Vektoriohjaus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 10. joulukuuta 2014 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 31 muokkausta .

Vektoriohjaus on menetelmä synkronisten ja asynkronisten moottoreiden ohjaamiseksi , joka ei ainoastaan tuota vaiheiden harmonisia virtoja (jännitteitä) ( skalar-säätö ), vaan myös ohjaa roottorin magneettivuoa. Vektoriohjausperiaatteen ensimmäiset toteutukset ja tarkempia algoritmeja vaativat roottorin asento- (nopeus)anturien käyttö.

Yleensä " vektoriohjaus " tarkoittaa ohjauslaitteen vuorovaikutusta niin sanotun "avaruusvektorin" kanssa, joka pyörii moottorikentän taajuudella.

Syitä

Suurin syy vektoriohjauksen syntymiseen on se, että asynkroninen moottori, jossa on oravahäkkiroottori (ADKZ) - massiivinen ja halvin moottori tuotannossa, luotettava ja vähiten vaativa toiminnallinen (mekaanisia keräimiä, liukurenkaita ei ole suunnittelu) on vaikea hallita nopeutta, joten sitä käytettiin alun perin ei-säädettäviin käyttöihin tai mekaanisiin säätöihin (vaihteistoa käyttämällä); erityinen moninopeuksinen ADKZ salli vain vaiheittaiset nopeuden muutokset (kahdesta viiteen vaiheeseen), mutta niiden kustannukset olivat paljon korkeammat kuin perinteiset, lisäksi tällaisille moottoreille vaadittiin ohjausasema, mikä nosti edelleen ohjausjärjestelmän kustannuksia , kun taas oli mahdotonta ylläpitää moottorin nopeutta automaattisesti kuorman muuttuessa. Myöhemmin kehitettiin menetelmiä ADKZ:n nopeuden säätämiseen ( skalaarisäätö ), mutta ohimenevissä prosesseissa skalaarisäädöllä roottorivuon kytkentä muuttuu (kun staattorin ja roottorin virrat muuttuvat), mikä johtaa muutosnopeuden laskuun. sähkömagneettinen vääntömomentti ja dynamiikan heikkeneminen.

Toisaalta DC-moottori (DC-moottori), jolla on korkeammat kustannukset ja käyttökustannukset sekä alhaisempi luotettavuus (on mekaaninen keräin), on yksinkertaisesti ohjattavissa, kun taas säätö voidaan suorittaa sekä muuttamalla ankkurin jännitettä vakiolla. nimellisviritysvuo (ensimmäinen ohjausvyöhyke) ja jännitteen muuttaminen virityskäämissä (viritysvuon heikkeneminen) vakionimellisjännitteellä ankkurissa (toinen säätövyöhyke). Tässä tapauksessa säätö suoritetaan yleensä ensin ensimmäisellä vyöhykkeellä ja tarvittaessa lisäsäätö toisella vyöhykkeellä (vakioteholla).

Vektoriohjauksen ideana oli luoda ADKZ:lle sellainen ohjausjärjestelmä, jossa, kuten DC-moottorissa, voidaan ohjata erikseen vääntömomenttia ja magneettivuoa pitäen samalla roottorivuon kytkentä vakiona, mikä tarkoittaa, että sähkömagneettisen vääntömomentin muutos on suurin.

Vektoriohjauksen matemaattinen laite

SM : lle ja IM :lle vektoriohjauksen periaate voidaan muotoilla seuraavasti: Aluksi kolmivaihemoottorin differentiaalisen lineaariyhtälön järjestelmä muunnetaan yleisen kaksivaiheisen koneen yhtälöjärjestelmäksi, jossa on kaksi vaihetta ( sijaitsevat avaruudellisesti 90° kulmassa toisiinsa nähden) staattorissa ja kaksi vaihetta roottorissa, jotka sijaitsevat myös keskenään. Sitten kaikki tämän järjestelmän kuvaamat vektorit heijastetaan mielivaltaisesti pyörivään ortogonaaliseen koordinaattijärjestelmään, jonka origo on roottorin akselilla, kun taas yhtälöiden suurin yksinkertaisuus saadaan, kun koordinaattijärjestelmä pyörii konekentän nopeudella, lisäksi , tällä esityksellä yhtälöt rappeutuvat ja tulevat samanlaisiksi kuin DPT-yhtälöt, kaikkien vektorien projektio koneen kentän suuntaan näkyy tämän menetelmän nimessä - "kentän suunta". Itse asiassa toinen vaihe kenttää pitkin suuntautuneiden arvojen muodostuksessa on kaksivaiheisen yleiskoneen käämien korvaaminen (kaksi staattorissa ja kaksi roottorilla) yhdellä parilla keskenään kohtisuoraa käämiä, jotka pyörivät synkronisesti. kentän kanssa. DCT:n ominaisuuksia lähellä olevien ominaisuuksien lisäksi kenttäsuuntautuneella ADKZ:llä on suurin sallittu nopeus säädettäessä vääntömomenttia vuokytkennän pysyvyyden ylläpitämisessä.

Sähkömagneettisten prosessien yhtälöt, jotka on kirjoitettu suhteessa staattorivirtoihin ja roottorivuon kytkentään synkroniseen ortogonaaliseen koordinaattijärjestelmään, suunnattuina roottorivuon kytkentävektoria pitkin, ovat seuraavanlaisia:

\left\{{\begin{matrix}\sigma L_{s}{\frac {dI_{d}}{dt}}=-R_{s}I_{d}+U_{d}+\sigma L_{s }\omega _{\psi }I_{q}-{\frac {L_{m}}{L_{r}}}{\frac {d\psi _{r}}{dt}}\\\sigma L_ {s}{\frac {dI_{q}}{dt}}=-R_{s}I_{q}+U_{d}-\sigma L_{s}\omega _{\psi }I_{d}- {\frac {L_{m}}{L_{r}}}\omega _{\psi }\psi _{r}\\T_{r}{\frac {d\psi _{r}}{dt} }=-\psi _{r}+L_{m}I_{d}\\\omega _{\psi }=\omega _{r}e+\omega _{c}k=\omega _{r}e+ {\frac {L_{m}}{T_{r}}}{\frac {I_{d}}{\psi _{r}}}\\M={\frac {3}{2}}Z_{ r}{\frac {L_{m}}{L_{r}}}\psi _{r}I_{q}\end{matrix}}\right.

missä:

$\sigma$ on sirontakerroin; - vastaavasti staattorin, roottorin ja keskinäisen induktanssi; - vastaavasti staattorin ja roottorin aktiivinen vastus; — roottorin vuon kytkentä; on roottorivuon kytkentävektorin pyörimistaajuus; — roottorin sähköinen pyörimistaajuus; ovat virtojen projektiot d- ja q-akseleilla; on roottoripiirin aikavakio. $L_{s}L_{r}L_{m}$ $R_{s}R_{r}$ $\psi_{r}$ $\omega _{\psi }$ $\omega _{r}e$ $I_{d}I_{q}$ $T_{r}$

Tähän on kaksi mahdollista tapaa:

roottorin kentän suunta
suuntaa pitkin päävuon liitoksen kenttää

Ensimmäisen menetelmän käytännön toteutuksessa on tarpeen määrittää moottorin roottorin vuon kytkentävektorin suunta ja kulma-asento. Ortogonaaliset akselit d, q (kotimaisessa kirjallisuudessa asynkronisissa koneissa käytetään x, y-akseleita) on suunnattu siten, että d-akseli osuu yhteen roottorin vuovektorin suunnan kanssa. Moottorin staattorin jännitevektoria säädetään akseleilla d, q. D-akselin jännitekomponentti ohjaa staattorivirran määrää d-akselilla.

Staattorin virtaa d-akselia pitkin muuttamalla roottorin vuovektorin amplitudin vaadittu arvo tulisi saavuttaa. Staattorin virta q-akselilla, jota ohjaa jännite tällä akselilla, määrittää moottorin kehittämän vääntömomentin. Tässä toimintatavassa SM:n ja IM:n ominaisuudet ovat samanlaiset kuin tasavirtamoottorilla, joten konekenttä muodostuu d-akselia pitkin (DC-moottorin virityskäämi, eli induktori ) ja virta q-akselia pitkin. asettaa momentin (DC-moottorin ankkurikäämitys). Tämän menetelmän mukainen moottorin ohjaus tarjoaa teoreettisesti suuren ADKZ:n ylikuormituskapasiteetin, mutta on mahdotonta määrittää suoraan roottorin vuon linkin vektoria.

Tämä vektoriohjausmenetelmä toteutettiin alun perin Siemens Transvektor - järjestelmässä .

Laitteita, jotka ohjaavat moottorin päävuon kytkennän vektoria venäjäksi, alettiin kutsua vektorijärjestelmiksi. Käytettäessä ohjauslaitetta moottorin päävuon vivuston vektorin ja moottorin päävuon vivuston moduulin stabiloinnin mukaisesti kaikissa toimintatiloissa, magneettijärjestelmän liiallinen kyllästyminen suljetaan pois, ja IM:n ohjausrakenne on yksinkertaistettu. Päävuon kytkentävektorin komponenteille (staattorin akseleita α, β pitkin) suora mittaus on mahdollista esim. moottorin ilmaväliin asennettujen Hall-anturien avulla.

AM:n ja SM:n virransyöttö vektoriohjaustilassa suoritetaan invertteristä , joka voi tarjota milloin tahansa staattorin jännite- (tai virta)vektorin vaaditun amplitudin ja kulma-asennon. Roottorivuon kytkentävektorin amplitudin ja sijainnin mittaus suoritetaan tarkkailijan avulla (matemaattinen laite, jonka avulla voit palauttaa järjestelmän mittaamattomat parametrit).

Vaihtoehdot vektoriohjaustiloihin

Vektoriohjaus tarkoittaa säädettävän sähkömoottorin matemaattisen mallin (jäljempänä MM ) läsnäoloa ohjauslinkissä . Sähkömoottorin käyttöolosuhteista riippuen on mahdollista ohjata sähkömoottoria sekä normaalitarkkuudella että nopeuden tai vääntömomentin tehtävän tarkkuudella.

Sähkömoottorin matemaattisen mallin tarkkuus

Edellä olevan yhteydessä näyttää mahdolliselta luokitella ohjaustilat ohjauslinkissä käytetyn sähkömoottorin MM tarkkuuden mukaan :

MM:n käyttö ilman ylimääräisiä sähkömoottorin parametrien ohjauslaitteen tarkennusmittauksia ( käytetään vain käyttäjän syöttämiä tyypillisiä moottoritietoja )
MM: n käyttö sähkömoottorin parametrien ohjauslaitteella (eli staattorin / roottorin aktiiviset ja reaktiiviset resistanssit , moottorin jännite ja virta ) lisämittauksilla

Moottorin nopeusanturin käyttäminen

Nopeuden takaisinkytkentäanturin (nopeusanturin) olemassaolon tai puuttumisen mukaan vektoriohjaus voidaan jakaa:

moottorin ohjaus ilman nopeusanturia - tässä tapauksessa ohjauslaite käyttää moottorin MM:n tietoja ja arvoja, jotka on saatu staattorin ja/tai roottorin virran mittauksesta
moottorin ohjaus nopeusanturilla - tämä laite ei käytä vain arvoja, jotka on saatu mittaamalla sähkömoottorin staattorin ja/tai roottorin virta (kuten edellisessä tapauksessa), vaan myös tietoja nopeudesta (asento) ) roottorin anturista, mikä joissakin ohjaustehtävissä mahdollistaa työskentelyn tarkkuuden lisäämisen nopeuden (asento) tehtävän sähköisellä käyttövoimalla .

Terminologiset vivahteet

Koska vektoriohjauksen periaate keksittiin Saksassa, termi " vektoriohjaus " löytyy usein venäjänkielisestä kirjallisuudesta, joka on kuultopaperi saksalaisesta "Vektorregelungista". Tällaista määritelmää ei voida pitää virheellisenä, mutta venäjän teknisen kielen vakiintuneiden normien mukaan olisi oikeampaa käyttää termiä " vektoriohjaus ". Lisäksi tätä menetelmää kutsutaan usein myös "kenttäorientaatioperiaatteeksi", joka on myös kirjaimellinen käännös saksan kielestä "Das Prinzip der Feldorientierung".

Linkit

Taajuusmuuttajat vektoriohjausta varten. Perustiedot. luokitus. Valinta

Kirjallisuus

Dartau VA Kaivoskoneiden ja -laitteistojen taajuusasynkronisen taajuusmuuttajan vektoriohjauksen menetelmän tutkimus. - Abstrakti. dis. kilpailua varten uch. tutkinnon cand. tekniikka. Sciences, L.: RTP LGI, 1974.
Rudakov VV Asynkroniset sähkökäytöt vektoriohjauksella/V. V. Rudakov, I. M. Stolyarov, V. A. Dartau. Leningrad: Energoatomizdat, 1987, 136 s.
Vinogradov A. B. AC-sähkökäyttöjen vektoriohjaus Ivanovo, 2008
Chilikin M. G., Klyuchev V. I. Sandler A. S. Automatisoidun sähkökäytön teoria. M., "Energia", 1979
Alekseev VV Vektoriohjausjärjestelmien lohkot taajuusohjatuille taajuusmuuttajille, jotka perustuvat mikromoduuleihin. L.: LDNTP, 1979, 28 s.
Sähköautot. Kaivoslaitteiden sähkökoneiden käyttöjen mallinnus. Oppikirja / V. V. Alekseev, A. E. Kozyaruk, E. A. Zagrivny. SPGGI. Pietari, 2006. 58 s.