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 kontrollohen. Kontrolli i vektorit ka performancë më të lartë në krahasim 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 ndryshim në shpejtësi;
• rritja e gamës së kontrollit dhe saktësia e kontrollit;
• humbjet për shkak të ngrohjes dhe magnetizimit zvogëlohen, dhe .

Disavantazhet e kontrollit të vektorit përfshijnë:
• nevoja për të vendosur parametra;
• luhatje të mëdha të shpejtësisë me ngarkesë konstante;
• kompleksitet i lartë 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. Baza e qarkut është lidhja e fluksit magnetik dhe qarqet e kontrollit të çift rrotullues së bashku me një njësi vlerësimi, e cila mund të zbatohet në mënyra të ndryshme. Në këtë rast, 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 * (nëpërmjet njësisë së kontrollit të rrjedhës). Shpejtësia e motorit mund të matet nga një sensor (shpejtësia/pozicioni) ose të merret përmes një vlerësuesi që lejon zbatimin.

Klasifikimi i metodave të kontrollit të vektorit

Që nga vitet shtatëdhjetë të shekullit të njëzetë, janë propozuar shumë metoda të kontrollit të çift rrotullues. 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 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:
• rregullatorë linearë (PI, PID);
• rregullatorët jolinearë (histerezë).

Metoda e kontrollit			Gama e kontrollit të shpejtësisë	Gabim i shpejtësisë 3,%	Koha e rritjes së çift rrotullues, ms	Çift rrotullues i fillimit	Çmimi	Përshkrim
			1:10 1	5-10	I padisponueshem	I shkurtër	Shumë e ulët	Ka një përgjigje të ngadaltë ndaj ndryshimeve të ngarkesës dhe një gamë të vogël kontrolli të shpejtësisë, por është e lehtë për t'u zbatuar.
			>1:200 2	0		Lartë	Lartë	Ju lejon të kontrolloni pa probleme dhe shpejt parametrat kryesorë të motorit - çift rrotullues dhe shpejtësi. Që kjo metodë të funksionojë, kërkohet informacion për pozicionin e rotorit.
			>1:200 2	0		Lartë	Lartë	Një metodë hibride e krijuar për të kombinuar avantazhet e...
			>1:200 2	0		Lartë	Lartë	Ka dinamikë të lartë dhe një qark të thjeshtë, por një tipar karakteristik i funksionimit të tij janë valëzimet e larta të rrymës dhe çift rrotullues.
			>1:200 2	0		Lartë	Lartë	Ka një frekuencë ndërrimi të inverterit më të ulët se metodat e tjera dhe është projektuar për të reduktuar humbjet kur kontrollon motorët elektrikë me fuqi të lartë.

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 - kontrolli i drejtpërdrejtë i çift rrotullues).

Rregullatorët linear të çift rrotullues

Kontrollorët linear të çift rrotullues punojnë në lidhje me modulimin e gjerësisë së pulsit (PWM) të tensionit. Rregullatorët përcaktojnë vektorin e kërkuar të tensionit të statorit të mesatarizuar gjatë periudhës së marrjes së mostrave. Vektori i tensionit më në fund sintetizohet me metodën PWM; në shumicën e rasteve përdoret modulimi i vektorit hapësinor (SVM). Ndryshe nga qarqet jolineare të kontrollit të çift rrotullues, ku sinjalet përpunohen duke përdorur vlera të menjëhershme, në qarqet lineare të kontrollit të çift rrotullues, një kontrollues linear (PI) funksionon me vlera mesatare gjatë periudhës së kampionimit. Prandaj, frekuenca e marrjes së mostrave mund të zvogëlohet nga 40 kHz në qarqet jolineare të kontrolluesit të çift rrotullues në 2-5 kHz në qarqet lineare të kontrolluesit të çift rrotullues.

Kontrolli i orientuar në terren

Kontrolli i orientuar në terren(POA, anglisht kontrolli i orientuar nga fusha, FOC) është një metodë kontrolli që kontrollon një rrymë alternative pa furça (,) si një makinë me rrymë të drejtpërdrejtë me ngacmim të pavarur, që nënkupton se fusha dhe mund të kontrollohen veçmas.

Kontrolli i orientuar në terren, i propozuar në vitin 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 i rrymës. Kështu, lidhja e fluksit dhe rrymat e 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 të statorit trefazor dhe vektori i rrymës së statorit I s përdoret për të kontrolluar fluksin dhe çift rrotullues. Kështu, rryma e fushës dhe rryma e armaturës të bashkuara 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: komponentin gjatësor të rrymës së statorit I sd (duke krijuar fushën) dhe komponentin tërthor të rrymës së statorit I sq (duke krijuar çift rrotullues) në një sistem koordinativ rrotullues dq të orientuar përgjatë fushës së rotorit (R -FOC – kontroll i orientuar nga fluksi i rotorit) - foto më sipër. Kështu, kontrolli i një motori AC pa furça bëhet identik me kontrollin dhe mund të arrihet duke përdorur një inverter PWM me një rregullator linear PI dhe modulim të tensionit të vektorit të hapësirës.

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

Vlerat e menjëhershme të rrymave të statorit konvertohen në sistemin e koordinatave rrotulluese dq duke përdorur transformimin e Parkut αβ/dq, i cili gjithashtu kërkon informacion për pozicionin e rotorit. Fusha kontrollohet përmes komponentit të rrymës gjatësore I sd, ndërsa çift rrotullimi kontrollohet përmes komponentit të rrymës tërthore I sq. Transformimi invers i Parkut (dq/αβ), një modul i transformimit të koordinatave matematikore, lejon llogaritjen e komponentëve 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 diagram bllok i kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues me modulim hapësinor-vektor me rregullim të lidhjes së rrotullimit dhe fluksit me reagime që funksionojnë në një sistem koordinativ drejtkëndor të orientuar përgjatë fushës së statorit është paraqitur në figurën më poshtë. Daljet e kontrollorëve të lidhjes së çift rrotullimit dhe fluksit PI interpretohen si komponentë referencë të tensionit të statorit V ψ * dhe V M * në sistemin e koordinatave dq të orientuar përgjatë fushës së statorit (kontrolli anglez 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 * dërgohen në modulin e modulimit të vektorit hapësinor.

Diagrami funksional i kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues me modulimin e 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 cilën është tabela komutuese zëvendësohet nga një modulator (SVM ) dhe kontrolluesi i çift rrotullimit të histerezës dhe i fluksit zëvendësohen me kontrollues linearë PI.

Në kontrollin e drejtpërdrejtë të çift rrotullues me modulimin e vektorit hapësinor (DTC-FCM), çift rrotullimi dhe lidhja e fluksit kontrollohen drejtpërdrejt në një unazë të mbyllur, kështu që është i nevojshëm vlerësimi i saktë i fluksit të motorit dhe çift rrotullues. Ndryshe nga algoritmi klasik i histerezës, ai funksionon me një frekuencë konstante ndërrimi. Kjo përmirëson ndjeshëm performancën e sistemit të kontrollit: zvogëlon pulsimet e çift rrotullimit dhe rrjedhës, duke ju lejuar të filloni me siguri motorin dhe të punoni me shpejtësi të ulët. Por në të njëjtën kohë, karakteristikat dinamike të makinës zvogëlohen.

Kontrollorët jolinearë të çift rrotullues

Grupi i paraqitur i kontrolluesve të çift rrotullues largohet nga ideja e transformimit dhe kontrollit të koordinatave në analogji me një motor DC të krehur, i cili është baza për të. Rregullatorët jolinearë propozojnë 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 qarqe të rrymës ose kontroll të rrymës së drejtpërdrejtë;
• nuk kërkohet transformim i koordinatave;
• nuk ka modulim të veçantë të tensionit;
• nuk kërkohet sensor pozicioni;
• dinamikë e mirë.

Të metat:
• kërkohet një vlerësim i saktë i vektorit të lidhjes së fluksit magnetik të statorit dhe çift rrotullues;
• çift ​​rrotullues i fortë dhe pulsime të rrymës për shkak të rregullatorit jolinear (histerezë) dhe frekuencës së ndryshueshme të ndërrimit të çelsave;
• 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 një tabelë përfshirjeje u përshkrua për herë të parë nga Takahashi dhe Noguchi në një punim të IEEJ të paraqitur në shtator 1984 dhe më vonë në një punim IEEE të botuar në shtator 1986. Dizajni i metodës klasike të kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues (DTC) është shumë më i thjeshtë se ai i metodës së kontrollit në terren (), pasi nuk kërkon transformim të sistemeve të koordinatave dhe matjen e pozicionit të rotorit. Diagrami i metodës së kontrollit të çift rrotullues direkt (figura më poshtë) përmban një vlerësues të çift rrotullimit dhe fluksit të statorit, çift rrotullues histerezë dhe krahasues të fluksit, një tabelë komutuese dhe një inverter.

Parimi i metodës kontrolli i drejtpërdrejtë i çift rrotullues konsiston në zgjedhjen e një vektori të tensionit për kontrollin e njëkohshëm të lidhjes së çift rrotullues dhe të fluksit të statorit. Rrymat e matura të statorit dhe tensionet e 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, përmes 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 lidhjes së fluksit të statorit të marrë në bazë të pozicionit të tij këndor. . Kështu, pulset S A, S B dhe SC 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

Ka shumë variacione të qarkut klasik të krijuar për të përmirësuar kushtet e nisjes, mbingarkesës, funksionimin me shpejtësi shumë të ulët, reduktimin e valëzimit të çift rrotullues, funksionimin në frekuenca të ndryshueshme të ndërrimit dhe uljen e niveleve të zhurmës.

Disavantazhi i metodës klasike të kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues është prania e valëve të larta të rrymës edhe në një 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.

Vetëqeverisje direkte

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

Bazuar në komandat e lidhjes së fluksit të statorit ψ s * dhe komponentët e fazës aktuale ψ sA , ψ sB dhe ψ sC , krahasuesit e lidhjes së fluksit gjenerojnë sinjale dixhitale d A , d B dhe d C , të cilat korrespondojnë me gjendjet e tensionit aktiv (V 1 – V 6). Kontrolluesi histeretik i çift rrotullues ka një sinjal dalës d M, i cili përcakton gjendjet zero. Kështu, rregullatori i lidhjes së fluksit të statorit cakton intervalin kohor të gjendjeve të tensionit aktiv që lëvizin vektorin e lidhjes së fluksit të statorit përgjatë një rruge të caktuar, dhe rregullatori i çift rrotullues përcakton intervalin kohor të gjendjeve të tensionit zero që ruajnë çift rrotullues të motorit elektrik në një tolerancë fushë e 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 lidhjes së fluksit të statorit lëviz përgjatë një trajektoreje gjashtëkëndore;
• nuk ka rezervë të tensionit të furnizimit, aftësitë e inverterit përdoren plotësisht;
• frekuenca e kalimit të inverterit është më e ulët se ajo e kontrollit të drejtpërdrejtë të çift rrotullues me një tabelë komutuese;
• dinamikë e shkëlqyer në diapazonin e fushës konstante dhe të dobësuar.

Vini re se performanca e metodës së vetëkontrollit të drejtpërdrejtë mund të riprodhohet duke përdorur një qark me një gjerësi histereze të fluksit prej 14%.

- Çfarë është kontrolli vektorial?
- Mbajeni rrymën në 90 gradë.

Termi "kontroll vektorial" i motorëve elektrikë është i njohur për këdo që ka qenë të paktën disi i interesuar në pyetjen se si të kontrollojë një motor AC duke përdorur një mikrokontrollues. Megjithatë, zakonisht në çdo libër mbi disqet elektrike, kapitulli mbi kontrollin e vektorit është diku afër fundit, i përbërë nga një tufë formulash me qime me referenca për të gjithë kapitujt e tjerë të librit. Pse nuk doni ta kuptoni fare këtë çështje? Dhe edhe shpjegimet më të thjeshta ende kalojnë përmes ekuacioneve të ekuilibrit diferencial, diagrameve vektoriale dhe një sërë matematikash të tjera. Për shkak të kësaj, përpjekjet si kjo duket se disi ndezin motorin pa përdorur pajisjen. Por në fakt, kontrolli i vektorit është shumë i thjeshtë nëse e kuptoni parimin e funksionimit të tij "në gishtat tuaj". Dhe atëherë do të jetë më argëtuese të merresh me formula nëse është e nevojshme.

Parimi i funksionimit të një makinerie sinkrone

Le të shqyrtojmë parimin e funksionimit të motorit më të thjeshtë AC - një makinë sinkrone me magnet të përhershëm. Një shembull i përshtatshëm është një busull: gjilpëra e saj magnetike është rotori i një makine sinkrone, dhe fusha magnetike e Tokës është fusha magnetike e statorit. Pa një ngarkesë të jashtme (dhe nuk ka asnjë në busull, përveç fërkimit dhe lëngut që zbut lëkundjet e gjilpërës), rotori është gjithmonë i orientuar përgjatë fushës së statorit. Nëse mbajmë një busull dhe rrotullojmë Tokën nën të, gjilpëra do të rrotullohet së bashku me të, duke bërë punë për të përzier lëngun brenda busullës. Por ka një mënyrë pak më të thjeshtë - mund të merrni një magnet të jashtëm, për shembull, në formën e një shufre me shtylla në skajet, fusha e së cilës është shumë më e fortë se fusha magnetike e Tokës, sillni atë në busull nga lart. dhe rrotulloni magnetin. Shigjeta do të lëvizë duke ndjekur fushën magnetike rrotulluese. Në një motor sinkron të vërtetë, fusha e statorit krijohet nga elektromagnetët - mbështjellje me rrymë. Qarqet e dredha-dredha atje janë komplekse, por parimi është i njëjtë - ato krijojnë një fushë magnetike me statorin, të drejtuar në drejtimin e dëshiruar dhe që kanë amplituda e kërkuar. Le të shohim figurën e mëposhtme (Figura 1). Në qendër është një magnet - rotori i një motori sinkron ("shigjeta" e busullës), dhe në anët ka dy elektromagnetë - mbështjellje, secila krijon fushën e vet magnetike, njëra në boshtin vertikal, tjetra në horizontale.

Figura 1. Parimi i funksionimit të një makine elektrike sinkrone

Fluksi magnetik i spirales është proporcional me rrymën në të (me një përafrim të parë). Do të na interesojë fluksi magnetik nga statori në vendin ku ndodhet rotori, d.m.th. në qendër të figurës (ne neglizhojmë efektet e skajit, shpërndarjen dhe gjithçka tjetër). Flukset magnetike të dy mbështjelljeve të vendosura pingul shtohen në mënyrë vektoriale, duke formuar një fluks të përbashkët për ndërveprim me rotorin. Por meqenëse fluksi është proporcional me rrymën në spirale, është e përshtatshme të vizatohen drejtpërdrejt vektorët e rrymës, duke i lidhur ato me fluksin. Figura tregon disa rryma I α Dhe I β, duke krijuar flukse magnetike përgjatë boshteve α dhe β, përkatësisht. Vektori total i rrymës së statorit Unë s krijon një fluks magnetik të statorit të bashkëdrejtuar. Ato. në fakt Unë s simbolizon magnetin e jashtëm që sollëm në busull, por të krijuar nga elektromagnetët - mbështjellje me rrymë.
Në figurë, rotori ndodhet në një pozicion arbitrar, por nga ky pozicion rotori do të tentojë të rrotullohet sipas fluksit magnetik të statorit, d.m.th. nga vektori Unë s(pozicioni i rotorit në këtë rast tregohet me vijë me pika). Prandaj, nëse aplikoni rrymë vetëm në fazë α , le të themi I α= 1A, rotori do të qëndrojë horizontalisht, dhe nëse është në β, vertikalisht dhe nëse aplikoni I β= -1 Dhe pastaj do të rrokulliset 180 gradë. Nëse jepni rrymë I α sipas ligjit të sinusit, dhe I β sipas ligjit të kosinusit të kohës, do të krijohet një fushë magnetike rrotulluese. Rotori do ta ndjekë atë dhe do të rrotullohet (si një gjilpërë busullore ndjek rrotullimin e një magneti me dorë). Ky është parimi bazë i funksionimit të një makine sinkrone, në këtë rast një makinë dyfazore me një palë pluse.
Le të vizatojmë një grafik të rrotullimit të motorit në varësi të pozicionit këndor të boshtit të rotorit dhe vektorit aktual Unë s stator - karakteristikë këndore e një motori sinkron. Kjo varësi është sinusoidale (Figura 2).

Figura 2. Karakteristika këndore e një makinerie sinkrone (këtu ka një konfuzion historik me shenjat e momentit dhe këndit, prandaj karakteristika shpesh vizatohet e përmbysur në raport me boshtin horizontal).

Për të marrë këtë grafik në praktikë, mund të vendosni një sensor çift rrotullues në boshtin e rotorit, më pas të aktivizoni çdo vektor aktual, për shembull, thjesht aplikoni rrymë në fazën α. Rotori do të rrotullohet në pozicionin e duhur, i cili duhet të merret si zero. Pastaj, përmes sensorit të çift rrotullues, duhet ta ktheni rotorin "me dorë", duke fiksuar këndin në grafik në secilën pikë θ , i cili u kthye dhe momenti që u shfaq sensori. Ato. ju duhet të shtrini "pranverën magnetike" të motorit përmes sensorit të çift rrotullues. Momenti më i madh do të jetë në një kënd prej 90 gradë nga vektori aktual (që nga fillimi). Amplituda e çift rrotullues maksimal që rezulton Mmax është proporcionale me amplituda e vektorit të rrymës së aplikuar. Nëse aplikohet 1A, marrim, të themi, M max = 1 N∙m (njuton*metër, njësi matëse e çift rrotullues), nëse aplikojmë 2A, marrim M max = 2 N∙m.

Nga kjo karakteristikë del se motori zhvillon çift rrotullues më të madh kur rotori është në 90° ndaj vektorit aktual. Meqenëse, kur krijojmë një sistem kontrolli në një mikrokontrollues, ne duam të marrim çift rrotullues më të lartë nga motori me një minimum humbjesh, dhe humbjet, para së gjithash, janë rryma në mbështjellje, është më racionale që gjithmonë të vendosni rrymën. vektor në 90° ndaj fushës magnetike të rotorit, d.m.th. pingul me magnetin në figurën 1. Ne duhet të ndryshojmë gjithçka anasjelltas - rotori nuk lëviz drejt vektorit aktual që kemi vendosur, por ne gjithmonë e vendosim vektorin aktual në 90° ndaj rotorit, pavarësisht se si rrotullohet atje , d.m.th. "gozhdoni" vektorin aktual në rotor. Ne do të rregullojmë rrotullimin e motorit me amplituda e rrymës. Sa më e madhe të jetë amplituda, aq më i lartë është çift rrotullimi. Por frekuenca e rrotullimit, frekuenca e rrymës në mbështjellje nuk është më puna "jonë" - çfarë ndodh, si rrotullohet rotori, kështu do të jetë - ne kontrollojmë çift rrotullimin në bosht. Mjaft e çuditshme, kjo është pikërisht ajo që quhet kontrolli vektorial - kur kontrollojmë vektorin e rrymës së statorit në mënyrë që të jetë në 90° ndaj fushës magnetike të rotorit. Megjithëse disa tekste japin përkufizime më të gjera, deri në pikën që kontrolli vektorial në përgjithësi i referohet çdo ligji kontrolli ku përfshihen "vektorët", por zakonisht kontrolli vektorial i referohet pikërisht metodës së mësipërme të kontrollit.

Ndërtimi i një strukture kontrolli vektori

Por si arrihet në praktikë kontrolli i vektorit? Natyrisht, së pari ju duhet të dini pozicionin e rotorit në mënyrë që të keni diçka për të matur 90 ° në lidhje me. Mënyra më e lehtë për ta bërë këtë është duke instaluar vetë sensorin e pozicionit në boshtin e rotorit. Pastaj ju duhet të kuptoni se si të krijoni një vektor aktual, duke ruajtur rrymat e dëshiruara në faza α Dhe β . Ne aplikojmë tension në motor, jo rrymë... Por duke qenë se duam të mbështesim diçka, duhet ta matim atë. Prandaj, për kontrollin e vektorit do t'ju nevojiten sensorë të rrymës së fazës. Tjetra, ju duhet të montoni një strukturë kontrolli vektori në formën e një programi në një mikrokontrollues që do të bëjë pjesën tjetër. Kështu që ky shpjegim të mos duket si një udhëzim se "si të vizatoni një buf", le të vazhdojmë zhytjen.
Ju mund ta ruani rrymën me mikrokontrolluesin duke përdorur një rregullator të rrymës softuerike PI (proporcional-integral) dhe PWM. Për shembull, një strukturë me një rregullator aktual për një fazë α është paraqitur më poshtë (Figura 3).

Figura 3. Struktura e kontrollit me rrymë të mbyllur për një fazë

Këtu është cilësimi aktual i α_mbrapa– një konstante e caktuar, rryma që duam të mbajmë për këtë fazë, për shembull 1A. Detyra i dërgohet shtuesit aktual të rregullatorit, struktura e zbuluar e të cilit është treguar më lart. Nëse lexuesi nuk e di se si funksionon kontrolluesi PI, atëherë mjerisht. Unë mund të rekomandoj vetëm disa nga këto. Rregullatori i rrymës së daljes vendos tensionin e fazës U α. Tensioni furnizohet me bllokun PWM, i cili llogarit cilësimet e ciklit të punës (cilësimet e krahasimit) për kohëmatësit PWM të mikrokontrolluesit, duke gjeneruar PWM në një inverter urë prej katër çelësash për të gjeneruar këtë U α. Algoritmi mund të jetë i ndryshëm, për shembull, për tension pozitiv, PWM e raftit të djathtë është në proporcion me vendosjen e tensionit, çelësi i poshtëm është i mbyllur në të majtë, për PWM negativ ai i majtë, çelësi i poshtëm është i mbyllur në të djathtë. Mos harroni të shtoni kohë të vdekur! Si rezultat, një strukturë e tillë e bën softuerin një "burim aktual" në kurriz të një burimi tensioni: ne vendosim vlerën që na nevojitet i α_mbrapa, dhe kjo strukturë e zbaton atë me një shpejtësi të caktuar.

Më tej, ndoshta disa lexues kanë menduar tashmë se struktura e kontrollit të vektorit është vetëm një çështje e vogël larg - ju duhet të instaloni dy rregullatorë aktual, një rregullator për secilën fazë dhe të krijoni një detyrë mbi to në varësi të këndit nga sensori i pozicionit të rotorit ( RPS), d.m.th. bëni diçka si kjo strukturë (Figura 4):

Figura 4. Struktura e pasaktë (naive) e kontrollit të vektorit

Ju nuk mund ta bëni këtë. Kur rotori rrotullohet, variablat i α_mbrapa Dhe i β_mbrapa do të jetë sinusoidale, d.m.th. detyra për rregullatorët aktualë do të ndryshojë gjatë gjithë kohës. Shpejtësia e kontrolluesit nuk është e pafundme, kështu që kur detyra ndryshon, ai nuk e përpunon menjëherë. Nëse detyra ndryshon vazhdimisht, atëherë rregullatori gjithmonë do ta arrijë atë, duke mos e arritur kurrë atë. Dhe ndërsa shpejtësia e rrotullimit të motorit rritet, vonesa e rrymës reale nga ajo e dhënë do të bëhet gjithnjë e më e madhe, derisa këndi i dëshiruar prej 90° midis rrymës dhe magnetit të rotorit të pushojë së qeni i ngjashëm me të, dhe vektori kontrolli pushon së qeni i tillë. Kjo është arsyeja pse ata e bëjnë atë ndryshe. Struktura e saktë është si më poshtë (Figura 5):

Figura 5. Struktura e kontrollit të sensorit vektor për makinën sinkrone dyfazore

Këtu janë shtuar dy blloqe - BKP_1 dhe BKP_2: blloqe të transformimeve të koordinatave. Ata bëjnë një gjë shumë të thjeshtë: e rrotullojnë vektorin e hyrjes me një kënd të caktuar. Për më tepër, BOD_1 kthehet në + ϴ , dhe BKP_2 në - ϴ . Ky është i gjithë ndryshimi mes tyre. Në literaturën e huaj quhen transformime parku. BKP_2 kryen transformimin e koordinatave për rrymat: nga akset fikse α Dhe β , i lidhur me statorin e motorit, me akset rrotulluese d Dhe q, i lidhur me rotorin e motorit (duke përdorur këndin e pozicionit të rotorit ϴ ). Dhe BKP_1 bën transformimin e kundërt, nga vendosja e tensionit përgjatë akseve d Dhe q bën kalimin në akset α Dhe β . Unë nuk jap ndonjë formula për konvertimin e koordinatave, por ato janë të thjeshta dhe shumë të lehta për t'u gjetur. Në fakt, nuk ka asgjë më të komplikuar se gjeometria e shkollës (Figura 6):

Figura 6. Koordinoni transformimet nga akset fikse α dhe β, të lidhura me statorin e motorit, në akset rrotulluese. d Dhe q, i lidhur me rotorin

Kjo do të thotë, në vend që të "rrotullojnë" cilësimet e rregullatorëve (siç ishte rasti në strukturën e mëparshme), hyrjet dhe daljet e tyre rrotullohen, dhe vetë rregullatorët funksionojnë në gjendje statike: rrymat d, q dhe daljet e kontrollorëve në gjendje të qëndrueshme janë konstante. Boshtet d Dhe q rrotullohen së bashku me rotorin (pasi rrotullohen nga një sinjal nga sensori i pozicionit të rotorit), ndërsa rregullatori i boshtit q rregullon saktësisht rrymën që në fillim të artikullit e quajta "pingule me fushën e rotorit", domethënë është një rrymë që gjeneron çift rrotullues, dhe rryma dështë në linjë me "magnetin e rotorit", kështu që ne nuk kemi nevojë për të dhe e vendosim të barabartë me zero. Kjo strukturë është e lirë nga disavantazhi i strukturës së parë - rregullatorët aktualë as nuk e dinë që diçka po rrotullohet diku. Ata punojnë në një mënyrë statike: ata kanë rregulluar secilën prej rrymave të tyre, kanë arritur tensionin e specifikuar - dhe kjo është ajo, si rotori, mos ikni prej tyre, ata as nuk do ta dinë për këtë: e gjithë puna e rrotullimit bëhet nga blloqet e transformimit të koordinatave.

Për të shpjeguar "në gishta" mund të jepni një analogji.

Për trafik linear, le të jetë, për shembull, një autobus qyteti. Ai vazhdimisht përshpejtohet, pastaj ngadalësohet, pastaj shkon prapa dhe në përgjithësi sillet si të dojë: është një rotor motori. Gjithashtu, ju jeni në një makinë afër, duke vozitur paralelisht: detyra juaj është të jeni pikërisht në mes të autobusit: "mbani 90°", ju jeni rregullatorët aktualë. Nëse autobusi ndryshon shpejtësinë gjatë gjithë kohës, ju gjithashtu duhet të ndryshoni shpejtësinë në përputhje me rrethanat dhe ta monitoroni atë gjatë gjithë kohës. Por tani ne do të bëjmë "kontroll vektori" për ju. Ju hipët brenda autobusit, qëndruat në mes dhe u kapët pas parmakut - si autobusi, mos ikni, lehtë mund ta përballoni detyrën e "të qenit në mes të autobusit". Në mënyrë të ngjashme, rregullatorët aktualë, "rrotulluar" në akset rrotulluese d, q të rotorit, jetojnë një jetë të lehtë.

Struktura e mësipërme në fakt funksionon dhe përdoret në disqet elektrike moderne. Vetëm atij i mungojnë një tufë e tërë "përmirësimesh" të vogla, pa të cilat nuk është më zakon të bëhen, siç janë kompensimi për ndërlidhjet, kufizimet e ndryshme, dobësimi i fushës, etj. Por ky është parimi bazë.

Dhe nëse duhet të rregulloni jo çift rrotulluesin e makinës, por ende shpejtësinë (shpejtësia e saktë këndore, frekuenca e rrotullimit)? Epo atëherë ne instalojmë një kontrollues tjetër PI - një kontrollues shpejtësie (RS). Ne aplikojmë një komandë shpejtësie në hyrje, dhe në dalje kemi një komandë çift rrotullues. Që nga rryma e boshtit qështë proporcionale me çift rrotullues, atëherë për ta thjeshtuar atë, dalja e kontrolluesit të shpejtësisë mund të futet drejtpërdrejt në hyrjen e kontrolluesit të rrymës së boshtit q, si kjo (Figura 7):

Figura 7. Kontrolluesi i shpejtësisë për kontrollin e vektorit
Këtu SI, vendosësi i intensitetit, ndryshon pa probleme prodhimin e tij në mënyrë që motori të përshpejtojë me ritmin e dëshiruar dhe të mos lëvizë me rrymë të plotë derisa të vendoset shpejtësia. Shpejtësia aktuale ω marrë nga mbajtësi i sensorit të pozicionit të rotorit, pasi ω ky është derivati ​​i pozicionit këndor ϴ . Epo, ose thjesht mund të matni kohën midis impulseve të sensorit ...

Si të bëni të njëjtën gjë për një motor trefazor? Epo, në fakt, asgjë e veçantë, ne shtojmë një bllok tjetër dhe ndryshojmë modulin PWM (Figura 8).

Figura 8. Struktura e kontrollit të sensorit vektor për makinën sinkrone trefazore

Rrymat trefazore, ashtu si ato dyfazore, shërbejnë për një qëllim - të krijojnë një vektor të rrymës së statorit Unë s, i drejtuar në drejtimin e dëshiruar dhe që ka amplituda e dëshiruar. Prandaj, rrymat trefazore thjesht mund të shndërrohen në dyfazore, dhe më pas të lënë të njëjtin sistem kontrolli që tashmë është mbledhur për një makinë dyfazore. Në literaturën në gjuhën angleze, një "rillogaritje" e tillë quhet transformimi i Clarke (Edith Clarke është ajo), në vendin tonë quhet transformime fazore. Në strukturën në figurën 8, në përputhje me rrethanat, kjo bëhet nga blloku i transformimit fazor. Ato bëhen përsëri duke përdorur kursin e gjeometrisë shkollore (Figura 9):

Figura 9. Konvertimet fazore - nga tre faza në dy. Për lehtësi, supozojmë se amplituda e vektorit I s është e barabartë me amplituda e rrymës në fazë

Mendoj se nuk nevojiten komente. Disa fjalë për rrymën e fazës C. Nuk ka nevojë të instaloni një sensor të rrymës atje, pasi të tre fazat e motorit janë të lidhura në një yll, dhe sipas ligjit të Kirchhoff, gjithçka që rrjedh nëpër dy faza duhet të rrjedhë nga e treta (përveç nëse, sigurisht, ka një vrimë në izolimin e motorit tuaj dhe gjysma nuk ka rrjedhur diku në strehim), prandaj rryma e fazës C llogaritet si shuma skalare e rrymave të fazave A dhe B me një shenjë minus. Edhe pse ndonjëherë instalohet një sensor i tretë për të reduktuar gabimin e matjes.

Kërkohet gjithashtu një ripërpunim i plotë i modulit PWM. Në mënyrë tipike, një inverter trefazor me gjashtë çelësa përdoret për motorët trefazorë. Në figurë, komanda e tensionit ende arrin në akset dyfazore. Brenda modulit PWM, duke përdorur transformime fazore të kundërta, kjo mund të shndërrohet në tensione të fazave A, B, C, të cilat duhet të aplikohen në motor në këtë moment. Por çfarë të bëjmë më pas... Opsionet janë të mundshme. Një metodë naive është të vendosni një cikël funksionimi për çdo raft inverter në përpjesëtim me tensionin e dëshiruar plus 0.5. Kjo quhet PWM e valës sinus. Kjo është pikërisht metoda që autori përdori në habrahabr.ru/post/128407. Gjithçka është mirë në këtë metodë, përveç se kjo metodë do të mos shfrytëzojë inverterin e tensionit - d.m.th. voltazhi maksimal që do të merret do të jetë më i vogël se ai që mund të merrni nëse përdorni një metodë më të avancuar PWM.

Le të bëjmë matematikën. Le të keni një konvertues klasik të frekuencës, të mundësuar nga një rrjet industrial trefazor 380V 50Hz. Këtu 380 V është tensioni efektiv linear (ndërmjet fazave). Meqenëse konverteri përmban një ndreqës, ai do të korrigjojë këtë tension dhe autobusi DC do të ketë një tension të barabartë me tensionin linear të amplitudës, d.m.th. 380∙√2=540V Tension DC (të paktën pa ngarkesë). Nëse aplikojmë një algoritëm llogaritjeje sinusoidale në modulin PWM, atëherë amplituda e tensionit fazor maksimal që mund të arrijmë do të jetë e barabartë me gjysmën e tensionit në autobusin DC, d.m.th. 540/2=270V. Le ta kthejmë në fazën efektive: 270/√2=191V. Dhe tani në linjën aktuale: 191∙√3=330V. Tani mund të krahasojmë: hyri 380V, por doli 330V... Dhe nuk mund të bësh asgjë tjetër me këtë lloj PWM. Për të korrigjuar këtë problem, përdoret i ashtuquajturi tipi vektor PWM. Prodhimi i tij do të jetë përsëri 380 V (në mënyrë ideale, pa marrë parasysh të gjitha rëniet e tensionit). Vektori PWM nuk ka asnjë lidhje me kontrollin vektorial të një motori elektrik. Thjesht arsyetimi i tij përsëri përdor pak gjeometri shkollore, prandaj quhet vektor. Sidoqoftë, puna e tij nuk mund të shpjegohet me gishta, ndaj lexuesin do t'i referoj librat (në fund të artikullit) ose Wikipedia. Unë gjithashtu mund t'ju jap një fotografi që lë të kuptohet paksa për ndryshimin në funksionimin e PWM sinusoidale dhe vektoriale (Figura 10):

Figura 10. Ndryshimi në potencialet fazore për PWM skalare dhe vektoriale

Llojet e sensorëve të pozicionit

Nga rruga, çfarë sensorë pozicioni përdoren për kontrollin e vektorit? Ka katër lloje të sensorëve që përdoren më shpesh. Këta janë një kodues kuadratik në rritje, një kodues i bazuar në elementë Hall, një kodues absolut i pozicionit dhe një kodues sinkron.
Enkoder kuadraturë nuk tregon pozicionin absolut të rotorit - me impulset e tij ju lejon vetëm të përcaktoni sa larg keni udhëtuar, por jo ku dhe nga ku (si fillimi dhe fundi lidhen me vendndodhjen e magnetit të rotorit). Prandaj, nuk është i përshtatshëm për kontrollin vektorial të një makine sinkrone. Shenja e saj referuese (indeksi) e kursen situatën pak - ka vetëm një për rrotullim mekanik, nëse e arrini atë, atëherë pozicioni absolut bëhet i njohur, dhe prej tij tashmë mund të numëroni sa keni udhëtuar duke përdorur një sinjal kuadratik. Por si të arrini në këtë shenjë në fillim të punës? Në përgjithësi, kjo nuk është gjithmonë e papërshtatshme.
Sensori i elementit Hall- Ky është një sensor i përafërt. Prodhon vetëm disa impulse për rrotullim (në varësi të numrit të elementeve Hall; për motorët trefazorë zakonisht ka tre, pra gjashtë pulse), duke ju lejuar të njihni pozicionin në vlerë absolute, por me saktësi të ulët. Saktësia zakonisht është e mjaftueshme për të mbajtur këndin e vektorit të rrymës në mënyrë që motori të paktën të lëvizë përpara dhe jo prapa, por çift rrotullimi dhe rrymat do të pulsojnë. Nëse motori është përshpejtuar, atëherë mund të filloni të ekstrapoloni në mënyrë programore sinjalin nga sensori me kalimin e kohës - d.m.th. ndërtoni një kënd linear të ndryshueshëm nga një kënd i përafërt diskret. Kjo bëhet bazuar në supozimin se motori rrotullohet me shpejtësi afërsisht konstante, diçka si kjo (Figura 11):

Figura 11. Funksionimi i një sensori të pozicionit të elementit Hall për një makinë trefazore dhe ekstrapolimi i sinjalit të tij

Shpesh një kombinim i një koduesi dhe një sensori i efektit Hall përdoret për servo motorët. Në këtë rast, ju mund të krijoni një modul të vetëm softueri për përpunimin e tyre, duke eliminuar disavantazhet e të dyjave: bëni ekstrapolimin e këndit të dhënë më sipër, por jo sipas kohës, por sipas shenjave nga koduesi. Ato. Një kodues funksionon brenda sensorit Hall nga skaji në skaj dhe çdo skaj i Hall inicializon qartë pozicionin aktual këndor absolut. Në këtë rast, vetëm lëvizja e parë e makinës do të jetë jo optimale (jo në 90°), derisa të arrijë në një pjesë të përparme të sensorit Hall. Një problem më vete në këtë rast është përpunimi i jo-idealiteteve të të dy sensorëve - rrallë dikush i rregullon elementët e Hallit në mënyrë simetrike dhe të barabartë...

Në aplikacione edhe më të shtrenjta që përdorin kodues absolut me një ndërfaqe dixhitale (enkoder absolut), i cili siguron menjëherë pozicionin absolut dhe ju lejon të shmangni problemet e përshkruara më sipër.

Nëse motori elektrik është shumë i nxehtë dhe gjithashtu kur kërkohet një saktësi e shtuar e matjes së këndit, përdorni "analog" sensor sinkron(zgjidhës, transformator rrotullues). Kjo është një makinë e vogël elektrike që përdoret si sensor. Imagjinoni që në makinën sinkrone që kemi konsideruar në figurën 1, në vend të magneteve, ka një spirale tjetër në të cilën aplikojmë një sinjal me frekuencë të lartë. Nëse rotori është horizontal, atëherë sinjali do të induktohet vetëm në spiralen e statorit të fazës α , nëse vertikale - atëherë vetëm në β , nëse e ktheni 180, faza e sinjalit do të ndryshojë dhe në pozicionet e ndërmjetme induktohet si këtu ashtu edhe atje sipas ligjit sinus/kosinus. Prandaj, duke matur amplitudën e sinjalit në dy mbështjellje, pozicioni mund të përcaktohet gjithashtu nga raporti i kësaj amplitude dhe zhvendosja e fazës. Duke instaluar një makinë të tillë si një sensor në atë kryesor, mund të zbuloni pozicionin e rotorit.
Ka shumë më tepër sensorë të pozicionit ekzotikë, veçanërisht për aplikime me saktësi ultra të lartë, si p.sh. prodhimi i çipave elektronikë. Aty, çdo dukuri fizike përdoret vetëm për të zbuluar pozicionin sa më saktë. Ne nuk do t'i konsiderojmë ato.

Thjeshtimi i kontrollit të vektorit

Siç e kuptoni, kontrolli i vektorit është mjaft kërkues - jepini sensorë pozicioni, sensorë aktualë, kontroll vektorial PWM dhe asnjë mikrokontrollues për të llogaritur gjithë këtë matematikë. Prandaj, për aplikime të thjeshta është thjeshtuar. Për të filluar, ju mund të eliminoni sensorin e pozicionit duke bërë kontrollin e vektorit pa sensor. Për ta bërë këtë, përdorni pak më shumë magji matematikore, e vendosur në drejtkëndëshin e verdhë (Figura 12):

Figura 12. Struktura e kontrollit të vektorit pa sensor

Një vëzhgues është një bllok që merr informacion në lidhje me tensionin e aplikuar në motor (për shembull, nga një punë në një modul PWM) dhe për rrymat në motor nga sensorët. Brenda vëzhguesit ka një model të një motori elektrik, i cili, përafërsisht, përpiqet të rregullojë rrymat e tij në stator me ato të matura nga një motor real. Nëse ajo ia doli, atëherë mund të supozojmë se pozicioni i rotorit të simuluar brenda boshtit gjithashtu përkon me atë real dhe mund të përdoret për nevojat e kontrollit të vektorit. Epo, kjo, natyrisht, është plotësisht e thjeshtuar. Ka lloje të panumërta vëzhguesish si këta. Çdo student i diplomuar i specializuar në disqet elektrike përpiqet të shpikë të tijën, e cila është disi më e mirë se të tjerët. Parimi bazë është monitorimi i EMF të motorit elektrik. Prandaj, më shpesh, një sistem kontrolli pa sensor funksionon vetëm me një shpejtësi relativisht të lartë rrotullimi, ku EMF është i madh. Ai gjithashtu ka një numër disavantazhesh në krahasim me praninë e një sensori: duhet të dini parametrat e motorit, shpejtësia e makinës është e kufizuar (nëse shpejtësia e rrotullimit ndryshon ndjeshëm, vëzhguesi mund të mos ketë kohë për ta gjurmuar dhe "gënjeshtër" " për ca kohë, ose edhe "të shpërbëhet" plotësisht), vendosja e një vëzhguesi është një procedurë e tërë; për funksionimin e tij me cilësi të lartë, duhet të dini saktësisht tensionin në motor, të matni me saktësi rrymat e tij, etj.

Ekziston një mundësi tjetër thjeshtimi. Për shembull, mund të bëni të ashtuquajturin "ndërrim automatik". Në këtë rast, për një motor trefazor, ata braktisin metodën komplekse PWM, braktisin strukturën komplekse të vektorit dhe fillojnë thjesht të ndezin fazat e motorit duke përdorur një sensor pozicioni në elementët Hall, madje ndonjëherë pa ndonjë kufizim aktual. Rryma në faza nuk është sinusoidale, por trapezoidale, drejtkëndore ose edhe më e shtrembëruar. Por ata përpiqen të sigurohen që vektori mesatar i rrymës është ende në 90 gradë me "magnetin e rotorit" duke zgjedhur momentin kur fazat janë ndezur. Në të njëjtën kohë, duke ndezur fazën nën tension, nuk dihet se kur do të rritet rryma në fazën e motorit. Me shpejtësi të ulët rrotullimi e bën këtë më shpejt, me shpejtësi të lartë, ku ndërhyn EMF i makinës, e bën më ngadalë; shkalla e rritjes së rrymës varet gjithashtu nga induktiviteti i motorit, etj. Prandaj, edhe duke përfshirë fazat saktësisht në kohën e duhur, nuk është aspak fakt që vektori mesatar i rrymës do të jetë në vendin e duhur dhe me fazën e duhur - ai ose mund të avancojë ose të vonojë në krahasim me 90 gradë optimale. Prandaj, në sisteme të tilla, futet një cilësim "përparimi i kalimit" - në thelb vetëm koha, sa më herët duhet të aplikohet tension në fazën e motorit, në mënyrë që në fund faza e vektorit aktual të jetë më afër 90 gradë. E thënë thjesht, kjo quhet "caktimi i orareve". Meqenëse rryma në një motor elektrik gjatë autokomutimit nuk është sinusoidale, atëherë nëse merrni makinën sinusoidale të diskutuar më lart dhe e kontrolloni atë në këtë mënyrë, çift rrotullimi në bosht do të pulsojë. Prandaj, në motorët e projektuar për autokomutim, gjeometria magnetike e rotorit dhe statorit shpesh ndryshohet në një mënyrë të veçantë për t'i bërë ato më të përshtatshme për këtë lloj kontrolli: EMF e makinave të tilla është bërë trapezoidale, për shkak të së cilës ato funksionojnë më mirë në modaliteti i komutimit automatik. Makinat sinkrone të optimizuara për komutim automatik quhen motorë me rrymë direkte pa furça (BLDC) ose në anglisht BLDC (Motor me rrymë të drejtpërdrejtë pa furça). Modaliteti i ndërrimit automatik shpesh quhet gjithashtu modaliteti i valvulave, dhe motorët që veprojnë me të janë të tipit valvul. Por këta janë të gjithë emra të ndryshëm që nuk ndikojnë në thelbin në asnjë mënyrë (por operatorët e kalitur të makinës elektrike shpesh vuajnë nga CPGS në çështjet që lidhen me këta emra). Ekziston një video e mirë që ilustron parimin e funksionimit të makinave të tilla. Ai tregon një motor të përmbysur, me rotorin nga jashtë dhe statorin nga brenda:

Por ka një kurs artikujsh për motorë të tillë dhe pajisjen e sistemit të kontrollit.

Mund të shkoni për një thjeshtësim edhe më të madh. Ndërroni mbështjelljet në mënyrë që një fazë të jetë gjithmonë "e lirë" dhe të mos aplikohet PWM në të. Pastaj është e mundur të matet EMF (tensioni i induktuar në bobinën e fazës), dhe kur ky tension kalon në zero, përdorni këtë si sinjal nga sensori i pozicionit të rotorit, sepse faza e këtij tensioni të induktuar varet pikërisht nga pozicioni i rotor. Kjo rezulton në ndërrim automatik pa sensor, i cili përdoret gjerësisht në disqe të ndryshme të thjeshta, për shembull, në "rregullatorët" për helikat e modeleve të avionëve. Duhet mbajtur mend se EMF i makinës shfaqet vetëm me një shpejtësi rrotullimi relativisht të lartë, prandaj, për të filluar, sisteme të tilla kontrolli thjesht ndryshojnë ngadalë fazat, duke shpresuar që rotori i motorit të ndjekë rrymën e furnizuar. Sapo të shfaqet EMF, aktivizohet modaliteti i komutimit automatik. Prandaj, një sistem pa sensor (aq i thjeshtë dhe më shpesh i ndërlikuar) nuk është i përshtatshëm për detyra ku motori duhet të jetë në gjendje të zhvillojë çift rrotullues me shpejtësi afër zeros, për shembull, për një lëvizje tërheqëse të një makine (ose modelin e saj) , një servo drive i ndonjë mekanizmi, etj. P. Por sistemi pa sensor është i përshtatshëm me sukses për pompat dhe tifozët, ku përdoret.

Por ndonjëherë ato bëjnë thjeshtime edhe më të mëdha. Mund të braktisni plotësisht mikrokontrolluesin, çelësat, sensorët e pozicionit dhe gjëra të tjera duke ndërruar fazat me një çelës mekanik të veçantë (Figura 13):

Figura 13. Ndërprerës mekanik për mbështjellje komutuese

Kur rrotullohet, vetë rotori ndërron pjesët e tij të mbështjelljes, duke ndryshuar tensionin e aplikuar ndaj tyre, ndërsa një rrymë alternative rrjedh në rotor. Komutatori është i pozicionuar në atë mënyrë që fluksi magnetik i rotorit dhe statorit të jetë përsëri afër 90 gradë për të arritur çift rrotullues maksimal. Motorë të tillë quhen naivisht motorë DC, por plotësisht të pamerituar: brenda, pas kolektorit, rryma është ende e alternuar!

konkluzioni

Të gjitha makinat elektrike punojnë në mënyrë të ngjashme. Në teorinë e disqeve elektrike, ekziston edhe koncepti i një "makine elektrike të përgjithësuar", në të cilën zvogëlohet puna e të tjerëve. Shpjegimet "praktike" të paraqitura në artikull nuk mund të shërbejnë në asnjë mënyrë si një udhëzues praktik për të shkruar kodin e mikrokontrolluesit. Artikulli diskuton mirë nëse një për qind e informacionit që kërkohet për të zbatuar kontrollin real të vektorit. Për të bërë diçka në praktikë, së pari duhet të njihni TAU, të paktën në nivelin e të kuptuarit se si funksionon kontrolluesi PI. Atëherë ju ende duhet të studioni përshkrimin matematikor të makinës sinkrone dhe sintezën e kontrollit të vektorit. Studioni gjithashtu vektorin PWM, zbuloni se cilat janë çiftet e poleve, njihuni me llojet e mbështjelljeve të makinës etj. Kjo mund të bëhet në librin e fundit "Anuchin A.S. Sistemet e kontrollit të makinës elektrike. MPEI, 2015”, si dhe në “Kalachev Yu. N. Rregullorja e Vektorit (shënime praktike)”. Lexuesi duhet të paralajmërohet kundër zhytjes në formulat e teksteve "të vjetra" në disqet, ku theksi kryesor është në marrjen në konsideratë të karakteristikave të motorëve elektrikë kur furnizohen drejtpërdrejt nga një rrjet industrial trefazor, pa asnjë mikrokontrollues dhe sensorë pozicioni. Sjellja e motorëve në këtë rast përshkruhet nga formula dhe varësi komplekse, por për problemin e kontrollit të vektorit ato pothuajse nuk janë të dobishme (nëse studiohen vetëm për vetë-zhvillim). Duhet të jeni veçanërisht të kujdesshëm për rekomandimet e teksteve të vjetra, ku, për shembull, thuhet se një makinë sinkrone nuk duhet të funksionojë në çift rrotullues maksimal, pasi funksionimi atje është i paqëndrueshëm dhe kërcënon të përmbyset - e gjithë kjo është "këshilla e keqe". ” për kontrollin e vektorit.

Në cilin mikrokontrollues mund të bëni kontroll të plotë vektori, lexoni, për shembull, në artikullin tonë Mikrokontrolluesi i ri shtëpiak i kontrollit të motorit K1921VK01T JSC NIIET dhe si ta korrigjoni atë në artikullin Metodat për korrigjimin e softuerit të mikrokontrolluesit në një makinë elektrike. Vizitoni gjithashtu faqen tonë të internetit: në veçanti, ka dy video të mërzitshme të postuara atje, të cilat tregojnë në praktikë se si të vendosni një kontrollues të rrymës PI, si dhe se si funksionon një strukturë kontrolli e mbyllur me rrymë dhe pa sensorë vektoriale. Përveç kësaj, mund të blini një çantë korrigjimi me një strukturë të gatshme të kontrollit të vektorit të sensorit në një mikrokontrollues shtëpiak.

P.S.
I kërkoj falje ekspertëve për trajtimin jo plotësisht korrekt të disa termave, veçanërisht termave "rrjedhë", "lidhje fluksi", "fushë magnetike" dhe të tjera - thjeshtësia kërkon sakrificë...

Sipas statistikave të fundit, afërsisht 70% e të gjithë energjisë elektrike të prodhuar në botë konsumohet nga disqet elektrike. Dhe çdo vit kjo përqindje po rritet.

Me një metodë të zgjedhur saktë të kontrollit të një motori elektrik, është e mundur të arrihet efikasiteti maksimal, çift rrotullimi maksimal në boshtin e makinës elektrike dhe në të njëjtën kohë performanca e përgjithshme e mekanizmit do të rritet. Motorët elektrikë që funksionojnë me efikasitet konsumojnë një minimum energjie elektrike dhe ofrojnë efikasitet maksimal.

Për motorët elektrikë të fuqizuar nga një inverter, efikasiteti do të varet kryesisht nga metoda e zgjedhur e kontrollit të makinës elektrike. Vetëm duke kuptuar meritat e secilës metodë, inxhinierët dhe projektuesit e sistemeve drejtuese mund të marrin performancën maksimale nga çdo metodë kontrolli.
Përmbajtja:

Metodat e kontrollit

Shumë njerëz që punojnë në fushën e automatizimit, por jo të përfshirë nga afër në zhvillimin dhe zbatimin e sistemeve të lëvizjes elektrike, besojnë se kontrolli i motorit elektrik përbëhet nga një sekuencë komandash të futura duke përdorur një ndërfaqe nga një panel kontrolli ose PC. Po, nga pikëpamja e hierarkisë së përgjithshme të kontrollit të një sistemi të automatizuar, kjo është e saktë, por ka edhe mënyra për të kontrolluar vetë motorin elektrik. Janë këto metoda që do të kenë ndikimin maksimal në performancën e të gjithë sistemit.

Për motorët asinkronë të lidhur me një konvertues frekuence, ekzistojnë katër metoda kryesore të kontrollit:

• U/f – volt për herc;
• U/f me kodues;
• Kontrolli i vektorit me qark të hapur;
• Kontrolli i vektorit me qark të mbyllur;

Të katër metodat përdorin modulimin e gjerësisë së pulsit PWM, i cili ndryshon gjerësinë e një sinjali fiks duke ndryshuar gjerësinë e pulseve për të krijuar një sinjal analog.

Modulimi i gjerësisë së pulsit zbatohet në konvertuesin e frekuencës duke përdorur një tension fiks të autobusit DC. duke hapur dhe mbyllur shpejt (më saktë, duke ndërruar) ato gjenerojnë impulse dalëse. Duke ndryshuar gjerësinë e këtyre impulseve në dalje, fitohet një "sinusoid" i frekuencës së dëshiruar. Edhe nëse forma e tensionit të daljes së transistorëve është pulsuese, rryma përsëri merret në formën e një sinusoidi, pasi motori elektrik ka një induktivitet që ndikon në formën e rrymës. Të gjitha metodat e kontrollit bazohen në modulimin PWM. Dallimi midis metodave të kontrollit qëndron vetëm në metodën e llogaritjes së tensionit të furnizuar në motor elektrik.

Në këtë rast, frekuenca bartëse (e treguar me të kuqe) përfaqëson frekuencën maksimale të kalimit të transistorëve. Frekuenca e bartësit për invertorët është zakonisht në intervalin 2 kHz - 15 kHz. Referenca e frekuencës (e treguar me ngjyrë blu) është sinjali i komandës së frekuencës së daljes. Për invertorët e përdorur në sistemet konvencionale të lëvizjes elektrike, si rregull, varion nga 0 Hz në 60 Hz. Kur sinjalet e dy frekuencave mbivendosen mbi njëra-tjetrën, do të lëshohet një sinjal për të hapur transistorin (i treguar në të zezë), i cili furnizon me tension të energjisë motorin elektrik.

Metoda e kontrollit U/F

Kontrolli Volt-per-Hz, i referuar më së shpeshti si U/F, është ndoshta metoda më e thjeshtë e kontrollit. Përdoret shpesh në sistemet e thjeshta të lëvizjes elektrike për shkak të thjeshtësisë dhe numrit minimal të parametrave të kërkuar për funksionim. Kjo metodë kontrolli nuk kërkon instalimin e detyrueshëm të një koduesi dhe cilësimet e detyrueshme për një makinë elektrike me frekuencë të ndryshueshme (por rekomandohet). Kjo çon në kosto më të ulëta për pajisjet ndihmëse (sensorë, tela reagimi, reletë, etj.). Kontrolli U/F përdoret mjaft shpesh në pajisjet me frekuencë të lartë, për shembull, përdoret shpesh në makinat CNC për të drejtuar rrotullimin e boshtit.

Modeli i çift rrotullues konstant ka çift rrotullues konstant në të gjithë diapazonin e shpejtësisë me të njëjtin raport U/F. Modeli i raportit të ndryshueshëm të çift rrotullues ka një tension më të ulët të furnizimit me shpejtësi të ulët. Kjo është e nevojshme për të parandaluar ngopjen e makinës elektrike.

U/F është mënyra e vetme për të rregulluar shpejtësinë e një motori elektrik asinkron, i cili lejon kontrollin e disa disqeve elektrike nga një konvertues i frekuencës. Prandaj, të gjitha makinat fillojnë dhe ndalojnë njëkohësisht dhe funksionojnë në të njëjtën frekuencë.

Por kjo metodë kontrolli ka disa kufizime. Për shembull, kur përdorni metodën e kontrollit U/F pa një kodues, nuk ka absolutisht asnjë siguri që boshti i një makine asinkrone rrotullohet. Për më tepër, çift rrotullimi fillestar i një makine elektrike në një frekuencë prej 3 Hz është i kufizuar në 150%. Po, çift rrotullimi i kufizuar është më se i mjaftueshëm për të akomoduar shumicën e pajisjeve ekzistuese. Për shembull, pothuajse të gjithë tifozët dhe pompat përdorin metodën e kontrollit U/F.

Kjo metodë është relativisht e thjeshtë për shkak të specifikave të saj më të lirshme. Rregullimi i shpejtësisë është zakonisht në intervalin 2% - 3% të frekuencës maksimale të daljes. Përgjigja e shpejtësisë llogaritet për frekuenca mbi 3 Hz. Shpejtësia e përgjigjes së konvertuesit të frekuencës përcaktohet nga shpejtësia e përgjigjes së tij ndaj ndryshimeve në frekuencën e referencës. Sa më e lartë të jetë shpejtësia e përgjigjes, aq më shpejt motori elektrik do t'i përgjigjet ndryshimeve në cilësimin e shpejtësisë.

Gama e kontrollit të shpejtësisë kur përdoret metoda U/F është 1:40. Duke e shumëzuar këtë raport me frekuencën maksimale të funksionimit të makinës elektrike, marrim vlerën e frekuencës minimale në të cilën mund të funksionojë makina elektrike. Për shembull, nëse vlera maksimale e frekuencës është 60 Hz dhe diapazoni është 1:40, atëherë vlera minimale e frekuencës do të jetë 1,5 Hz.

Modeli U/F përcakton marrëdhënien midis frekuencës dhe tensionit gjatë funksionimit të një disku me frekuencë të ndryshueshme. Sipas saj, kurba e vendosjes së shpejtësisë së rrotullimit (frekuenca e motorit) do të përcaktojë, përveç vlerës së frekuencës, edhe vlerën e tensionit të furnizuar në terminalet e makinës elektrike.

Operatorët dhe teknikët mund të zgjedhin modelin e dëshiruar të kontrollit U/F me një parametër në një konvertues modern të frekuencës. Modelet e para-instaluara tashmë janë optimizuar për aplikacione specifike. Ekzistojnë gjithashtu mundësi për të krijuar shabllonet tuaja që do të optimizohen për një makinë specifike me frekuencë të ndryshueshme ose një sistem motori elektrik.

Pajisjet si tifozët ose pompat kanë një çift rrotullues ngarkese që varet nga shpejtësia e rrotullimit të tyre. Çift rrotullues i ndryshueshëm (foto më lart) i modelit U/F parandalon gabimet e kontrollit dhe përmirëson efikasitetin. Ky model kontrolli redukton rrymat magnetizuese në frekuenca të ulëta duke ulur tensionin në makinën elektrike.

Mekanizmat e çift rrotullues konstant si transportuesit, ekstruderët dhe pajisjet e tjera përdorin një metodë të kontrollit të çift rrotullues konstant. Me ngarkesë konstante, kërkohet rrymë e plotë magnetizuese në të gjitha shpejtësitë. Prandaj, karakteristika ka një pjerrësi të drejtë në të gjithë gamën e shpejtësisë.

Metoda e kontrollit U/F me kodues

Nëse është e nevojshme të rritet saktësia e kontrollit të shpejtësisë së rrotullimit, një kodues i shtohet sistemit të kontrollit. Futja e reagimit të shpejtësisë duke përdorur një kodues ju lejon të rritni saktësinë e kontrollit në 0.03%. Tensioni i daljes do të përcaktohet ende nga modeli i specifikuar U/F.

Kjo metodë kontrolli nuk përdoret gjerësisht, pasi avantazhet që ofron në krahasim me funksionet standarde U/F janë minimale. Çift rrotullimi i fillimit, shpejtësia e reagimit dhe diapazoni i kontrollit të shpejtësisë janë të gjitha identike me U/F standarde. Për më tepër, kur frekuencat e funksionimit rriten, mund të shfaqen probleme me funksionimin e koduesit, pasi ai ka një numër të kufizuar rrotullimesh.

Kontrolli i vektorit me qark të hapur

Kontrolli i vektorit me qark të hapur (VC) përdoret për kontroll më të gjerë dhe më dinamik të shpejtësisë së një makine elektrike. Kur niseni nga një konvertues frekuence, motorët elektrikë mund të zhvillojnë një çift rrotullues fillestar prej 200% të çift rrotullues të vlerësuar me një frekuencë prej vetëm 0,3 Hz. Kjo zgjeron ndjeshëm listën e mekanizmave ku mund të përdoret një makinë elektrike asinkrone me kontroll vektori. Kjo metodë ju lejon gjithashtu të kontrolloni çift rrotullues të makinës në të katër kuadrantët.

Çift rrotullues është i kufizuar nga motori. Kjo është e nevojshme për të parandaluar dëmtimin e pajisjeve, makinerive ose produkteve. Vlera e çift rrotullimeve ndahet në katër kuadrate të ndryshme, në varësi të drejtimit të rrotullimit të makinës elektrike (përpara ose mbrapsht) dhe në varësi të faktit nëse motori elektrik zbaton . Kufijtë mund të vendosen për çdo kuadrant individualisht, ose përdoruesi mund të vendosë çift rrotullues të përgjithshëm në konvertuesin e frekuencës.

Mënyra e motorit të një makine asinkrone do të sigurohet që fusha magnetike e rotorit të mbetet prapa fushës magnetike të statorit. Nëse fusha magnetike e rotorit fillon të tejkalojë fushën magnetike të statorit, atëherë makina do të hyjë në modalitetin e frenimit rigjenerues me çlirimin e energjisë; me fjalë të tjera, motori asinkron do të kalojë në modalitetin e gjeneratorit.

Për shembull, një makinë për mbylljen e shisheve mund të përdorë kufizimin e çift rrotullues në kuadrantin 1 (drejtimi përpara me çift rrotullues pozitiv) për të parandaluar shtrëngimin e tepërt të kapakut të shishes. Mekanizmi lëviz përpara dhe përdor çift rrotullues pozitiv për të shtrënguar kapakun e shishes. Por një pajisje si një ashensor me një kundërpeshë më të rëndë se makina e zbrazët do të përdorë kuadrantin 2 (rotacion i kundërt dhe çift rrotullues pozitiv). Nëse kabina ngrihet në katin e fundit, atëherë çift rrotullimi do të jetë i kundërt me shpejtësinë. Kjo është e nevojshme për të kufizuar shpejtësinë e ngritjes dhe për të parandaluar rënien e lirë të kundërpeshës, pasi është më e rëndë se kabina.

Reagimet aktuale në këta konvertues të frekuencës ju lejojnë të vendosni kufizime në çift rrotullues dhe rrymë të motorit elektrik, pasi me rritjen e rrymës, rritet edhe çift rrotullimi. Tensioni i daljes së inverterit mund të rritet nëse mekanizmi kërkon më shumë çift rrotullues, ose të ulet nëse arrihet vlera maksimale e lejuar e tij. Kjo e bën parimin e kontrollit të vektorit të një makine asinkrone më fleksibël dhe dinamik në krahasim me parimin U/F.

Gjithashtu, konvertuesit e frekuencës me kontroll vektorial dhe lak të hapur kanë një reagim më të shpejtë të shpejtësisë prej 10 Hz, gjë që bën të mundur përdorimin e tij në mekanizmat me ngarkesa goditjeje. Për shembull, në thërrmuesit e shkëmbinjve, ngarkesa ndryshon vazhdimisht dhe varet nga vëllimi dhe dimensionet e shkëmbit që përpunohet.

Ndryshe nga modeli i kontrollit U/F, kontrolli vektor përdor një algoritëm vektorial për të përcaktuar tensionin maksimal efektiv të funksionimit të motorit elektrik.

Kontrolli vektorial i VU zgjidh këtë problem për shkak të pranisë së reagimeve në rrymën e motorit. Si rregull, reagimet aktuale gjenerohen nga transformatorët e brendshëm të rrymës së vetë konvertuesit të frekuencës. Duke përdorur vlerën e rrymës së marrë, konverteri i frekuencës llogarit çift rrotullues dhe fluksin e makinës elektrike. Vektori bazë i rrymës motorike ndahet matematikisht në një vektor të rrymës magnetizuese (I d) dhe çift rrotullues (I q).

Duke përdorur të dhënat dhe parametrat e makinës elektrike, inverteri llogarit vektorët e rrymës magnetizuese (I d) dhe çift rrotullues (I q). Për të arritur performancën maksimale, konverteri i frekuencës duhet të mbajë Id dhe I q të ndara me një kënd prej 90 0. Kjo është e rëndësishme sepse sin 90 0 = 1, dhe një vlerë prej 1 përfaqëson vlerën maksimale të çift rrotullues.

Në përgjithësi, kontrolli vektorial i një motori me induksion siguron kontroll më të fortë. Rregullimi i shpejtësisë është afërsisht ±0.2% e frekuencës maksimale dhe diapazoni i rregullimit arrin 1:200, gjë që mund të ruajë çift rrotullues kur punon me shpejtësi të ulët.

Kontrolli i reagimit vektorial

Kontrolli i vektorit të reagimit përdor të njëjtin algoritëm kontrolli si VAC me qark të hapur. Dallimi kryesor është prania e një koduesi, i cili lejon makinën me frekuencë të ndryshueshme të zhvillojë 200% çift rrotullues fillestar në 0 rpm. Kjo pikë është thjesht e nevojshme për të krijuar një moment fillestar kur lëvizni nga ashensorët, vinçat dhe makineritë e tjera ngritëse, në mënyrë që të parandalohet ulja e ngarkesës.

Prania e një sensori të reagimit të shpejtësisë ju lejon të rritni kohën e përgjigjes së sistemit në më shumë se 50 Hz, si dhe të zgjeroni diapazonin e kontrollit të shpejtësisë në 1:1500. Gjithashtu, prania e reagimeve ju lejon të kontrolloni jo shpejtësinë e makinës elektrike, por çift rrotullues. Në disa mekanizma, është vlera e çift rrotullimit që ka një rëndësi të madhe. Për shembull, makina dredha-dredha, mekanizmat e bllokimit dhe të tjerët. Në pajisje të tilla është e nevojshme të rregulloni çift rrotullues të makinës.

• Tutorial

- Çfarë është kontrolli vektorial?
- Mbajeni rrymën në 90 gradë.

Termi "kontroll vektorial" i motorëve elektrikë është i njohur për këdo që ka qenë të paktën disi i interesuar në pyetjen se si të kontrollojë një motor AC duke përdorur një mikrokontrollues. Megjithatë, zakonisht në çdo libër mbi disqet elektrike, kapitulli mbi kontrollin e vektorit është diku afër fundit, i përbërë nga një tufë formulash me qime me referenca për të gjithë kapitujt e tjerë të librit. Pse nuk doni ta kuptoni fare këtë çështje? Dhe edhe shpjegimet më të thjeshta ende kalojnë përmes ekuacioneve të ekuilibrit diferencial, diagrameve vektoriale dhe një sërë matematikash të tjera. Për shkak të kësaj, përpjekjet si kjo duket se disi ndezin motorin pa përdorur pajisjen. Por në fakt, kontrolli i vektorit është shumë i thjeshtë nëse e kuptoni parimin e funksionimit të tij "në gishtat tuaj". Dhe atëherë do të jetë më argëtuese të merresh me formula nëse është e nevojshme.

Parimi i funksionimit të një makinerie sinkrone

Le të shqyrtojmë parimin e funksionimit të motorit më të thjeshtë AC - një makinë sinkrone me magnet të përhershëm. Një shembull i përshtatshëm është një busull: gjilpëra e saj magnetike është rotori i një makine sinkrone, dhe fusha magnetike e Tokës është fusha magnetike e statorit. Pa një ngarkesë të jashtme (dhe nuk ka asnjë në busull, përveç fërkimit dhe lëngut që zbut lëkundjet e gjilpërës), rotori është gjithmonë i orientuar përgjatë fushës së statorit. Nëse mbajmë një busull dhe rrotullojmë Tokën nën të, gjilpëra do të rrotullohet së bashku me të, duke bërë punë për të përzier lëngun brenda busullës. Por ka një mënyrë pak më të thjeshtë - mund të merrni një magnet të jashtëm, për shembull, në formën e një shufre me shtylla në skajet, fusha e së cilës është shumë më e fortë se fusha magnetike e Tokës, sillni atë në busull nga lart. dhe rrotulloni magnetin. Shigjeta do të lëvizë duke ndjekur fushën magnetike rrotulluese. Në një motor sinkron të vërtetë, fusha e statorit krijohet nga elektromagnetët - mbështjellje me rrymë. Qarqet e dredha-dredha atje janë komplekse, por parimi është i njëjtë - ato krijojnë një fushë magnetike me statorin, të drejtuar në drejtimin e dëshiruar dhe që kanë amplituda e kërkuar. Le të shohim figurën e mëposhtme (Figura 1). Në qendër është një magnet - rotori i një motori sinkron ("shigjeta" e busullës), dhe në anët ka dy elektromagnetë - mbështjellje, secila krijon fushën e vet magnetike, njëra në boshtin vertikal, tjetra në horizontale.

Figura 1. Parimi i funksionimit të një makine elektrike sinkrone

Fluksi magnetik i spirales është proporcional me rrymën në të (me një përafrim të parë). Do të na interesojë fluksi magnetik nga statori në vendin ku ndodhet rotori, d.m.th. në qendër të figurës (ne neglizhojmë efektet e skajit, shpërndarjen dhe gjithçka tjetër). Flukset magnetike të dy mbështjelljeve të vendosura pingul shtohen në mënyrë vektoriale, duke formuar një fluks të përbashkët për ndërveprim me rotorin. Por meqenëse fluksi është proporcional me rrymën në spirale, është e përshtatshme të vizatohen drejtpërdrejt vektorët e rrymës, duke i lidhur ato me fluksin. Figura tregon disa rryma I α Dhe I β, duke krijuar flukse magnetike përgjatë boshteve α dhe β, përkatësisht. Vektori total i rrymës së statorit Unë s krijon një fluks magnetik të statorit të bashkëdrejtuar. Ato. në fakt Unë s simbolizon magnetin e jashtëm që sollëm në busull, por të krijuar nga elektromagnetët - mbështjellje me rrymë.
Në figurë, rotori ndodhet në një pozicion arbitrar, por nga ky pozicion rotori do të tentojë të rrotullohet sipas fluksit magnetik të statorit, d.m.th. nga vektori Unë s(pozicioni i rotorit në këtë rast tregohet me vijë me pika). Prandaj, nëse aplikoni rrymë vetëm në fazë α , le të themi I α= 1A, rotori do të qëndrojë horizontalisht, dhe nëse është në β, vertikalisht dhe nëse aplikoni I β= -1 Dhe pastaj do të rrokulliset 180 gradë. Nëse jepni rrymë I α sipas ligjit të sinusit, dhe I β sipas ligjit të kosinusit të kohës, do të krijohet një fushë magnetike rrotulluese. Rotori do ta ndjekë atë dhe do të rrotullohet (si një gjilpërë busullore ndjek rrotullimin e një magneti me dorë). Ky është parimi bazë i funksionimit të një makine sinkrone, në këtë rast një makinë dyfazore me një palë pluse.
Le të vizatojmë një grafik të rrotullimit të motorit në varësi të pozicionit këndor të boshtit të rotorit dhe vektorit aktual Unë s stator - karakteristikë këndore e një motori sinkron. Kjo varësi është sinusoidale (Figura 2).

Figura 2. Karakteristika këndore e një makinerie sinkrone (këtu ka një konfuzion historik me shenjat e momentit dhe këndit, prandaj karakteristika shpesh vizatohet e përmbysur në raport me boshtin horizontal).

Për të marrë këtë grafik në praktikë, mund të vendosni një sensor çift rrotullues në boshtin e rotorit, më pas të aktivizoni çdo vektor aktual, për shembull, thjesht aplikoni rrymë në fazën α. Rotori do të rrotullohet në pozicionin e duhur, i cili duhet të merret si zero. Pastaj, përmes sensorit të çift rrotullues, duhet ta ktheni rotorin "me dorë", duke fiksuar këndin në grafik në secilën pikë θ , i cili u kthye dhe momenti që u shfaq sensori. Ato. ju duhet të shtrini "pranverën magnetike" të motorit përmes sensorit të çift rrotullues. Momenti më i madh do të jetë në një kënd prej 90 gradë nga vektori aktual (që nga fillimi). Amplituda e çift rrotullues maksimal që rezulton Mmax është proporcionale me amplituda e vektorit të rrymës së aplikuar. Nëse aplikohet 1A, marrim, të themi, M max = 1 N∙m (njuton*metër, njësi matëse e çift rrotullues), nëse aplikojmë 2A, marrim M max = 2 N∙m.

Nga kjo karakteristikë del se motori zhvillon çift rrotullues më të madh kur rotori është në 90° ndaj vektorit aktual. Meqenëse, kur krijojmë një sistem kontrolli në një mikrokontrollues, ne duam të marrim çift rrotullues më të lartë nga motori me një minimum humbjesh, dhe humbjet, para së gjithash, janë rryma në mbështjellje, është më racionale që gjithmonë të vendosni rrymën. vektor në 90° ndaj fushës magnetike të rotorit, d.m.th. pingul me magnetin në figurën 1. Ne duhet të ndryshojmë gjithçka anasjelltas - rotori nuk lëviz drejt vektorit aktual që kemi vendosur, por ne gjithmonë e vendosim vektorin aktual në 90° ndaj rotorit, pavarësisht se si rrotullohet atje , d.m.th. "gozhdoni" vektorin aktual në rotor. Ne do të rregullojmë rrotullimin e motorit me amplituda e rrymës. Sa më e madhe të jetë amplituda, aq më i lartë është çift rrotullimi. Por frekuenca e rrotullimit, frekuenca e rrymës në mbështjellje nuk është më puna "jonë" - çfarë ndodh, si rrotullohet rotori, kështu do të jetë - ne kontrollojmë çift rrotullimin në bosht. Mjaft e çuditshme, kjo është pikërisht ajo që quhet kontrolli vektorial - kur kontrollojmë vektorin e rrymës së statorit në mënyrë që të jetë në 90° ndaj fushës magnetike të rotorit. Megjithëse disa tekste japin përkufizime më të gjera, deri në pikën që kontrolli vektorial në përgjithësi i referohet çdo ligji kontrolli ku përfshihen "vektorët", por zakonisht kontrolli vektorial i referohet pikërisht metodës së mësipërme të kontrollit.

Ndërtimi i një strukture kontrolli vektori

Por si arrihet në praktikë kontrolli i vektorit? Natyrisht, së pari ju duhet të dini pozicionin e rotorit në mënyrë që të keni diçka për të matur 90 ° në lidhje me. Mënyra më e lehtë për ta bërë këtë është duke instaluar vetë sensorin e pozicionit në boshtin e rotorit. Pastaj ju duhet të kuptoni se si të krijoni një vektor aktual, duke ruajtur rrymat e dëshiruara në faza α Dhe β . Ne aplikojmë tension në motor, jo rrymë... Por duke qenë se duam të mbështesim diçka, duhet ta matim atë. Prandaj, për kontrollin e vektorit do t'ju nevojiten sensorë të rrymës së fazës. Tjetra, ju duhet të montoni një strukturë kontrolli vektori në formën e një programi në një mikrokontrollues që do të bëjë pjesën tjetër. Kështu që ky shpjegim të mos duket si një udhëzim se "si të vizatoni një buf", le të vazhdojmë zhytjen.
Ju mund ta ruani rrymën me mikrokontrolluesin duke përdorur një rregullator të rrymës softuerike PI (proporcional-integral) dhe PWM. Për shembull, një strukturë me një rregullator aktual për një fazë α është paraqitur më poshtë (Figura 3).

Figura 3. Struktura e kontrollit me rrymë të mbyllur për një fazë

Këtu është cilësimi aktual i α_mbrapa– një konstante e caktuar, rryma që duam të mbajmë për këtë fazë, për shembull 1A. Detyra i dërgohet shtuesit aktual të rregullatorit, struktura e zbuluar e të cilit është treguar më lart. Nëse lexuesi nuk e di se si funksionon kontrolluesi PI, atëherë mjerisht. Unë mund të rekomandoj vetëm disa nga këto. Rregullatori i rrymës së daljes vendos tensionin e fazës U α. Tensioni furnizohet me bllokun PWM, i cili llogarit cilësimet e ciklit të punës (cilësimet e krahasimit) për kohëmatësit PWM të mikrokontrolluesit, duke gjeneruar PWM në një inverter urë prej katër çelësash për të gjeneruar këtë U α. Algoritmi mund të jetë i ndryshëm, për shembull, për tension pozitiv, PWM e raftit të djathtë është në proporcion me vendosjen e tensionit, çelësi i poshtëm është i mbyllur në të majtë, për PWM negativ ai i majtë, çelësi i poshtëm është i mbyllur në të djathtë. Mos harroni të shtoni kohë të vdekur! Si rezultat, një strukturë e tillë e bën softuerin një "burim aktual" në kurriz të një burimi tensioni: ne vendosim vlerën që na nevojitet i α_mbrapa, dhe kjo strukturë e zbaton atë me një shpejtësi të caktuar.

Më tej, ndoshta disa lexues kanë menduar tashmë se struktura e kontrollit të vektorit është vetëm një çështje e vogël larg - ju duhet të instaloni dy rregullatorë aktual, një rregullator për secilën fazë dhe të krijoni një detyrë mbi to në varësi të këndit nga sensori i pozicionit të rotorit ( RPS), d.m.th. bëni diçka si kjo strukturë (Figura 4):

Figura 4. Struktura e pasaktë (naive) e kontrollit të vektorit

Ju nuk mund ta bëni këtë. Kur rotori rrotullohet, variablat i α_mbrapa Dhe i β_mbrapa do të jetë sinusoidale, d.m.th. detyra për rregullatorët aktualë do të ndryshojë gjatë gjithë kohës. Shpejtësia e kontrolluesit nuk është e pafundme, kështu që kur detyra ndryshon, ai nuk e përpunon menjëherë. Nëse detyra ndryshon vazhdimisht, atëherë rregullatori gjithmonë do ta arrijë atë, duke mos e arritur kurrë atë. Dhe ndërsa shpejtësia e rrotullimit të motorit rritet, vonesa e rrymës reale nga ajo e dhënë do të bëhet gjithnjë e më e madhe, derisa këndi i dëshiruar prej 90° midis rrymës dhe magnetit të rotorit të pushojë së qeni i ngjashëm me të, dhe vektori kontrolli pushon së qeni i tillë. Kjo është arsyeja pse ata e bëjnë atë ndryshe. Struktura e saktë është si më poshtë (Figura 5):

Figura 5. Struktura e kontrollit të sensorit vektor për makinën sinkrone dyfazore

Këtu janë shtuar dy blloqe - BKP_1 dhe BKP_2: blloqe të transformimeve të koordinatave. Ata bëjnë një gjë shumë të thjeshtë: e rrotullojnë vektorin e hyrjes me një kënd të caktuar. Për më tepër, BOD_1 kthehet në + ϴ , dhe BKP_2 në - ϴ . Ky është i gjithë ndryshimi mes tyre. Në literaturën e huaj quhen transformime parku. BKP_2 kryen transformimin e koordinatave për rrymat: nga akset fikse α Dhe β , i lidhur me statorin e motorit, me akset rrotulluese d Dhe q, i lidhur me rotorin e motorit (duke përdorur këndin e pozicionit të rotorit ϴ ). Dhe BKP_1 bën transformimin e kundërt, nga vendosja e tensionit përgjatë akseve d Dhe q bën kalimin në akset α Dhe β . Unë nuk jap ndonjë formula për konvertimin e koordinatave, por ato janë të thjeshta dhe shumë të lehta për t'u gjetur. Në fakt, nuk ka asgjë më të komplikuar se gjeometria e shkollës (Figura 6):

Figura 6. Koordinoni transformimet nga akset fikse α dhe β, të lidhura me statorin e motorit, në akset rrotulluese. d Dhe q, i lidhur me rotorin

Kjo do të thotë, në vend që të "rrotullojnë" cilësimet e rregullatorëve (siç ishte rasti në strukturën e mëparshme), hyrjet dhe daljet e tyre rrotullohen, dhe vetë rregullatorët funksionojnë në gjendje statike: rrymat d, q dhe daljet e kontrollorëve në gjendje të qëndrueshme janë konstante. Boshtet d Dhe q rrotullohen së bashku me rotorin (pasi rrotullohen nga një sinjal nga sensori i pozicionit të rotorit), ndërsa rregullatori i boshtit q rregullon saktësisht rrymën që në fillim të artikullit e quajta "pingule me fushën e rotorit", domethënë është një rrymë që gjeneron çift rrotullues, dhe rryma dështë në linjë me "magnetin e rotorit", kështu që ne nuk kemi nevojë për të dhe e vendosim të barabartë me zero. Kjo strukturë është e lirë nga disavantazhi i strukturës së parë - rregullatorët aktualë as nuk e dinë që diçka po rrotullohet diku. Ata punojnë në një mënyrë statike: ata kanë rregulluar secilën prej rrymave të tyre, kanë arritur tensionin e specifikuar - dhe kjo është ajo, si rotori, mos ikni prej tyre, ata as nuk do ta dinë për këtë: e gjithë puna e rrotullimit bëhet nga blloqet e transformimit të koordinatave.

Për të shpjeguar "në gishta" mund të jepni një analogji.

Për trafik linear, le të jetë, për shembull, një autobus qyteti. Ai vazhdimisht përshpejtohet, pastaj ngadalësohet, pastaj shkon prapa dhe në përgjithësi sillet si të dojë: është një rotor motori. Gjithashtu, ju jeni në një makinë afër, duke vozitur paralelisht: detyra juaj është të jeni pikërisht në mes të autobusit: "mbani 90°", ju jeni rregullatorët aktualë. Nëse autobusi ndryshon shpejtësinë gjatë gjithë kohës, ju gjithashtu duhet të ndryshoni shpejtësinë në përputhje me rrethanat dhe ta monitoroni atë gjatë gjithë kohës. Por tani ne do të bëjmë "kontroll vektori" për ju. Ju hipët brenda autobusit, qëndruat në mes dhe u kapët pas parmakut - si autobusi, mos ikni, lehtë mund ta përballoni detyrën e "të qenit në mes të autobusit". Në mënyrë të ngjashme, rregullatorët aktualë, "rrotulluar" në akset rrotulluese d, q të rotorit, jetojnë një jetë të lehtë.

Struktura e mësipërme në fakt funksionon dhe përdoret në disqet elektrike moderne. Vetëm atij i mungojnë një tufë e tërë "përmirësimesh" të vogla, pa të cilat nuk është më zakon të bëhen, siç janë kompensimi për ndërlidhjet, kufizimet e ndryshme, dobësimi i fushës, etj. Por ky është parimi bazë.

Dhe nëse duhet të rregulloni jo çift rrotulluesin e makinës, por ende shpejtësinë (shpejtësia e saktë këndore, frekuenca e rrotullimit)? Epo atëherë ne instalojmë një kontrollues tjetër PI - një kontrollues shpejtësie (RS). Ne aplikojmë një komandë shpejtësie në hyrje, dhe në dalje kemi një komandë çift rrotullues. Që nga rryma e boshtit qështë proporcionale me çift rrotullues, atëherë për ta thjeshtuar atë, dalja e kontrolluesit të shpejtësisë mund të futet drejtpërdrejt në hyrjen e kontrolluesit të rrymës së boshtit q, si kjo (Figura 7):

Figura 7. Kontrolluesi i shpejtësisë për kontrollin e vektorit
Këtu SI, vendosësi i intensitetit, ndryshon pa probleme prodhimin e tij në mënyrë që motori të përshpejtojë me ritmin e dëshiruar dhe të mos lëvizë me rrymë të plotë derisa të vendoset shpejtësia. Shpejtësia aktuale ω marrë nga mbajtësi i sensorit të pozicionit të rotorit, pasi ω ky është derivati ​​i pozicionit këndor ϴ . Epo, ose thjesht mund të matni kohën midis impulseve të sensorit ...

Si të bëni të njëjtën gjë për një motor trefazor? Epo, në fakt, asgjë e veçantë, ne shtojmë një bllok tjetër dhe ndryshojmë modulin PWM (Figura 8).

Figura 8. Struktura e kontrollit të sensorit vektor për makinën sinkrone trefazore

Rrymat trefazore, ashtu si ato dyfazore, shërbejnë për një qëllim - të krijojnë një vektor të rrymës së statorit Unë s, i drejtuar në drejtimin e dëshiruar dhe që ka amplituda e dëshiruar. Prandaj, rrymat trefazore thjesht mund të shndërrohen në dyfazore, dhe më pas të lënë të njëjtin sistem kontrolli që tashmë është mbledhur për një makinë dyfazore. Në literaturën në gjuhën angleze, një "rillogaritje" e tillë quhet transformimi i Clarke (Edith Clarke është ajo), në vendin tonë quhet transformime fazore. Në strukturën në figurën 8, në përputhje me rrethanat, ky operacion kryhet nga një bllok transformimi fazor. Ato bëhen përsëri duke përdorur kursin e gjeometrisë shkollore (Figura 9):

Figura 9. Konvertimet fazore - nga tre faza në dy. Për lehtësi, supozojmë se amplituda e vektorit I s është e barabartë me amplituda e rrymës në fazë

Mendoj se nuk nevojiten komente. Disa fjalë për rrymën e fazës C. Nuk ka nevojë të instaloni një sensor të rrymës atje, pasi të tre fazat e motorit janë të lidhura në një yll, dhe sipas ligjit të Kirchhoff, gjithçka që rrjedh nëpër dy faza duhet të rrjedhë nga e treta (përveç nëse, sigurisht, ka një vrimë në izolimin e motorit tuaj dhe gjysma nuk ka rrjedhur diku në strehim), prandaj rryma e fazës C llogaritet si shuma skalare e rrymave të fazave A dhe B me një shenjë minus. Edhe pse ndonjëherë instalohet një sensor i tretë për të reduktuar gabimin e matjes.

Kërkohet gjithashtu një ripërpunim i plotë i modulit PWM. Në mënyrë tipike, një inverter trefazor me gjashtë çelësa përdoret për motorët trefazorë. Në figurë, komanda e tensionit ende arrin në akset dyfazore. Brenda modulit PWM, duke përdorur transformime fazore të kundërta, kjo mund të shndërrohet në tensione të fazave A, B, C, të cilat duhet të aplikohen në motor në këtë moment. Por çfarë të bëjmë më pas... Opsionet janë të mundshme. Një metodë naive është të vendosni një cikël funksionimi për çdo raft inverter në përpjesëtim me tensionin e dëshiruar plus 0.5. Kjo quhet PWM e valës sinus. Kjo është pikërisht metoda që autori përdori në habrahabr.ru/post/128407. Gjithçka është mirë në këtë metodë, përveç se kjo metodë do të mos shfrytëzojë inverterin e tensionit - d.m.th. voltazhi maksimal që do të merret do të jetë më i vogël se ai që mund të merrni nëse përdorni një metodë më të avancuar PWM.

Le të bëjmë matematikën. Le të keni një konvertues klasik të frekuencës, të mundësuar nga një rrjet industrial trefazor 380V 50Hz. Këtu 380 V është tensioni efektiv linear (ndërmjet fazave). Meqenëse konverteri përmban një ndreqës, ai do të korrigjojë këtë tension dhe autobusi DC do të ketë një tension të barabartë me tensionin linear të amplitudës, d.m.th. 380∙√2=540V Tension DC (të paktën pa ngarkesë). Nëse aplikojmë një algoritëm llogaritjeje sinusoidale në modulin PWM, atëherë amplituda e tensionit fazor maksimal që mund të arrijmë do të jetë e barabartë me gjysmën e tensionit në autobusin DC, d.m.th. 540/2=270V. Le ta kthejmë në fazën efektive: 270/√2=191V. Dhe tani në linjën aktuale: 191∙√3=330V. Tani mund të krahasojmë: hyri 380V, por doli 330V... Dhe nuk mund të bësh asgjë tjetër me këtë lloj PWM. Për të korrigjuar këtë problem, përdoret i ashtuquajturi tipi vektor PWM. Prodhimi i tij do të jetë përsëri 380 V (në mënyrë ideale, pa marrë parasysh të gjitha rëniet e tensionit). Metoda vektoriale PWM nuk ka asnjë lidhje me kontrollin vektorial të një motori elektrik. Thjesht arsyetimi i tij përsëri përdor pak gjeometri shkollore, prandaj quhet vektor. Sidoqoftë, puna e tij nuk mund të shpjegohet me gishta, ndaj lexuesin do t'i referoj librat (në fund të artikullit) ose Wikipedia. Unë gjithashtu mund t'ju jap një fotografi që lë të kuptohet paksa për ndryshimin në funksionimin e PWM sinusoidale dhe vektoriale (Figura 10):

Figura 10. Ndryshimi në potencialet fazore për PWM skalare dhe vektoriale

Llojet e sensorëve të pozicionit

Nga rruga, çfarë sensorë pozicioni përdoren për kontrollin e vektorit? Ka katër lloje të sensorëve që përdoren më shpesh. Këta janë një kodues kuadratik në rritje, një kodues i bazuar në elementë Hall, një kodues absolut i pozicionit dhe një kodues sinkron.
Enkoder kuadraturë nuk tregon pozicionin absolut të rotorit - me impulset e tij ju lejon vetëm të përcaktoni sa larg keni udhëtuar, por jo ku dhe nga ku (si fillimi dhe fundi lidhen me vendndodhjen e magnetit të rotorit). Prandaj, nuk është i përshtatshëm për kontrollin vektorial të një makine sinkrone. Shenja e saj referuese (indeksi) e kursen situatën pak - ka vetëm një për rrotullim mekanik, nëse e arrini atë, atëherë pozicioni absolut bëhet i njohur, dhe prej tij tashmë mund të numëroni sa keni udhëtuar duke përdorur një sinjal kuadratik. Por si të arrini në këtë shenjë në fillim të punës? Në përgjithësi, kjo nuk është gjithmonë e përshtatshme.
Sensori i elementit Hall- Ky është një sensor i përafërt. Prodhon vetëm disa impulse për rrotullim (në varësi të numrit të elementeve Hall; për motorët trefazorë zakonisht ka tre, pra gjashtë pulse), duke ju lejuar të njihni pozicionin në vlerë absolute, por me saktësi të ulët. Saktësia zakonisht është e mjaftueshme për të mbajtur këndin e vektorit të rrymës në mënyrë që motori të paktën të lëvizë përpara dhe jo prapa, por çift rrotullimi dhe rrymat do të pulsojnë. Nëse motori është përshpejtuar, atëherë mund të filloni të ekstrapoloni në mënyrë programore sinjalin nga sensori me kalimin e kohës - d.m.th. ndërtoni një kënd linear të ndryshueshëm nga një kënd i përafërt diskret. Kjo bëhet bazuar në supozimin se motori rrotullohet me shpejtësi afërsisht konstante, diçka si kjo (Figura 11):

Figura 11. Funksionimi i një sensori të pozicionit të elementit Hall për një makinë trefazore dhe ekstrapolimi i sinjalit të tij

Shpesh një kombinim i një koduesi dhe një sensori i efektit Hall përdoret për servo motorët. Në këtë rast, ju mund të krijoni një modul të vetëm softueri për përpunimin e tyre, duke eliminuar disavantazhet e të dyjave: bëni ekstrapolimin e këndit të dhënë më sipër, por jo sipas kohës, por sipas shenjave nga koduesi. Ato. Një kodues funksionon brenda sensorit Hall nga skaji në skaj dhe çdo skaj i Hall inicializon qartë pozicionin aktual këndor absolut. Në këtë rast, vetëm lëvizja e parë e makinës do të jetë jo optimale (jo në 90°), derisa të arrijë në një pjesë të përparme të sensorit Hall. Një problem më vete në këtë rast është përpunimi i jo-idealiteteve të të dy sensorëve - rrallë dikush i rregullon elementët e Hallit në mënyrë simetrike dhe të barabartë...

Në aplikacione edhe më të shtrenjta që përdorin kodues absolut me një ndërfaqe dixhitale (enkoder absolut), i cili siguron menjëherë pozicionin absolut dhe ju lejon të shmangni problemet e përshkruara më sipër.

Nëse motori elektrik është shumë i nxehtë dhe gjithashtu kur kërkohet një saktësi e shtuar e matjes së këndit, përdorni "analog" sensor sinkron(zgjidhës, transformator rrotullues). Kjo është një makinë e vogël elektrike që përdoret si sensor. Imagjinoni që në makinën sinkrone që kemi konsideruar në figurën 1, në vend të magneteve, ka një spirale tjetër në të cilën aplikojmë një sinjal me frekuencë të lartë. Nëse rotori është horizontal, atëherë sinjali do të induktohet vetëm në spiralen e statorit të fazës α , nëse vertikale - atëherë vetëm në β , nëse e ktheni 180, faza e sinjalit do të ndryshojë dhe në pozicionet e ndërmjetme induktohet si këtu ashtu edhe atje sipas ligjit sinus/kosinus. Prandaj, duke matur amplitudën e sinjalit në dy mbështjellje, pozicioni mund të përcaktohet gjithashtu nga raporti i kësaj amplitude dhe zhvendosja e fazës. Duke instaluar një makinë të tillë si një sensor në atë kryesor, mund të zbuloni pozicionin e rotorit.
Ka shumë më tepër sensorë të pozicionit ekzotikë, veçanërisht për aplikime me saktësi ultra të lartë, si p.sh. prodhimi i çipave elektronikë. Aty, çdo dukuri fizike përdoret vetëm për të zbuluar pozicionin sa më saktë. Ne nuk do t'i konsiderojmë ato.

Thjeshtimi i kontrollit të vektorit

Siç e kuptoni, kontrolli i vektorit është mjaft kërkues - jepini sensorë pozicioni, sensorë aktualë, kontroll vektorial PWM dhe asnjë mikrokontrollues për të llogaritur gjithë këtë matematikë. Prandaj, për aplikime të thjeshta është thjeshtuar. Për të filluar, ju mund të eliminoni sensorin e pozicionit duke bërë kontrollin e vektorit pa sensor. Për ta bërë këtë, përdorni pak më shumë magji matematikore, e vendosur në drejtkëndëshin e verdhë (Figura 12):

Figura 12. Struktura e kontrollit të vektorit pa sensor

Një vëzhgues është një bllok që merr informacion në lidhje me tensionin e aplikuar në motor (për shembull, nga një punë në një modul PWM) dhe për rrymat në motor nga sensorët. Brenda vëzhguesit ka një model të një motori elektrik, i cili, përafërsisht, përpiqet të rregullojë rrymat e tij në stator me ato të matura nga një motor real. Nëse ajo ia doli, atëherë mund të supozojmë se pozicioni i rotorit të simuluar brenda boshtit gjithashtu përkon me atë real dhe mund të përdoret për nevojat e kontrollit të vektorit. Epo, kjo, natyrisht, është plotësisht e thjeshtuar. Ka lloje të panumërta vëzhguesish si këta. Çdo student i diplomuar i specializuar në disqet elektrike përpiqet të shpikë të tijën, e cila është disi më e mirë se të tjerët. Parimi bazë është monitorimi i EMF të motorit elektrik. Prandaj, më shpesh, një sistem kontrolli pa sensor funksionon vetëm me një shpejtësi relativisht të lartë rrotullimi, ku EMF është i madh. Ai gjithashtu ka një numër disavantazhesh në krahasim me praninë e një sensori: duhet të dini parametrat e motorit, shpejtësia e makinës është e kufizuar (nëse shpejtësia e rrotullimit ndryshon ndjeshëm, vëzhguesi mund të mos ketë kohë për ta gjurmuar dhe "gënjeshtër" " për ca kohë, ose edhe "të shpërbëhet" plotësisht), vendosja e një vëzhguesi është një procedurë e tërë; për funksionimin e tij me cilësi të lartë, duhet të dini saktësisht tensionin në motor, të matni me saktësi rrymat e tij, etj.

Ekziston një mundësi tjetër thjeshtimi. Për shembull, mund të bëni të ashtuquajturin "ndërrim automatik". Në këtë rast, për një motor trefazor, ata braktisin metodën komplekse PWM, braktisin strukturën komplekse të vektorit dhe fillojnë thjesht të ndezin fazat e motorit duke përdorur një sensor pozicioni në elementët Hall, madje ndonjëherë pa ndonjë kufizim aktual. Rryma në faza nuk është sinusoidale, por trapezoidale, drejtkëndore ose edhe më e shtrembëruar. Por ata përpiqen të sigurohen që vektori mesatar i rrymës është ende në 90 gradë me "magnetin e rotorit" duke zgjedhur momentin kur fazat janë ndezur. Në të njëjtën kohë, duke ndezur fazën nën tension, nuk dihet se kur do të rritet rryma në fazën e motorit. Me shpejtësi të ulët rrotullimi e bën këtë më shpejt, me shpejtësi të lartë, ku ndërhyn EMF i makinës, e bën më ngadalë; shkalla e rritjes së rrymës varet gjithashtu nga induktiviteti i motorit, etj. Prandaj, edhe duke përfshirë fazat saktësisht në kohën e duhur, nuk është aspak fakt që vektori mesatar i rrymës do të jetë në vendin e duhur dhe me fazën e duhur - ai ose mund të avancojë ose të vonojë në krahasim me 90 gradë optimale. Prandaj, në sisteme të tilla, futet një cilësim "përparimi i kalimit" - në thelb vetëm koha, sa më herët duhet të aplikohet tension në fazën e motorit, në mënyrë që në fund faza e vektorit aktual të jetë më afër 90 gradë. E thënë thjesht, kjo quhet "caktimi i orareve". Meqenëse rryma në një motor elektrik gjatë autokomutimit nuk është sinusoidale, atëherë nëse merrni makinën sinusoidale të diskutuar më lart dhe e kontrolloni atë në këtë mënyrë, çift rrotullimi në bosht do të pulsojë. Prandaj, në motorët e projektuar për autokomutim, gjeometria magnetike e rotorit dhe statorit shpesh ndryshohet në një mënyrë të veçantë për t'i bërë ato më të përshtatshme për këtë lloj kontrolli: EMF e makinave të tilla është bërë trapezoidale, për shkak të së cilës ato funksionojnë më mirë në modaliteti i komutimit automatik. Makinat sinkrone të optimizuara për komutim automatik quhen motorë me rrymë direkte pa furça (BLDC) ose në anglisht BLDC (Motor me rrymë të drejtpërdrejtë pa furça). Modaliteti i ndërrimit automatik shpesh quhet gjithashtu modaliteti i valvulave, dhe motorët që veprojnë me të janë të tipit valvul. Por këta janë të gjithë emra të ndryshëm që nuk ndikojnë në thelbin në asnjë mënyrë (por operatorët e kalitur të makinës elektrike shpesh vuajnë nga CPGS në çështjet që lidhen me këta emra). Ekziston një video e mirë që ilustron parimin e funksionimit të makinave të tilla. Ai tregon një motor të përmbysur, me rotorin nga jashtë dhe statorin nga brenda:

Por ka një kurs artikujsh për motorë të tillë dhe pajisjen e sistemit të kontrollit.

Mund të shkoni për një thjeshtësim edhe më të madh. Ndërroni mbështjelljet në mënyrë që një fazë të jetë gjithmonë "e lirë" dhe të mos aplikohet PWM në të. Pastaj është e mundur të matet EMF (tensioni i induktuar në bobinën e fazës), dhe kur ky tension kalon në zero, përdorni këtë si sinjal nga sensori i pozicionit të rotorit, sepse faza e këtij tensioni të induktuar varet pikërisht nga pozicioni i rotor. Kjo rezulton në ndërrim automatik pa sensor, i cili përdoret gjerësisht në disqe të ndryshme të thjeshta, për shembull, në "rregullatorët" për helikat e modeleve të avionëve. Duhet mbajtur mend se EMF i makinës shfaqet vetëm me një shpejtësi rrotullimi relativisht të lartë, prandaj, për të filluar, sisteme të tilla kontrolli thjesht ndryshojnë ngadalë fazat, duke shpresuar që rotori i motorit të ndjekë rrymën e furnizuar. Sapo të shfaqet EMF, aktivizohet modaliteti i komutimit automatik. Prandaj, një sistem pa sensor (aq i thjeshtë dhe më shpesh i ndërlikuar) nuk është i përshtatshëm për detyra ku motori duhet të jetë në gjendje të zhvillojë çift rrotullues me shpejtësi afër zeros, për shembull, për një lëvizje tërheqëse të një makine (ose modelin e saj) , një servo drive i ndonjë mekanizmi, etj. P. Por sistemi pa sensor është i përshtatshëm me sukses për pompat dhe tifozët, ku përdoret.

Por ndonjëherë ato bëjnë thjeshtime edhe më të mëdha. Mund të braktisni plotësisht mikrokontrolluesin, çelësat, sensorët e pozicionit dhe gjëra të tjera duke ndërruar fazat me një çelës mekanik të veçantë (Figura 13):

Figura 13. Ndërprerës mekanik për mbështjellje komutuese

Kur rrotullohet, vetë rotori ndërron pjesët e tij të mbështjelljes, duke ndryshuar tensionin e aplikuar ndaj tyre, ndërsa një rrymë alternative rrjedh në rotor. Komutatori është i pozicionuar në atë mënyrë që fluksi magnetik i rotorit dhe statorit të jetë përsëri afër 90 gradë për të arritur çift rrotullues maksimal. Motorë të tillë quhen naivisht motorë DC, por plotësisht të pamerituar: brenda, pas kolektorit, rryma është ende e alternuar!

konkluzioni

Të gjitha makinat elektrike punojnë në mënyrë të ngjashme. Në teorinë e disqeve elektrike, ekziston edhe koncepti i një "makine elektrike të përgjithësuar", në të cilën zvogëlohet puna e të tjerëve. Shpjegimet "praktike" të paraqitura në artikull nuk mund të shërbejnë në asnjë mënyrë si një udhëzues praktik për të shkruar kodin e mikrokontrolluesit. Artikulli diskuton mirë nëse një për qind e informacionit që kërkohet për të zbatuar kontrollin real të vektorit. Për të bërë diçka në praktikë, së pari duhet të njihni TAU, të paktën në nivelin e të kuptuarit se si funksionon kontrolluesi PI. Atëherë ju ende duhet të studioni përshkrimin matematikor të makinës sinkrone dhe sintezën e kontrollit të vektorit. Studioni gjithashtu vektorin PWM, zbuloni se cilat janë çiftet e poleve, njihuni me llojet e mbështjelljeve të makinës etj. Kjo mund të bëhet në librin e fundit "Anuchin A.S. Sistemet e kontrollit të makinës elektrike. MPEI, 2015”, si dhe në “Kalachev Yu. N. Rregullorja e Vektorit (shënime praktike)”. Lexuesi duhet të paralajmërohet kundër zhytjes në formulat e teksteve "të vjetra" në disqet, ku theksi kryesor është në marrjen në konsideratë të karakteristikave të motorëve elektrikë kur furnizohen drejtpërdrejt nga një rrjet industrial trefazor, pa asnjë mikrokontrollues dhe sensorë pozicioni. Sjellja e motorëve në këtë rast përshkruhet nga formula dhe varësi komplekse, por për problemin e kontrollit të vektorit ato pothuajse nuk janë të dobishme (nëse studiohen vetëm për vetë-zhvillim). Duhet të jeni veçanërisht të kujdesshëm për rekomandimet e teksteve të vjetra, ku, për shembull, thuhet se një makinë sinkrone nuk duhet të funksionojë në çift rrotullues maksimal, pasi funksionimi atje është i paqëndrueshëm dhe kërcënon të përmbyset - e gjithë kjo është "këshilla e keqe". ” për kontrollin e vektorit.

Në cilin mikrokontrollues mund të bëni kontroll të plotë vektori, lexoni, për shembull, në artikullin tonë Mikrokontrolluesi i ri shtëpiak i kontrollit të motorit K1921VK01T JSC NIIET dhe si ta korrigjoni atë në artikullin Metodat për korrigjimin e softuerit të mikrokontrolluesit në një makinë elektrike. Vizitoni gjithashtu faqen tonë të internetit: në veçanti, ka dy video të mërzitshme të postuara atje, të cilat tregojnë në praktikë se si të vendosni një kontrollues të rrymës PI, si dhe se si funksionon një strukturë kontrolli e mbyllur me rrymë dhe pa sensorë vektoriale. Përveç kësaj, mund të blini një çantë korrigjimi me një strukturë të gatshme të kontrollit të vektorit të sensorit në një mikrokontrollues shtëpiak.

Vazhdimi i artikullit, i cili flet për motorët asinkron.

P.S.
I kërkoj falje ekspertëve për trajtimin jo plotësisht korrekt të disa termave, veçanërisht termave "rrjedhë", "lidhje fluksi", "fushë magnetike" dhe të tjera - thjeshtësia kërkon sakrificë...

Etiketa: Shtoni etiketa

Kontrolli i vektorit

Kontrolli i vektoritështë një metodë e kontrollit të motorëve sinkron dhe asinkron, jo vetëm që gjeneron rryma harmonike (tensione) të fazave (kontrolli skalar), por gjithashtu siguron kontrollin e fluksit magnetik të rotorit. Zbatimet e para të parimit të kontrollit të vektorit dhe algoritmeve me precizion të lartë kërkojnë përdorimin e sensorëve të pozicionit (shpejtësisë) të rotorit.

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

Aparatura matematikore e kontrollit të vektorit

Fondacioni Wikimedia. 2010.

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

Letër gjurmuese me të. Vektorregelung. Një metodë për të kontrolluar shpejtësinë e rrotullimit dhe/ose çift rrotullues të një motori elektrik duke përdorur ndikimin e një konverteri elektrik 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) është formuar në formën e një funksioni të kohës (prandaj supozohet se gjatë procesit nuk ka asnjë informacion tjetër përveç atij të dhënë në fillimi hyn në sistem...... Enciklopedia Matematikore

- Sistemi (makinë e kontrolluar me frekuencë, PNC, Variable Frequency Drive, VFD) për kontrollin e shpejtësisë së rotorit të një motori elektrik asinkron (ose sinkron). Ai përbëhet nga vetë motori elektrik dhe një konvertues frekuence... Wikipedia

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

Statori dhe rotori i një makine asinkrone 0,75 kW, 1420 rpm, 50 Hz, 230-400 V, 3,4 2,0 ​​A Një makinë asinkrone është një makinë elektrike me rrymë alternative ... Wikipedia

- (DPR) pjesë e një motori elektrik. Në motorët elektrikë me komutator, sensori i pozicionit të rotorit është një njësi komutatori i furçës, i cili është gjithashtu një ndërprerës i rrymës. Në motorët elektrikë 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 me (më pak se) shpejtësinë 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 lutem formatoni sipas rregullave për formatimin e artikujve... Wikipedia

DS3 ... Wikipedia

libra

• Kontrolli vektorial i kursimit të energjisë së motorëve elektrikë asinkron: rishikim i gjendjes dhe rezultate të reja: Monografi, Borisevich A.V.. Monografia i kushtohet metodave për rritjen e efikasitetit të energjisë të kontrollit vektorial të motorëve elektrikë asinkronë. Është shqyrtuar modeli i një motori elektrik asinkron dhe parimi i vektorit...