Sistemi i simulimit për kontrollin indirekt të vektorit të një motori asinkron. Metodat e kontrollit të përdorura në konvertuesit e frekuencës për të kontrolluar motorët AC

kontrolli i vektorit

kontrolli i vektoritështë një metodë kontrolli për motorët sinkron dhe asinkron, i cili jo vetëm gjeneron rryma (tensione) harmonike të fazave (kontrolli skalar), por gjithashtu siguron kontrollin e fluksit magnetik të rotorit. Zbatimet e para të parimit të kontrollit të vektorit dhe algoritmeve të saktësisë së rritur kërkojnë përdorimin e sensorëve të pozicionit (shpejtësisë) të rotorit.

Në përgjithësi, nën kontrolli i vektorit" kuptohet si ndërveprimi i pajisjes së kontrollit me të ashtuquajturin "vektor hapësinor", i cili rrotullohet me frekuencën e fushës motorike.

Aparati matematikor i kontrollit të vektorit

Fondacioni Wikimedia. 2010 .

Shihni se çfarë është "Kontrolli i vektorit" në fjalorë të tjerë:

Kalka me të. vectorregelung. Një metodë për të kontrolluar shpejtësinë e rrotullimit dhe/ose çift rrotullues të një motori elektrik me anë të veprimit të konvertuesit të lëvizjes elektrike në komponentët vektorë të rrymës së statorit të motorit elektrik. Në literaturën në gjuhën ruse në ... Wikipedia

Zgjidhja e problemit të kontrollit optimal të teorisë matematikore, në të cilën veprimi i kontrollit u = u (t) formohet në funksion të kohës (pra, supozohet se gjatë procesit nuk ka asnjë informacion, përveç atij të dhënë në vetë fillimi, hyn në sistem ...... Enciklopedia Matematikore

- Sistemi i kontrollit të shpejtësisë së rrotullimit të rotorit të një motori elektrik asinkron (ose sinkron). Ai përbëhet nga motori aktual dhe konverteri i frekuencës ... Wikipedia

Ky term ka kuptime të tjera, shih CNC (kuptimet). Kjo faqe propozohet të bashkohet me CNC. Shpjegimi i arsyeve dhe diskutimi në faqen e Wikipedia: Për bashkim / 25 f ... Wikipedia

Statori dhe rotori i një makinerie induksioni 0,75 kW, 1420 rpm, 50 Hz, 230 400 V, 3,4 2,0 ​​A Makina me induksion është një makinë elektrike AC ... Wikipedia

- (DPR) pjesë e motorit elektrik. Në motorët elektrikë të kolektorëve, sensori i pozicionit të rotorit është një montim kolektori furçash, i cili është gjithashtu një ndërprerës i rrymës. Në motorët pa furça, sensori i pozicionit të rotorit mund të jetë i llojeve të ndryshme ... Wikipedia

DS3 DS3 010 Të dhënat bazë Shteti i ndërtimit ... Wikipedia

Një makinë asinkrone është një makinë elektrike me rrymë alternative, shpejtësia e rotorit të së cilës nuk është e barabartë (më pak se) frekuenca e rrotullimit të fushës magnetike të krijuar nga rryma e mbështjelljes së statorit. Makinat asinkrone janë më të zakonshmet elektrike ... ... Wikipedia

Ky term ka kuptime të tjera, shihni Konvertuesi i frekuencës. Ky artikull duhet të wikified. Ju lutemi formatoni atë sipas rregullave për formatimin e artikujve ... Wikipedia

DS3 ... Wikipedia

libra

• Kontrolli vektorial i kursimit të energjisë i motorëve asinkron: një përmbledhje e gjendjes dhe rezultate të reja: Monografia, Borisevich A.V.. Monografia i kushtohet metodave për përmirësimin e efikasitetit energjetik të kontrollit vektorial të motorëve asinkron. Është shqyrtuar modeli i një motori elektrik asinkron dhe parimi i vektorit…

ideja kryesore kontrolli i vektoritështë të kontrolloni jo vetëm madhësinë dhe frekuencën e tensionit të furnizimit, por edhe fazën. Me fjalë të tjera, madhësia dhe këndi i vektorit hapësinor kontrollohet. Kontrolli i vektorit ka performancë më të mirë sesa me. Kontrolli vektorial eliminon pothuajse të gjitha disavantazhet e kontrollit skalar.

Përparësitë e kontrollit të vektorit:
• saktësi e lartë e kontrollit të shpejtësisë;
• fillimi i qetë dhe rrotullimi i qetë i motorit në të gjithë gamën e frekuencës;
• përgjigje e shpejtë ndaj ndryshimeve të ngarkesës: kur ngarkesa ndryshon, praktikisht nuk ka asnjë ndryshim në shpejtësi;
• rritja e gamës së kontrollit dhe saktësia e rregullimit;
• humbjet e ngrohjes dhe magnetizimit zvogëlohen, dhe .

Disavantazhet e kontrollit të vektorit përfshijnë:
• nevoja për të vendosur parametra;
• luhatje të mëdha në shpejtësi nën ngarkesë konstante;
• kompleksitet i madh llogaritës.

Diagrami i përgjithshëm funksional i kontrollit të vektorit

Blloku i përgjithshëm i sistemit të kontrollit të shpejtësisë AC me performancë të lartë është paraqitur në figurën e mësipërme. Qarku bazohet në lidhjen e fluksit magnetik dhe unazat e kontrollit të momentit, së bashku me një njësi vlerësimi, e cila mund të zbatohet në mënyra të ndryshme. Në të njëjtën kohë, qarku i kontrollit të jashtëm të shpejtësisë është kryesisht i unifikuar dhe gjeneron sinjale kontrolli për kontrollorët e çift rrotullues M * dhe lidhjen e fluksit magnetik Ψ * (përmes njësisë së kontrollit të rrjedhës). Shpejtësia e motorit mund të matet nga një sensor (shpejtësia / pozicioni) ose të merret me anë të një vlerësuesi që lejon zbatimin e .

Klasifikimi i metodave të kontrollit të vektorit

Që nga vitet shtatëdhjetë të shekullit të njëzetë, janë propozuar shumë metoda për të kontrolluar momentin. Jo të gjithë janë përdorur gjerësisht në industri. Prandaj, ky artikull diskuton vetëm metodat më të njohura të menaxhimit. Metodat e diskutuara të kontrollit të çift rrotullues janë paraqitur për sistemet e kontrollit dhe me EMF sinusoidale të pasme.

Metodat ekzistuese të kontrollit të çift rrotullues mund të klasifikohen në mënyra të ndryshme.

Më shpesh, metodat e kontrollit të çift rrotullues ndahen në grupet e mëposhtme:
• kontrollues linearë (PI, PID);
• kontrollorët jolinearë (histerezë).

Shënim:

1. Asnjë reagim.
2. Me reagime.
3. në gjendje të qëndrueshme

Ndër kontrollet vektoriale, më të përdorurat janë (FOC - kontrolli i orientuar në terren) dhe (DTC - kontroll i drejtpërdrejtë i rrotullimit).

Rregullatorët linear të çift rrotullimit

Rregullatorët linear të çift rrotullues punojnë së bashku me tensionin e modulimit të gjerësisë së pulsit (PWM). Rregullatorët përcaktojnë vektorin e kërkuar të tensionit të statorit të mesatarizuar gjatë periudhës së marrjes së mostrave. Vektori i tensionit në fund sintetizohet me metodën PWM, në shumicën e rasteve përdoret modulimi i vektorit hapësinor (SVM). Ndryshe nga skemat jolineare të kontrollit të çift rrotullues, ku sinjalet përpunohen me vlera të menjëhershme, në skemat lineare të kontrollit të çift rrotullues, një rregullator linear (PI) funksionon me vlera të mesatares gjatë një periudhe kampionimi. Prandaj, frekuenca e marrjes së mostrave mund të reduktohet nga 40 kHz për kontrolluesit jolinearë të çift rrotullues në 2-5 kHz në qarqet e kontrolluesit linear të çift rrotullues.

Kontrolli i orientuar në terren

Kontrolli i orientuar në terren(POA, anglisht kontrolli i orientuar në terren, FOC) është një metodë kontrolli që kontrollon një AC pa furça ( , ) si një makinë DC me ngacmim të pavarur, që do të thotë se fusha dhe mund të kontrollohen veçmas.

Kontrolli i orientuar në terren, i propozuar në 1970 nga Blaschke dhe Hasse, bazohet në një analogji me kontrollin e ndërruar mekanikisht. Në këtë motor, mbështjelljet e fushës dhe të armaturës janë të ndara, lidhja e fluksit kontrollohet nga rryma e fushës dhe çift rrotullimi kontrollohet në mënyrë të pavarur nga rregullimi aktual. Kështu, rrymat e fluksit dhe çift rrotullues janë të ndara elektrike dhe magnetike.

Diagrami i përgjithshëm funksional i kontrollit të orientuar në terren pa sensor 1

Nga ana tjetër, motorët AC pa furçë ( , ) më së shpeshti kanë një mbështjellje statori trefazore dhe vektori i rrymës së statorit I s përdoret për të kontrolluar fluksin dhe çift rrotullues. Kështu, rryma e ngacmimit dhe rryma e armaturës të bashkuar në vektorin e rrymës së statorit dhe nuk mund të kontrollohet veçmas. Shkëputja mund të arrihet matematikisht duke zbërthyer vlerën e menjëhershme të vektorit të rrymës së statorit I s në dy komponentë: komponenti gjatësor i rrymës së statorit I sd (krijimi i një fushe) dhe komponenti tërthor i rrymës së statorit I sq (krijimi i një momenti) në një sistem koordinativ rrotullues dq të orientuar përgjatë fushës së rotorit (R -FOC - kontroll i orientuar nga fluksi i rotorit) - figura më sipër. Kështu, kontrolli i një motori AC pa furça bëhet identik me kontrollin dhe mund të zbatohet duke përdorur një inverter PWM me një kontrollues linear PI dhe modulim të tensionit të vektorit hapësinor.

Në kontrollin e orientuar në terren, çift rrotullimi dhe fusha kontrollohen në mënyrë indirekte duke kontrolluar përbërësit e vektorit të rrymës së statorit.

Rrymat e menjëhershme të statorit konvertohen në një kornizë rrotulluese dq duke përdorur transformimin αβ/dq Park, i cili gjithashtu kërkon njohuri për pozicionin e rotorit. Fusha kontrollohet nëpërmjet komponentit të rrymës gjatësore I sd , ndërsa çift rrotullimi kontrollohet nëpërmjet komponentit të rrymës tërthore I sq . Transformimi i Parkut Inverse (dq/αβ), një modul matematikor i transformimit të koordinatave, llogarit komponentët referencë të vektorit të tensionit V sα * dhe V sβ * .

Për të përcaktuar pozicionin e rotorit, përdoret ose një sensor i pozicionit të rotorit i instaluar në motor elektrik ose një algoritëm kontrolli pa sensor i zbatuar në sistemin e kontrollit, i cili llogarit informacionin për pozicionin e rotorit në kohë reale bazuar në të dhënat e disponueshme në sistemin e kontrollit.

Një bllok diagram i kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues me modulimin e vektorit hapësinor me kontrollin e rrotullimit dhe lidhjen e fluksit të reagimit që funksionon në një sistem koordinativ drejtkëndor të orientuar përgjatë fushës së statorit është paraqitur në figurën më poshtë. Daljet e kontrolluesve PI të çift rrotullimit dhe lidhjes së fluksit interpretohen si komponentë referencë të tensionit të statorit V ψ * dhe V M * në sistemin koordinativ dq të orientuar përgjatë fushës së statorit (Anglisht kontroll i orientuar nga fluksi i statorit, S-FOC). Këto komanda (tensione konstante) konvertohen më pas në një sistem koordinativ fiks αβ, pas së cilës vlerat e kontrollit V sα * dhe V sβ * futen në modulin e modulimit të vektorit hapësinor.

Diagrami funksional i kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues me modulim të tensionit të vektorit hapësinor

Ju lutemi vini re se ky qark mund të konsiderohet si një kontroll i thjeshtuar i orientuar nga fusha e statorit (S-FOC) pa një qark kontrolli të rrymës ose si një qark klasik (PUM-TV, tabela komutuese angleze DTC, ST DTC) në të cilin është tabela komutuese zëvendësohet nga një modulator (PVM) dhe kontrollorët e çift rrotullimit dhe fluksit të histerezës zëvendësohen nga kontrollorët linearë PI.

Në një skemë të kontrollit të drejtpërdrejtë të rrotullimit të modulimit të vektorit hapësinor (SVM-SVM), çift rrotullimi dhe lidhja e fluksit kontrollohen drejtpërdrejt në një unazë të mbyllur, kështu që kërkohet një vlerësim i saktë i fluksit dhe çift rrotullues motorik. Ndryshe nga algoritmi klasik i histerezës, ai funksionon me një frekuencë konstante ndërrimi. Kjo përmirëson ndjeshëm performancën e sistemit të kontrollit: zvogëlon valëzimet e çift rrotullimit dhe fluksit, ju lejon të filloni me besim motorin dhe të punoni me shpejtësi të ulët. Megjithatë, kjo zvogëlon performancën dinamike të diskut.

Kontrollorët jolinearë të rrotullimit

Grupi i paraqitur i kontrolluesve të çift rrotullues largohet nga ideja e transformimit dhe kontrollit të koordinatave me analogji me një motor kolektor DC, i cili është baza për. Kontrollorët jo-linearë ofrojnë zëvendësimin e kontrollit të veçantë me kontroll të vazhdueshëm (histerezë), i cili korrespondon me ideologjinë e funksionimit (ndezje-fikje) të pajisjeve gjysmëpërçuese të inverterit.

Krahasuar me kontrollin e orientuar në terren, skemat e kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues kanë karakteristikat e mëposhtme:

Përparësitë:
• skema e thjeshtë e kontrollit;
• nuk ka unaza aktuale dhe rregullim të rrymës direkte;
• nuk kërkohet transformim i koordinatave;
• nuk ka modulim të veçantë të tensionit;
• sensori i pozicionit nuk kërkohet;
• dinamikë e mirë.

Të metat:
• kërkohet një vlerësim i saktë i vektorit të lidhjes së fluksit magnetik të statorit dhe çift rrotullues;
• valëzime të forta të çift rrotullimit dhe rrymës për shkak të një kontrolluesi jo-linear (histerezë) dhe një frekuencë të ndryshueshme të ndërrimit të çelësave;
• zhurma me një spektër të gjerë për shkak të frekuencës së ndryshueshme të ndërrimit.

Kontroll i drejtpërdrejtë i çift rrotullues

Metoda e kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues me tabelën e përfshirjes u përshkrua për herë të parë nga Takahashi dhe Noguchi në një dokument IEEJ të paraqitur në shtator 1984 dhe më vonë në një punim IEEE të botuar në shtator 1986. Skema e metodës klasike të kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues (DTC) është shumë më e thjeshtë se ajo e metodës së kontrollit në terren (), pasi nuk kërkon transformimin e sistemeve të koordinatave dhe matjen e pozicionit të rotorit. Skema e metodës së kontrollit të çift rrotullues direkt (figura më poshtë) përmban vlerësuesin e çift rrotullimit dhe lidhjes së fluksit të statorit, krahasuesit e çift rrotullimit histerezë dhe lidhjes së fluksit, tabelën e ndërrimit dhe inverterin.

Parimi i metodës kontrolli i drejtpërdrejtë i çift rrotulluesështë zgjedhja e vektorit të tensionit për kontrollin e njëkohshëm të lidhjes së çift rrotullimit dhe të fluksit të statorit. Rrymat e matura të statorit dhe tensioni i inverterit përdoren për të vlerësuar lidhjen e fluksit dhe çift rrotullues. Vlerat e vlerësuara të lidhjes dhe çift rrotullimit të fluksit të statorit krahasohen me sinjalet e kontrollit të lidhjes së fluksit të statorit ψ s * dhe çift rrotullues motorik M *, përkatësisht, me anë të një krahasuesi histeresis. Vektori i kërkuar i tensionit të kontrollit të motorit zgjidhet nga tabela e përfshirjes bazuar në gabimet e dixhitalizuara të lidhjes së fluksit d Ψ dhe çift rrotullues d M të gjeneruar nga krahasuesit e histerezës, si dhe në bazë të sektorit të pozicionit të vektorit të fluksit të statorit të marrë në bazë të pozicionit të tij këndor. . Kështu, pulset S A, S B dhe S C për kontrollin e çelsave të fuqisë së inverterit gjenerohen duke zgjedhur një vektor nga tabela.

Qarku klasik i kontrollit të çift rrotullues direkt me tavolinë komutuese me sensor shpejtësie

Shumë variacione të qarkut klasik janë të disponueshme për të përmirësuar kushtet e nisjes, mbingarkesës, funksionimin me shpejtësi shumë të ulët, valëzimin e reduktuar të çift rrotullues, funksionimin e frekuencës së ndërrimit të ndryshueshëm dhe nivelet e reduktuara të zhurmës.

Disavantazhi i metodës klasike të kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues është prania e valëve të larta të rrymës edhe në gjendje të qëndrueshme. Problemi eliminohet duke rritur frekuencën e funksionimit të inverterit mbi 40 kHz, gjë që rrit koston e përgjithshme të sistemit të kontrollit.

Vetë-menaxhimi i drejtpërdrejtë

Një aplikim për patentë për metodën e vetë-menaxhimit të drejtpërdrejtë u depozitua nga Depenbrock në tetor 1984. Bllok-diagrami i vetë-menaxhimit të drejtpërdrejtë është paraqitur më poshtë.

Bazuar në komandat e fluksit të statorit ψ s * dhe komponentët e fazës aktuale ψ sA , ψ sB dhe ψ sC , krahasuesit e fluksit gjenerojnë sinjale dixhitale d A , d B dhe d C të cilat korrespondojnë me gjendjet e tensionit aktiv (V 1 deri në V 6) . Kontrolluesi i çift rrotullimit të histerezës ka një sinjal dalës d M, i cili përcakton gjendjet zero. Kështu, kontrolluesi i fluksit të statorit cakton intervalin kohor të gjendjeve të tensionit aktiv që lëvizin vektorin e fluksit të statorit përgjatë një trajektoreje të caktuar, dhe kontrolluesi i çift rrotullues përcakton intervalin kohor të gjendjeve të tensionit zero që ruajnë çift rrotullues elektrik në një fushë tolerance të përcaktuar nga histereza. .

Skema e drejtpërdrejtë e vetëqeverisjes

Karakteristikat karakteristike të skemës së vetëqeverisjes së drejtpërdrejtë janë:
• forma jo sinusoidale të lidhjes së fluksit dhe rrymës së statorit;
• vektori i fluksit të statorit lëviz përgjatë një shtegu gjashtëkëndor;
• nuk ka asnjë diferencë për tensionin e furnizimit, aftësitë e inverterit përdoren plotësisht;
• Frekuenca e ndërrimit të inverterit është më e ulët se kontrolli i drejtpërdrejtë i çift rrotullues me tavolinë komutuese;
• dinamikë e shkëlqyer në diapazonin e fushës konstante dhe të dobët.

Vini re se funksionimi i metodës së kontrollit të drejtpërdrejtë mund të riprodhohet duke përdorur qarkun me një gjerësi të histerezës së rrjedhës prej 14%.

Aktualisht, kontrolli i shpejtësisë së motorëve AC me konvertues të frekuencës përdoret gjerësisht në pothuajse të gjitha industritë.

Në praktikë, sistemet e kontrollit të shpejtësisë për motorët trefazorë AC aplikohen bazuar në dy parime të ndryshme kontrolli:
2. Kontrolli i vektorit.

Metodat e kontrollit të përdorura në konvertuesit e frekuencës për të kontrolluar motorët AC

Aktualisht, kontrolli i shpejtësisë së motorëve AC me konvertues të frekuencës përdoret gjerësisht në pothuajse të gjitha industritë. Kjo është kryesisht për shkak të arritjeve të mëdha në fushën e elektronikës së energjisë dhe teknologjisë së mikroprocesorit, në bazë të të cilave u zhvilluan konvertuesit e frekuencës. Nga ana tjetër, unifikimi i prodhimit të konvertuesve të frekuencës nga prodhuesit bëri të mundur ndikimin mjaft të fuqishëm në koston e tyre dhe i bëri ato të shpërbleheshin në një periudhë mjaft të shkurtër kohore. Kursimi i burimeve të energjisë kur përdorni konvertues për të kontrolluar motorët asinkronë në disa raste mund të arrijë 40% ose më shumë.
Në praktikë, sistemet e kontrollit të shpejtësisë për motorët trefazorë AC aplikohen bazuar në dy parime të ndryshme kontrolli:
1. V/f-rregullimi (komandim volt-frekuence ose skalar);
2. Kontrolli i vektorit.

V/f - rregullimi i shpejtësisë së makinës elektrike asinkrone

Kontrolli skalar ose rregullimi V / f i një motori asinkron është një ndryshim në shpejtësinë e motorit duke ndikuar në frekuencën e tensionit në stator duke ndryshuar njëkohësisht modulin e këtij tensioni. Me kontrollin V/f, frekuenca dhe voltazhi veprojnë si dy variabla kontrolli që zakonisht kontrollohen së bashku. Në këtë rast, frekuenca merret si një efekt i pavarur, dhe vlera e tensionit në një frekuencë të caktuar përcaktohet bazuar në atë se si duhet të ndryshojë lloji i karakteristikave mekanike të makinës kur ndryshon frekuenca, dmth se si duhet të ndryshojë momenti kritik. në varësi të frekuencës. Për të zbatuar një ligj të tillë kontrolli, është e nevojshme të sigurohet qëndrueshmëria e raportit U / f = konst, ku U është voltazhi në stator dhe f është frekuenca e tensionit të statorit.
Me një kapacitet konstant të mbingarkesës, faktori i vlerësuar i fuqisë dhe efikasiteti motori në të gjithë gamën e kontrollit të shpejtësisë praktikisht nuk ndryshon.
Ligjet e rregullimit U / f përfshijnë ligje që lidhen me madhësinë dhe frekuencën e tensionit që furnizon motorin (U / f = konst, U / f2 = konstacion dhe të tjerët). Avantazhi i tyre është mundësia e kontrollit të njëkohshëm të një grupi motorësh elektrikë. Kontrolli skalar përdoret për shumicën e aplikimeve praktike të një makine elektrike me frekuencë me një gamë të kontrollit të shpejtësisë së motorit pa përdorimin e një sensori reagimi deri në 1:40. Algoritmet e kontrollit skalar nuk lejojnë realizimin e kontrollit dhe menaxhimit të çift rrotullimit të motorit, si dhe mënyrën e pozicionimit. Fusha më efektive e aplikimit të kësaj metode kontrolli: tifozët, pompat, transportuesit, etj.

kontrolli i vektorit

Kontrolli vektorial është një metodë e kontrollit të motorëve sinkron dhe asinkron, i cili jo vetëm që gjeneron rryma harmonike dhe tensione fazore (kontrolli skalar), por gjithashtu siguron kontrollin e fluksit magnetik të motorit. Në zemër të kontrollit të vektorit është ideja e tensioneve, rrymave, lidhjeve të fluksit si vektorë hapësinorë.
Parimet bazë u zhvilluan në vitet 70 të shekullit të 20-të. Si rezultat i hulumtimeve themelore teorike dhe përparimeve në fushën e elektronikës gjysmëpërçuese të fuqisë dhe sistemeve mikroprocesore, deri më sot janë zhvilluar disqet elektrike me kontroll vektori, të cilat prodhohen në masë nga prodhuesit e teknologjisë së ngasjes në mbarë botën.
Me kontrollin vektorial në një makinë elektrike asinkrone në tranziente, është e mundur të ruhet një lidhje konstante e fluksit të rotorit, në kontrast me kontrollin skalar, ku lidhja e fluksit të rotorit në tranziente ndryshon kur ndryshojnë rrymat e statorit dhe rotorit, gjë që çon në një ulje të shpejtësia e ndryshimit të çift rrotullues elektromagnetik. Në një makinë kontrolli vektori, ku lidhja e fluksit të rotorit mund të mbahet konstante, çift rrotullimi elektromagnetik ndryshon aq shpejt sa komponenti i rrymës së statorit ndryshon me shpejtësi (ngjashëm me ndryshimin në çift rrotullues kur ndryshon rryma e armaturës në një makinë DC).
Me kontrollin vektorial në lidhjen e kontrollit, nënkuptohet prania e një modeli matematikor të një disku elektrik të rregullueshëm. Mënyrat e kontrollit të vektorit mund të klasifikohen si më poshtë:
1. Sipas saktësisë së modelit matematik të motorit elektrik të përdorur në lidhjen e kontrollit:
. Përdorimi i një modeli matematikor pa matje rafinuese shtesë nga pajisja e kontrollit të parametrave të motorit elektrik (përdoren vetëm të dhënat tipike të motorit të futura nga përdoruesi);
Përdorimi i një modeli matematikor me matje rafinuese shtesë nga pajisja e kontrollit të parametrave të motorit elektrik, d.m.th. Rezistenca aktive dhe reaktive e statorit/rotorit, tensioni dhe rryma e motorit.
2. Sipas pranisë ose mungesës së reagimit të shpejtësisë (sensori i shpejtësisë), kontrolli i vektorit mund të ndahet në:
Kontrolli i motorit pa reagime të shpejtësisë - në këtë rast, pajisja e kontrollit përdor të dhënat e modelit matematikor të motorit dhe vlerat e marra nga matja e rrymës së statorit dhe / ose rotorit;
Kontrolli i motorit me reagime të shpejtësisë - në këtë rast, pajisja përdor jo vetëm vlerat e marra duke matur rrymën e statorit dhe / ose rotorit të motorit elektrik (si në rastin e mëparshëm), por edhe të dhëna për shpejtësia (pozicioni) i rotorit nga sensori, i cili në disa detyra kontrolli lejon rritjen e saktësisë së punës me ngasjen elektrike të komandës së shpejtësisë (pozicionit).

Ligjet kryesore të kontrollit të vektorit përfshijnë si më poshtë:
a. Ligji që siguron qëndrueshmërinë e lidhjes së fluksit magnetik të statorit ψ1 (që korrespondon me qëndrueshmërinë e Evnesh /f).
b. Ligji që siguron qëndrueshmërinë e lidhjes së fluksit magnetik të hendekut të ajrit ψ0 (qëndrueshmëria e E/f);
v. Ligji që siguron qëndrueshmërinë e lidhjes së fluksit magnetik të rotorit ψ2 (qëndrueshmëria e Evnut/f).
Ligji i mbajtjes së qëndrueshmërisë së lidhjes së fluksit të statorit zbatohet duke ruajtur një raport konstant të EMF të statorit me frekuencën këndore të fushës. Disavantazhi kryesor i një ligji të tillë është kapaciteti i reduktuar i mbingarkesës së motorit kur funksionon në frekuenca të larta. Kjo është për shkak të një rritje të rezistencës induktive të statorit dhe, rrjedhimisht, një rënie në lidhjen e fluksit në hendekun e ajrit midis statorit dhe rotorit me ngarkesë në rritje.
Ruajtja e një rrjedhe konstante kryesore rrit kapacitetin e mbingarkesës së motorit, por ndërlikon zbatimin e harduerit të sistemit të kontrollit dhe kërkon ose ndryshime në dizajnin e makinës ose praninë e sensorëve të veçantë.
Duke ruajtur një lidhje konstante të fluksit të rotorit, çift rrotullimi i motorit nuk ka një maksimum, megjithatë, me një rritje të ngarkesës, fluksi magnetik kryesor rritet, duke çuar në ngopjen e qarqeve magnetike dhe, rrjedhimisht, në pamundësinë e mbajtjes së një rotori konstant. lidhja e fluksit.

Vlerësimi krahasues i ligjeve të kontrollit të shpejtësisë nga një makinë elektrike asinkrone duke ndryshuar frekuencën e tensionit në stator

Figura 1 tregon rezultatet e studimeve teorike të performancës energjetike të një motori asinkron me fuqi Rn = 18,5 kW për ligje të ndryshme të kontrollit të frekuencës, të cilat janë kryer në punën e V.S. Petrushin dhe Ph.D. A.A. Tankov "Treguesit e energjisë së një motori asinkron në një makinë elektrike me frekuencë me ligje të ndryshme kontrolli." Aty jepen edhe rezultatet e një eksperimenti të kryer gjatë testimit të këtij motori (ligji i kontrollit të frekuencës U/f = konst). Motori ishte i ngarkuar me një çift rrotullues konstant prej 30.5 Nm në intervalin e shpejtësisë 500 - 2930 rpm.
Duke krahasuar varësitë e marra, mund të konkludojmë se në zonën e shpejtësive të ulëta, kur përdoren ligjet e kontrollit të grupit të dytë, efikasiteti është më i lartë me 7-21%, dhe faktori i fuqisë është më i ulët me 3-7%. Me rritjen e shpejtësisë, dallimet zvogëlohen.

Fig.1. Ndryshimi i efikasitetit (a) dhe cosφ (b) në diapazonin e kontrollit: 1 - varësitë eksperimentale; varësitë e llogaritura për ligje të ndryshme kontrolli: 2 - U/f = konst, 3 - Evnesh /f = konst, 4 - Е/f= konst, 5 - Evnut /f= konst.
Kështu, ligjet e kontrollit të vektorit sigurojnë jo vetëm kontroll më të mirë të makinës elektrike në mënyra statike dhe dinamike, por edhe një rritje të efikasitetit të motorit dhe, në përputhje me rrethanat, të gjithë makinës. Megjithatë, të gjitha ligjet me ruajtjen e qëndrueshmërisë së lidhjes së fluksit kanë disavantazhet e tyre të caktuara.
Një disavantazh i zakonshëm i ligjeve për ruajtjen e qëndrueshmërisë së lidhjes së fluksit janë: besueshmëria e ulët për shkak të pranisë së sensorëve të integruar në motor dhe humbjet në çelik kur motori funksionon me një çift rrotullues ngarkese më të vogël se ai nominal. Këto humbje janë shkaktuar nga nevoja për të mbajtur një lidhje konstante nominale të fluksit në mënyra të ndryshme funksionimi.
Është e mundur të rritet ndjeshëm efikasiteti i motorit duke rregulluar fluksin magnetik të statorit (rotorit) në varësi të madhësisë së çift rrotullues të ngarkesës (rrëshqitje). Disavantazhet e këtij kontrolli janë karakteristikat e ulëta dinamike të makinës, për shkak të vlerës së madhe të konstantës kohore të rotorit, për shkak të së cilës fluksi magnetik i makinës rikthehet me njëfarë vonese dhe kompleksiteti i zbatimit teknik të sistemi I kontrollit.
Në praktikë, një grup ligjesh me një fluks magnetik konstant është bërë i përhapur për disqet elektrike dinamike që funksionojnë me një moment konstant rezistence në bosht dhe me aplikime të shpeshta të ngarkesës së goditjes. Ndërsa grupi i ligjeve me rregullimin e fluksit magnetik në funksion të ngarkesës në bosht përdoret për ngasje elektrike me dinamikë të ulët dhe për ngasje me ngarkesë “tifator”.

Për të zbatuar aftësinë për të kontrolluar çift rrotullues dhe shpejtësi në disqet elektrike moderne, përdoren metodat e mëposhtme të kontrollit të frekuencës, të tilla si:

• Vektor;
• Skalare.

Më të përhapurit janë disqet elektrike asinkrone me kontroll skalar. Përdoret në disqet e kompresorëve, tifozëve, pompave dhe mekanizmave të tjerë në të cilët është e nevojshme të ruhet në një nivel të caktuar ose shpejtësia e rrotullimit të boshtit të motorit (përdoret një sensor shpejtësie), ose ndonjë parametër teknologjik (për shembull, presioni në tubacion, duke përdorur një sensor të përshtatshëm).

Parimi i funksionimit të kontrollit skalar të një motori asinkron - amplituda dhe frekuenca e tensionit të furnizimit ndryshojnë sipas ligjit U/f^n = konst, ku n>=1. Si do të duket kjo varësi në një rast të veçantë varet nga kërkesat e vendosura nga ngarkesa në makinën elektrike. Si rregull, frekuenca vepron si një ndikim i pavarur, dhe voltazhi në një frekuencë të caktuar përcaktohet nga lloji i karakteristikës mekanike, si dhe nga vlerat e çift rrotullimeve kritike dhe fillestare. Kontrolli skalar siguron që motori i induksionit të ketë një kapacitet konstant të mbingarkesës, pavarësisht nga frekuenca e tensionit, dhe megjithatë në frekuenca mjaft të ulëta mund të ndodhë një reduktim i ndjeshëm në çift rrotullues të motorit. Vlera maksimale e diapazonit të kontrollit skalar, në të cilin është e mundur të rregullohet vlera e shpejtësisë së rrotullimit të rotorit të motorit elektrik, pa humbje të çift rrotullimit të rezistencës, nuk kalon 1:10.

Kontrolli skalar i një motori me induksion është mjaft i thjeshtë për t'u zbatuar, por ka ende dy të meta të rëndësishme. Së pari, nëse një sensor shpejtësie nuk është instaluar në bosht, atëherë është e pamundur të rregullohet vlera e shpejtësisë së rrotullimit të boshtit, pasi varet nga ngarkesa që vepron në makinën elektrike. Instalimi i një sensori të shpejtësisë e zgjidh lehtësisht këtë problem, por një pengesë tjetër e rëndësishme mbetet - pamundësia për të kontrolluar vlerën e çift rrotullues në boshtin e motorit. Sigurisht, mund të instaloni një sensor çift rrotullues, por kostoja e sensorëve të tillë, si rregull, tejkalon koston e vetë makinës elektrike. Për më tepër, edhe nëse instaloni një sensor të kontrollit të çift rrotullues, procesi i kontrollit të këtij momenti do të rezultojë tepër inercial. Një kontroll tjetër "por" - skalar i një motori asinkron karakterizohet nga fakti se është e pamundur të kontrollohen njëkohësisht shpejtësia dhe çift rrotullimi, prandaj, është e nevojshme të rregulloni vlerën që është më e rëndësishme në një kohë të caktuar për shkak të kushteve të procesin teknologjik.

Për të eliminuar mangësitë që ka kontrolli skalar i motorëve, në vitin e 71-të të shekullit të kaluar, SIEMENS propozoi prezantimin e një metode të kontrollit të motorëve vektorial. Disqet e para elektrike me kontroll vektorial përdorën motorë me sensorë të integruar të rrjedhës, të cilat kufizuan ndjeshëm shtrirjen e disqeve të tilla.

Sistemi i kontrollit të disqeve elektrike moderne përmban një model matematikor të motorit, i cili ju lejon të llogaritni shpejtësinë e rrotullimit dhe çift rrotullues të boshtit. Për më tepër, vetëm sensorët aktualë të fazave të statorit të motorit janë instaluar si sensorë të nevojshëm. Struktura e projektuar posaçërisht e sistemit të kontrollit siguron pavarësi dhe rregullim pothuajse pa inerci të parametrave kryesorë - momenti i boshtit dhe shpejtësia e rrotullimit të boshtit.

Deri më tani, janë formuar sistemet e mëposhtme të kontrollit të vektorit për një motor asinkron:

• Pa sensor - nuk ka sensor shpejtësie në boshtin e motorit,
• Sistemet me reagime të shpejtësisë.

Aplikimi i metodave të kontrollit të vektorit varet nga aplikimi i makinës elektrike. Nëse diapazoni i matjes së vlerës së shpejtësisë nuk kalon 1:100, dhe kërkesat për saktësi ndryshojnë brenda ± 1,5%, atëherë përdoret një sistem kontrolli pa sensor. Nëse matja e shpejtësisë kryhet brenda vlerave që arrijnë 1: 10000 dhe më shumë, dhe niveli i saktësisë duhet të jetë mjaft i lartë (± 0,2% me një shpejtësi nën 1 Hz), ose është e nevojshme të pozicionohet boshti ose të kontrollohet çift ​​rrotullues në bosht me shpejtësi të ulëta, më pas aplikohet një sistem me reagime të shpejtësisë.

Përparësitë e metodës vektoriale për kontrollin e një motori asinkron:

• Niveli i lartë i saktësisë në kontrollin e shpejtësisë së rrotullimit të boshtit, pavarësisht mungesës së mundshme të një sensori të shpejtësisë,
• Zbatimi i rrotullimit të motorit në frekuenca të ulëta ndodh pa dridhje, pa probleme,
• Nëse është instaluar një sensor shpejtësie, është e mundur të arrihet vlera nominale e çift rrotullues në bosht edhe me shpejtësi zero,
• Përgjigje e shpejtë ndaj një ndryshimi të mundshëm të ngarkesës - kërcimet e papritura të ngarkesës praktikisht nuk ndikojnë në shpejtësinë e makinës elektrike,
• Niveli i lartë i efikasitetit të motorit për shkak të humbjeve të reduktuara për shkak të magnetizimit dhe ngrohjes.

Megjithë avantazhet e dukshme, metoda e kontrollit të vektorit ka gjithashtu disavantazhe të caktuara - kompleksiteti i madh i llogaritjeve, njohuria e parametrave të motorit kërkohet për funksionim. Ndër të tjera, luhatjet në vlerën e shpejtësisë në një ngarkesë konstante janë shumë më të mëdha se sa me metodën e kontrollit skalar. Nga rruga, ka zona të tilla ku disqet elektrike përdoren ekskluzivisht me një metodë kontrolli skalare. Për shembull, një makinë elektrike grupore në të cilën një konvertues ushqen disa motorë.

Kontroll skalar(frekuenca) - një metodë e kontrollit të një rryme alternative pa furça, e cila konsiston në mbajtjen e një raporti konstant të tensionit / frekuencës (V / Hz) në të gjithë intervalin e shpejtësisë së funksionimit, ndërsa kontrollohet vetëm madhësia dhe frekuenca e tensionit të furnizimit.

Raporti V/Hz llogaritet bazuar në vlerat e vlerësuara (dhe frekuencën) e motorit të kontrolluar AC. Duke mbajtur konstant raportin V/Hz, ne mund ta mbajmë fluksin magnetik në hendekun e motorit relativisht konstant. Nëse raporti V/Hz rritet, atëherë motori bëhet i mbingacmuar dhe anasjelltas nëse raporti zvogëlohet, motori është në një gjendje të nënngacmuar.

Ndryshimi i tensionit të furnizimit të motorit elektrik me kontroll skalar

Me shpejtësi të ulët, është e nevojshme të kompensohet rënia e tensionit në rezistencën e statorit, kështu që raporti V/Hz në shpejtësi të ulëta vendoset më i lartë se vlera nominale. Metoda e kontrollit skalar përdoret më gjerësisht për të kontrolluar motorët asinkron.

Aplikohet për motorët asinkron

Me metodën e kontrollit skalar, shpejtësia kontrollohet duke vendosur tensionin dhe frekuencën e statorit në mënyrë që fusha magnetike në hendek të mbahet në vlerën e dëshiruar. Për të mbajtur një fushë magnetike konstante përgjatë hendekut, raporti V/Hz duhet të jetë konstant me shpejtësi të ndryshme.

Me rritjen e shpejtësisë, tensioni i furnizimit të statorit gjithashtu duhet të rritet proporcionalisht. Sidoqoftë, frekuenca sinkrone e një motori me induksion nuk është e barabartë me shpejtësinë e boshtit, por varet nga ngarkesa. Kështu, një sistem kontrolli skalar me qark të hapur nuk mund të kontrollojë me saktësi shpejtësinë kur ka një ngarkesë. Për të zgjidhur këtë problem, reagimi i shpejtësisë mund të shtohet në sistem, dhe si rrjedhim kompensimi i rrëshqitjes.

Disavantazhet e kontrollit skalar

Metoda kontrolli skalar relativisht e thjeshtë për t'u zbatuar, por ka disa të meta të rëndësishme:
• së pari, nëse nuk është instaluar një sensor shpejtësie, është e pamundur të kontrolloni shpejtësinë e rrotullimit të boshtit, pasi varet nga ngarkesa (prania e një sensori të shpejtësisë e zgjidh këtë problem), dhe në rastin kur ngarkesa ndryshon, mund të humb plotësisht kontrollin;
• Së dyti, ju nuk mund të menaxhoni. Sigurisht, ky problem mund të zgjidhet duke përdorur një sensor çift rrotullues, por kostoja e instalimit të tij është shumë e lartë dhe ka shumë të ngjarë të jetë më e lartë se vetë makina elektrike. Në këtë rast, kontrolli i çift rrotullues do të jetë shumë inercial;
• është gjithashtu e pamundur të kontrollosh çift rrotullues dhe shpejtësi në të njëjtën kohë.

Kontrolli skalar është i mjaftueshëm për shumicën e aplikacioneve ku përdoret një makinë elektrike me një diapazon kontrolli të shpejtësisë së motorit deri në 1:10.

Kur kërkohet shpejtësia maksimale, përdoret aftësia për të kontrolluar një gamë të gjerë shpejtësish dhe aftësia për të kontrolluar çift rrotulluesin e motorit elektrik.