Vektor kontrol

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 10. december 2014; verifikation kræver 31 redigeringer .

Vektorstyring er en metode til styring af synkrone og asynkrone motorer , som ikke kun genererer harmoniske strømme (spændinger) af faserne ( skalarstyring ), men også giver styring af rotorens magnetiske flux. De første implementeringer af vektorstyringsprincippet og algoritmer med øget nøjagtighed kræver brug af rotorpositionssensorer (hastighedssensorer).

Generelt refererer " vektorstyring " til styreanordningens interaktion med den såkaldte "rumvektor", som roterer med motorfeltets frekvens.

Årsager til

Hovedårsagen til fremkomsten af vektorstyring er, at en asynkronmotor med en egern- burrotor (ADKZ) - den mest massive og billigste motor i produktionen, pålidelig og mindst krævende i drift (der er ingen mekaniske samlere, slæberinge i design) er vanskeligt at kontrollere hastigheden, så det blev oprindeligt brugt til ikke-justerbare drev eller til drev med mekanisk justering (ved hjælp af en gearkasse); speciel multi-speed ADKZ tillod kun trinvise hastighedsændringer (fra to til fem trin), men deres omkostninger var meget højere end konventionelle, derudover var en kontrolstation påkrævet til sådanne motorer, hvilket yderligere i høj grad øgede omkostningerne ved kontrolsystemet , mens det var umuligt automatisk at opretholde motorens omdrejningstal, når belastningen ændres. Senere blev der udviklet metoder til styring af hastigheden af ADKZ ( skalarstyring ), men i transiente processer med skalarstyring ændres rotorfluxforbindelsen (når stator- og rotorstrømmene ændres), hvilket fører til et fald i ændringshastigheden i det elektromagnetiske drejningsmoment og forringelse af dynamikken.

På den anden side er en DC-motor (DC-motor), med dens større omkostninger og driftsomkostninger og lavere pålidelighed (der er en mekanisk kollektor), ganske enkelt kontrollerbar, mens justering kan udføres både ved at ændre ankerspændingen med en konstant nominel excitationsflux (den første kontrolzone) og ændring af spændingen på excitationsviklingen (svækkelse af excitationsfluxen) med en konstant nominel spænding ved ankeret (anden kontrolzone). I dette tilfælde udføres reguleringen normalt først i den første zone, og om nødvendigt yderligere regulering i den anden zone (med konstant effekt).

Ideen med vektorstyring var at skabe et sådant styresystem til ADKZ, hvor man ligesom en jævnstrømsmotor kan styre drejningsmomentet og den magnetiske flux separat, samtidig med at rotorfluxforbindelsen holdes på et konstant niveau, hvilket betyder, at ændring i det elektromagnetiske drejningsmoment vil være maksimal.

Matematisk apparat til vektorstyring

For SM og IM kan princippet om vektorstyring formuleres som følger: Indledningsvis konverteres systemet af lineære differentialligninger for en trefasemotor til et ligningssystem for en generaliseret tofaset maskine, som har to faser ( placeret rumligt ved 90° i forhold til hinanden) på statoren og to faser på rotoren, også indbyrdes placeret. Derefter projiceres alle vektorerne beskrevet af dette system på et vilkårligt roterende ortogonalt koordinatsystem, med origo på rotoraksen, mens ligningernes største enkelthed opnås, når koordinatsystemet roterer med maskinfeltets hastighed, desuden , med denne repræsentation degenererer ligningerne og bliver lig DPT-ligningerne, projektionen af alle vektorer på retningen af maskinens felt afspejles i navnet på denne metode - "feltorientering". Faktisk er det andet trin i dannelsen af værdier orienteret langs feltet udskiftningen af viklingerne på en tofaset generaliseret maskine (to på statoren og to på rotoren) med et par indbyrdes vinkelrette viklinger, der roterer synkront med feltet. Ud over egenskaberne tæt på DCT'ens egenskaber har den feltorienterede ADKZ den maksimalt tilladte hastighed ved styring af drejningsmomentet i tilstanden til at opretholde konstanten af fluxforbindelsen.

Ligningerne for elektromagnetiske processer, skrevet med hensyn til statorstrømmene og rotorfluxforbindelser i et synkront ortogonalt koordinatsystem, orienteret langs rotorfluxforbindelsesvektoren, har formen:

\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.

hvor:

$\sigma$ er spredningskoefficienten; - henholdsvis induktansen af statoren, rotoren og den gensidige; - henholdsvis statorens og rotorens aktive modstand; — fluxforbindelse af rotoren; er rotationsfrekvensen af rotorfluxforbindelsesvektoren; — elektrisk rotationsfrekvens for rotoren; er projektioner af strømme på d- og q-akserne; er tidskonstanten for rotorkredsløbet. $L_{s}L_{r}L_{m}$ $R_{s}R_{r}$ $\psi_{r}$ $\omega _{\psi }$ $\omega _{r}e$ $I_{d}I_{q}$ $T_{r}$

Der er to mulige metoder til dette:

rotorfeltorientering
orientering langs feltet af hovedfluxforbindelsen

I den praktiske implementering af den første metode er det nødvendigt at bestemme retningen og vinkelpositionen af motorrotorens fluxforbindelsesvektor. Ortogonale akser d, q (i den indenlandske litteratur bruges x, y-akser til asynkrone maskiner) er rettet således, at d-aksen falder sammen med retningen af rotorfluxvektoren. Motorstatorspændingsvektoren justeres i d, q-akserne. D-aksens spændingskomponent styrer mængden af statorstrøm langs d-aksen.

Ved at ændre statorstrømmen langs d-aksen skal den nødvendige værdi af amplituden af rotorfluxvektoren opnås. Statorstrømmen langs q-aksen, styret af spændingen langs denne akse, vil bestemme drejningsmomentet udviklet af motoren. I denne driftstilstand ligner SM og IM egenskaberne en DC-motor, så maskinfeltet dannes langs d-aksen (excitationsvikling for en DC-motor, det vil sige induktor ), og strømmen langs q-aksen indstiller momentet (ankervikling af en jævnstrømsmotor). Motorstyring ifølge denne metode giver teoretisk en stor overbelastningskapacitet på ADKZ, men det er umuligt at bestemme vektoren for rotorfluxforbindelsen direkte.

Denne vektorkontrolmetode blev oprindeligt implementeret i Siemens Transvektor-systemet .

Enheder med kontrol over vektoren af motorens hovedfluxforbindelse, på russisk, begyndte at blive kaldt vektorsystemer. Ved brug af kontrolanordningen i henhold til vektoren for hovedfluxforbindelsen og stabilisering af modulet af hovedfluxforbindelsen af motoren i alle driftstilstande, er overdreven mætning af det magnetiske system udelukket, og IM'ens kontrolstruktur er udelukket. forenklet. For komponenterne i vektoren af hovedfluxforbindelsen (langs statorens akser α, β) er direkte måling mulig, for eksempel ved hjælp af Hall-sensorer installeret i motorens luftspalte.

Strømforsyningen til AM og SM i vektorstyringstilstanden udføres fra inverteren , som til enhver tid kan give den nødvendige amplitude og vinkelposition af statorspændings- (eller strøm-) vektoren. Målingen af amplituden og positionen af rotorfluxforbindelsesvektoren udføres ved hjælp af en observatør (et matematisk apparat, der giver dig mulighed for at genoprette systemets umålte parametre).

Indstillinger for vektorkontroltilstande

Vektorstyring indebærer tilstedeværelsen i styreleddet af en matematisk model (i det følgende - MM ) af en justerbar elektrisk motor . Afhængigt af driftsbetingelserne for det elektriske drev , er det muligt at styre den elektriske motor både i tilstande med normal nøjagtighed og i tilstande med øget nøjagtighed for at udarbejde opgaven for hastighed eller drejningsmoment.

Nøjagtigheden af den matematiske model af den elektriske motor

I forbindelse med det foregående ser det ud til at være muligt at klassificere kontroltilstandene i henhold til nøjagtigheden af den elektriske motor MM , der anvendes i kontrolforbindelsen:

brug af MM uden yderligere raffineringsmålinger af styreenheden af parametrene for den elektriske motor (kun typiske motordata indtastet af brugeren bruges)
brug af MM med yderligere raffineringsmålinger af kontrolanordningen af parametrene for den elektriske motor (det vil sige aktive og reaktive modstande af statoren / rotoren , spænding og strøm af motoren )

Brug af motorhastighedssensoren

Afhængigt af tilstedeværelsen eller fraværet af en hastighedsfeedback - sensor (hastighedssensor), kan vektorstyring opdeles i:

motorstyring uden hastighedssensor - i dette tilfælde bruger styreenheden dataene fra motorens MM og værdierne opnået fra måling af strømmen af statoren og / eller rotoren
motorstyring med en hastighedssensor - denne enhed bruger ikke kun værdierne opnået ved at måle strømmen af statoren og / eller rotoren på den elektriske motor (som i det foregående tilfælde), men også data om hastigheden (position ) af rotoren fra sensoren, som i nogle kontrolopgaver gør det muligt at øge nøjagtigheden af at arbejde af ved det elektriske drev af en opgave med hastighed (position).

Terminologiske nuancer

Da princippet om vektorkontrol blev opfundet i Tyskland, findes udtrykket " vektorkontrol " ofte i russisksproget litteratur, som er et sporingspapir fra det tyske "Vektorregelung". En sådan definition kan ikke betragtes som fejlagtig, men ifølge de etablerede normer for det russiske tekniske sprog ville det være mere korrekt at bruge udtrykket " vektorkontrol ". Derudover kaldes denne metode ofte også for "feltorienteringsprincippet", som også er en bogstavelig oversættelse fra det tyske "Das Prinzip der Feldorientierung".

Litteratur

Dartau VA Undersøgelse af metoden til vektorstyring af et asynkront frekvensdrev til minemaskiner og installationer. - Abstrakt. dis. til konkurrencen uch. grad cand. tech. Sciences, L.: RTP LGI, 1974.
Rudakov VV Asynkrone elektriske drev med vektorstyring/V. V. Rudakov, I. M. Stolyarov, V. A. Dartau. Leningrad: Energoatomizdat, 1987, 136 s.
Vinogradov A. B. Vektorstyring af AC elektriske drev Ivanovo, 2008
Chilikin M. G., Klyuchev V. I. Sandler A. S. Teori om automatiseret elektrisk drev. M., "Energi", 1979
Alekseev VV Blokke af vektorkontrolsystemer til frekvensstyrede drev baseret på mikromoduler. L.: LDNTP, 1979, 28 s.
El-biler. Modellering af elektriske maskiner drev af mineudstyr. Lærebog / V. V. Alekseev, A. E. Kozyaruk, E. A. Zagrivny. SPGGI. Petersborg, 2006. 58 s.

Vektor kontrol

Årsager til

Matematisk apparat til vektorstyring

Indstillinger for vektorkontroltilstande

Nøjagtigheden af den matematiske model af den elektriske motor

Brug af motorhastighedssensoren

Terminologiske nuancer

Links

Litteratur

Se også

Vektor kontrol

Årsager til

Matematisk apparat til vektorstyring

Indstillinger for vektorkontroltilstande

Nøjagtigheden af ​​den matematiske model af den elektriske motor

Brug af motorhastighedssensoren

Terminologiske nuancer

Links

Litteratur

Se også

Nøjagtigheden af den matematiske model af den elektriske motor