل اسکالر موتور القایی نسبتاً ساده است، اما هنوز دو اشکال قابل توجه وجود دارد. در مرحله اول، اگر یک سنسور سرعت روی شفت نصب نشده باشد، تنظیم مقدار سرعت چرخش شفت غیرممکن است، زیرا بستگی به باری دارد که روی درایو الکتریکی اعمال می شود. نصب یک سنسور سرعت به راحتی این مشکل را حل می کند، اما یک اشکال مهم دیگر باقی می ماند - عدم توانایی در تنظیم مقدار گشتاور روی شفت موتور. مطمئناً می توانید یک سنسور گشتاور نصب کنید ، اما هزینه چنین سنسورهایی معمولاً از هزینه خود درایو الکتریکی بیشتر است. علاوه بر این، حتی اگر یک سنسور کنترل گشتاور نصب کنید، فرآیند کنترل این لحظه به طرز باورنکردنی اینرسی خواهد بود. یکی دیگر از "اما" - کنترل اسکالر موتور ناهمزمان با این واقعیت مشخص می شود که کنترل همزمان سرعت و گشتاور غیرممکن است، بنابراین لازم است مقداری را که در یک زمان معین از اهمیت بیشتری برخوردار است تنظیم کرد. فرآیند تکنولوژیکی

به منظور از بین بردن معایبی که کنترل موتور اسکالر دارد، در سال 71 قرن گذشته، زیمنس یک روش کنترل موتور برداری را پیشنهاد کرد. اولین درایوهای کنترل برداری از موتورهایی با سنسورهای جریان داخلی استفاده می کردند که به طور قابل توجهی دامنه چنین درایوهایی را محدود می کرد.

سیستم کنترل درایوهای الکتریکی مدرن شامل یک مدل ریاضی از موتور است که امکان محاسبه سرعت چرخش و گشتاور شفت را فراهم می کند. علاوه بر این، تنها سنسورهای جریان فاز استاتور موتور به عنوان سنسورهای لازم نصب می شوند. ساختار ویژه توسعه یافته سیستم کنترل استقلال و عملاً کنترل اینرسی پارامترهای اصلی - گشتاور شفت و سرعت چرخش شفت را فراهم می کند.

تا به امروز، سیستم های زیر برای کنترل برداری یک موتور ناهمزمان شکل گرفته است:

• بدون سنسور - هیچ سنسور سرعت روی شفت موتور وجود ندارد،
• سیستم هایی با بازخورد سرعت

کاربرد روش های کنترل برداری به کاربرد درایو بستگی دارد. اگر محدوده اندازه گیری مقدار سرعت از 1: 100 تجاوز نکند و الزامات دقت در ± 1.5٪ در نوسان باشد، از یک سیستم کنترل بدون سنسور استفاده می شود. اگر اندازه گیری سرعت در مقادیر رسیدن به 1: 10000 و بیشتر انجام شود و سطح دقت باید کاملاً بالا باشد (± 0.2٪ در سرعت کمتر از 1 هرتز) یا لازم است که در موقعیت مکانی قرار گیرد. شفت و یا تنظیم گشتاور بر روی شفت در سرعت های پایین، سپس یک سیستم با بازخورد سرعت استفاده می شود.

مزایای روش کنترل برداری برای یک موتور ناهمزمان:

• دقت بالا در تنظیم سرعت چرخش شفت، علیرغم عدم وجود سنسور سرعت،
• اجرای چرخش موتور در فرکانس های پایین بدون تکان، به آرامی انجام می شود،
• اگر سنسور سرعت نصب شده باشد، می توان به مقدار اسمی گشتاور روی شفت حتی در سرعت صفر دست یافت.
• پاسخ سریع به تغییرات احتمالی بار - افزایش ناگهانی بار عملاً تأثیری بر سرعت درایو الکتریکی ندارد.
• سطح بالای راندمان موتور به دلیل کاهش تلفات ناشی از مغناطیسی و گرمایش.

با وجود مزایای آشکار، روش کنترل برداری نیز دارای معایب خاصی است - پیچیدگی زیاد محاسبات، دانش پارامترهای موتور برای عملیات مورد نیاز است. علاوه بر این، نوسانات در مقدار سرعت تحت بار ثابت بسیار بیشتر از روش کنترل اسکالر است. به هر حال، مناطقی وجود دارد که درایوهای الکتریکی منحصراً با روش کنترل اسکالر استفاده می شود. به عنوان مثال، یک درایو الکتریکی گروهی، که در آن یک مبدل چندین موتور را تغذیه می کند.

کنترل اسکالر(فرکانس) - روشی برای کنترل جریان متناوب بدون جاروبک، که شامل حفظ نسبت ولتاژ / فرکانس ثابت (V / Hz) در کل محدوده سرعت عملیاتی است، در حالی که فقط مقدار و فرکانس ولتاژ منبع تغذیه را کنترل می کند.

نسبت V / Hz بر اساس مقادیر نامی (و فرکانس) موتور AC در حال نظارت محاسبه می شود. با ثابت نگه داشتن نسبت V/Hz، می توانیم شار مغناطیسی را در شکاف موتور نسبتاً ثابت نگه داریم. اگر نسبت V/Hz افزایش یابد، موتور بیش از حد برانگیخته می شود و برعکس اگر نسبت کاهش یابد، موتور کمتر برانگیخته می شود.

تغییر ولتاژ تغذیه موتور الکتریکی با کنترل اسکالر

در سرعت های پایین، لازم است افت ولتاژ در مقاومت استاتور جبران شود، بنابراین نسبت V / هرتز در سرعت های پایین بالاتر از مقدار اسمی تنظیم می شود. روش کنترل اسکالر بیشترین کاربرد را برای کنترل موتورهای القایی دارد.

برای موتورهای القایی کاربرد دارد

با روش کنترل اسکالر سرعت با تنظیم ولتاژ و فرکانس استاتور کنترل می شود تا میدان مغناطیسی در شکاف در مقدار مورد نظر حفظ شود. برای حفظ یک میدان مغناطیسی ثابت در شکاف، نسبت V / Hz باید در سرعت های مختلف ثابت باشد.

با افزایش سرعت، ولتاژ تغذیه استاتور نیز باید به طور متناسب افزایش یابد. با این حال، فرکانس سنکرون یک موتور القایی برابر با سرعت چرخش شفت نیست، بلکه به بار بستگی دارد. بنابراین، یک سیستم کنترل اسکالر حلقه باز نمی تواند سرعت را در حضور بار به طور دقیق کنترل کند. برای حل این مشکل می توان بازخورد سرعت و در نتیجه جبران لغزش را به سیستم اضافه کرد.

معایب کنترل اسکالر

روش کنترل اسکالرپیاده سازی نسبتاً ساده است، اما چندین معایب قابل توجه دارد:
• اولاً اگر سنسور سرعت نصب نشده باشد نمی توان سرعت چرخش شفت را کنترل کرد زیرا به بار بستگی دارد (وجود سنسور سرعت این مشکل را حل می کند) و در صورت تغییر بار می توان کنترل را کاملاً انجام داد. کم شده؛
• ثانیاً مدیریت آن غیرممکن است. البته این مشکل با استفاده از سنسور گشتاور قابل حل است، اما هزینه نصب آن بسیار بالاست و به احتمال زیاد از خود درایو الکتریکی نیز بیشتر خواهد بود. در این حالت، کنترل گشتاور بسیار اینرسی خواهد بود.
• همچنین، گشتاور و سرعت را نمی توان همزمان کنترل کرد.

کنترل اسکالر برای اکثر کارهایی که در آنها از یک درایو الکتریکی با محدوده کنترل دور موتور تا 1:10 استفاده می شود، کافی است.

در مواقعی که حداکثر سرعت مورد نیاز است، از قابلیت کنترل طیف وسیعی از سرعت ها و توانایی کنترل گشتاور موتور الکتریکی استفاده می شود.