Vektorvezérlés

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2014. december 10-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 31 szerkesztés szükséges .

A vektorvezérlés a szinkron és aszinkron motorok vezérlésének egyik módja , amely nemcsak a fázisok harmonikus áramait (feszültségeit) állítja elő ( skaláris vezérlés ), hanem a rotor mágneses fluxusának szabályozását is biztosítja. A vektorvezérlési elv és a megnövelt pontosságú algoritmusok első megvalósításai rotorhelyzet- (sebesség-) érzékelők alkalmazását teszik szükségessé.

Általában a „ vektorvezérlés ” a vezérlőeszköz és az úgynevezett „térvektor” kölcsönhatását jelenti, amely a motortér frekvenciájával forog.

A

A vektorvezérlés megjelenésének fő oka, hogy az aszinkron motor mókuskeretes rotorral (ADKZ) - a legmasszívabb és legolcsóbb motor a gyártásban, megbízható és a legkevésbé igényes működés (nincs mechanikus kollektor, csúszógyűrű a kialakítása) nehezen szabályozható a fordulatszám, ezért kezdetben nem állítható hajtásokhoz, vagy mechanikus állítású hajtásokhoz (sebességváltóval) használták; A speciális többsebességes ADKZ csak fokozatos fordulatszám-változtatást (kettőről öt fokozatra) engedett meg, de ezek költsége jóval magasabb volt, mint a hagyományosaké, ráadásul az ilyen motorokhoz vezérlőállomásra volt szükség, ami tovább növelte a vezérlőrendszer költségeit , miközben lehetetlen volt automatikusan fenntartani a motor fordulatszámát a terhelés megváltozásakor. Később kidolgoztak módszereket az ADKZ fordulatszámának szabályozására ( scalar control ), de a tranziens folyamatokban skaláris szabályozással megváltozik a forgórész fluxus kapcsolása (amikor az állórész és a rotor árama változik), ami a változás sebességének csökkenéséhez vezet. az elektromágneses nyomaték és a dinamika romlása.

Másrészt az egyenáramú motor (DC motor) magasabb költségével és üzemeltetési költségeivel, valamint alacsonyabb megbízhatóságával (van mechanikus kollektor) egyszerűen vezérelhető, míg a beállítás az armatúra feszültségének állandó változtatásával egyaránt elvégezhető. névleges gerjesztő fluxus (az első szabályozási zóna) és a gerjesztő tekercs feszültségének változtatása (a gerjesztő fluxus gyengítése) állandó névleges feszültséggel az armatúránál (második szabályozási zóna). Ilyenkor általában először az első zónában történik a szabályozás, szükség esetén a második zónában a további szabályozás (állandó teljesítménnyel).

A vektorvezérlés ötlete egy olyan vezérlőrendszer létrehozása volt az ADKZ számára, amelyben az egyenáramú motorhoz hasonlóan külön szabályozható a nyomaték és a mágneses fluxus, miközben a rotor fluxus kapcsolását állandó szinten tartja, ami azt jelenti, hogy a az elektromágneses nyomaték változása maximális lesz.

A vektorvezérlés matematikai apparátusa

SM és IM esetén a vektorvezérlés elve a következőképpen fogalmazható meg: Kezdetben egy háromfázisú motor differenciál-lineáris egyenletrendszerét egy általánosított kétfázisú gép egyenletrendszerévé alakítják, amelynek két fázisa van ( térben egymáshoz képest 90°-ban elhelyezkedő) az állórészen és két fázis a forgórészen, szintén kölcsönösen elhelyezve. Ekkor az ezzel a rendszerrel leírt összes vektort egy tetszőlegesen forgó merőleges koordinátarendszerre vetítjük, amelynek origója a rotor tengelyén van, miközben az egyenletek legnagyobb egyszerűségét akkor kapjuk, ha a koordinátarendszer a géptér sebességével forog, ráadásul , ezzel az ábrázolással az egyenletek elfajulnak és hasonlóvá válnak a DPT egyenletekhez, az összes vektor vetülete a gép mezőjének irányába ennek a módszernek a nevében – "mezőorientáció" - tükröződik. Valójában a mező mentén orientált értékek kialakításának második szakasza egy kétfázisú általánosított gép tekercseinek (kettő az állórészen és kettő a forgórészen) cseréje egy pár egymásra merőleges, szinkronban forgó tekercsre. a mezőnyel. A DCT jellemzőihez közeli jellemzők mellett a mezőorientált ADKZ rendelkezik a maximális megengedett fordulatszámmal, amikor a nyomatékot a fluxus-rudazat állandóságának fenntartása üzemmódban szabályozza.

Az elektromágneses folyamatok egyenletei, amelyek az állórész áramaira és a forgórész fluxuskapcsolataira vonatkoznak egy szinkron merőleges koordinátarendszerben, a rotor fluxus kapcsolódási vektora mentén orientálva, a következő alakúak:

\left\{{\begin{mátrix}\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{mátrix}}\jobbra.

ahol:

$\sigma$ a szórási együttható; - az állórész, a forgórész és a kölcsönös induktivitása; - az állórész és a forgórész aktív ellenállása; — a forgórész fluxuskapcsolója; a forgórész fluxus kapcsolódási vektorának forgási frekvenciája; — a forgórész elektromos forgási frekvenciája; az áramok vetületei a d és q tengelyekre; a forgórész áramkör időállandója. $L_{s}L_{r}L_{m}$ $R_{s}R_{r}$ $\psi_{r}$ $\omega _{\psi }$ $\omega _{r}e$ $I_{d}I_{q}$ $T_{r}$

Ennek két módja van:

rotormező tájolása
orientáció a fő fluxus kapcsolat mezője mentén

Az első módszer gyakorlati megvalósítása során meg kell határozni a motor forgórész fluxus kapcsolódási vektorának irányát és szöghelyzetét. A d, q ortogonális tengelyeket (a hazai szakirodalomban az aszinkron gépeknél x, y tengelyeket használnak) úgy irányítjuk, hogy a d tengely egybeessen a forgórész fluxusvektorának irányával. A motor állórész feszültségvektorát a d, q tengelyeken állítjuk be. A d-tengely feszültségkomponense szabályozza az állórész áramának mértékét a d-tengely mentén.

Az állórész áramának d tengely mentén történő változtatásával el kell érni a forgórész fluxusvektorának amplitúdójának kívánt értékét. Az állórész árama a q tengely mentén, amelyet az ezen a tengelyen lévő feszültség szabályoz, meghatározza a motor által kifejlesztett nyomatékot. Ebben az üzemmódban az SM és IM karakterisztikája hasonló az egyenáramú motoréhoz, így a géptér a d tengely mentén alakul ki (egyenáramú motornál gerjesztő tekercs, azaz induktor ), az áram pedig a q tengely mentén. beállítja a pillanatot (egyenáramú motor horgonytekercse). Ezzel a módszerrel a motorvezérlés elméletileg nagy ADKZ túlterhelési kapacitást biztosít, de lehetetlen közvetlenül meghatározni a forgórész fluxus kapcsolásának vektorát.

Ezt a vektorvezérlési módszert eredetileg a Siemens Transvektor rendszerben valósították meg .

A motor fő fluxuskapcsolójának vektorát irányító eszközöket oroszul vektorrendszereknek kezdték nevezni. Ha a vezérlőberendezést a fő fluxuskapcsoló vektora és a motor fő fluxuskapcsoló moduljának stabilizálása szerint használja minden üzemmódban, a mágneses rendszer túlzott telítettsége kizárt, és az IM vezérlőszerkezete egyszerűsített. A fő fluxus-rudazat vektorának összetevőinél (az állórész α, β tengelyei mentén) közvetlen mérés lehetséges, például a motor légrésébe szerelt Hall érzékelők segítségével.

Az AM és SM áramellátása vektorvezérlési módban az inverterről történik , amely bármikor képes biztosítani az állórész feszültség (vagy áram) vektorának szükséges amplitúdóját és szöghelyzetét. A rotor fluxus kapcsolódási vektorának amplitúdójának és helyzetének mérése megfigyelő segítségével történik (egy olyan matematikai berendezés, amely lehetővé teszi a rendszer nem mért paramétereinek visszaállítását).

A vektorvezérlési módok beállításai

A vektorvezérlés egy állítható elektromos motor jelenlétét jelenti a matematikai modell (a továbbiakban - MM ) vezérlőkapcsolatában . Az elektromos hajtás működési körülményeitől függően lehetséges a villanymotor vezérlése mind normál pontosságú, mind pedig fokozott pontosságú üzemmódokban a feladat végrehajtásához fordulatszámra vagy nyomatékra.

Az elektromos motor matematikai modelljének pontossága

A fentiekkel összefüggésben lehetségesnek tűnik a vezérlési módok osztályozása a vezérlőkapcsolatban használt MM villanymotor pontossága szerint :

MM használata az elektromos motor paramétereinek vezérlőkészüléke által végzett további finomítási mérések nélkül (csak a felhasználó által megadott tipikus motoradatok kerülnek felhasználásra)
MM használata további finomítási mérésekkel az elektromos motor paramétereinek vezérlőkészülékével (vagyis az állórész / forgórész aktív és reaktív ellenállásai , a motor feszültsége és árama )

A motorfordulatszám érzékelő használata

A sebesség- visszacsatoló érzékelő (sebességérzékelő) meglététől vagy hiányától függően a vektorvezérlés a következőkre osztható:

motorvezérlés fordulatszám-érzékelő nélkül - ebben az esetben a vezérlőkészülék a motor MM - jének adatait és az állórész és / vagy a forgórész áramának méréséből származó értékeket használja
motorvezérlés fordulatszám-érzékelővel - ez a készülék nem csak az elektromos motor állórészének és/vagy forgórészének áramának mérésével kapott értékeket használja (mint az előző esetben), hanem a fordulatszámra (pozícióra) vonatkozó adatokat is ) a forgórész érzékelőtől, ami bizonyos vezérlési feladatoknál lehetővé teszi egy sebesség (pozíció) feladat elektromos meghajtásával történő ledolgozás pontosságának növelését .

Terminológiai árnyalatok

Mivel a vektorszabályozás elvét Németországban találták fel, a „ vektorkontroll ” kifejezés gyakran megtalálható az orosz nyelvű irodalomban, amely a német „Vektorregelung” pauszpapírja. Ez a meghatározás nem tekinthető hibásnak, azonban az orosz szaknyelv megállapított normái szerint helyesebb lenne a „ vektorvezérlés ” kifejezést használni. Ezenkívül ezt a módszert gyakran „mezőorientációs elvnek” is nevezik, amely szintén a német „Das Prinzip der Feldorientierung” szó szerinti fordítása.

Linkek

Frekvenciaváltók vektorvezérléshez. Alapinformációk. osztályozás. Választás

Irodalom

Dartau VA Bányászati gépek és berendezések frekvenciaaszinkron hajtásának vektorvezérlési módszerének vizsgálata. - Absztrakt. dis. a versenyre uch. fokozatú cand. tech. Sciences, L.: RTP LGI, 1974.
Rudakov VV Aszinkron elektromos hajtások vektorvezérléssel/V. V. Rudakov, I. M. Stolyarov, V. A. Dartau. Leningrád: Energoatomizdat, 1987, 136 p.
Vinogradov A. B. AC elektromos hajtások vektorvezérlése Ivanovo, 2008
Chilikin M. G., Klyuchev V. I. Sandler A. S. Az automatizált elektromos hajtás elmélete. M., "Energia", 1979
Alekseev VV Vektoros vezérlőrendszerek blokkjai mikromodulokon alapuló frekvenciavezérelt hajtásokhoz. L.: LDNTP, 1979, 28 p.
Elektromos autók. Bányászati berendezések elektromos gépeinek hajtásainak modellezése. Tankönyv / V. V. Alekseev, A. E. Kozyaruk, E. A. Zagrivny. SPGGI. Szentpétervár, 2006. 58 p.