Векторлық қозғалтқышты басқару дегеніміз не

Векторлық басқару - бұл электр қозғалтқышының білігіндегі айналу жылдамдығы мен моментін тәуелсіз және инерциясыз дерлік реттеуге мүмкіндік беретін щеткасыз айнымалы ток қозғалтқыштарын басқару әдісі.

Векторлық басқарудың негізгі идеясы қоректендіру кернеуінің шамасы мен жиілігін ғана емес, фазасын да бақылау болып табылады. Басқаша айтқанда, кеңістік векторының шамасы мен бұрышы бақыланады [1]. Векторлық басқару скалярмен салыстырғанда жоғары өнімділікке ие. Векторлық басқару скалярлық басқарудың барлық дерлік кемшіліктерін жояды.

• жылдамдықты реттеудің жоғары дәлдігі;
• қозғалтқыштың барлық жиілік диапазонында бірқалыпты іске қосылуы және бірқалыпты айналуы;
• жүктеменің өзгеруіне жылдам әрекет ету: жүктеме өзгерген кезде жылдамдықтың өзгеруі іс жүзінде болмайды;
• басқарудың кеңейтілген диапазоны және реттеудің дәлдігі;
• қыздыруға және магниттелуге жұмсалатын шығындар азаяды, электр қозғалтқышының ПӘК жоғарылайды.
• электр қозғалтқышының параметрлерін орнату қажеттілігі;
• тұрақты жүктеме кезінде жылдамдықтың үлкен ауытқулары;
• үлкен есептеу күрделілігі.

Векторлық басқарудың жалпы функционалдық сұлбасы

Векторлық басқару әдістерінің классификациясы

Моментті басқарудың бұл әдістері индукциялық қозғалтқыштарды және синусоидалы кері ЭҚК бар синхронды тұрақты магнитті қозғалтқыштарды басқару жүйелері үшін ұсынылған.

Моментті басқарудың қолданыстағы әдістерін әртүрлі тәсілдермен жіктеуге болады.

• сызықтық (ПИ, ПИД) реттегіштер;
• сызықты емес (гистерезистік) реттегіштер.

Ескертпе:

1. Кері байланыс жоқ.
2. Кері байланыспен.
3. Тұрақты күйдегі режимде

Векторлық басқарудың ішінде ең көп қолданылатындары өріске бағытталған басқару (FOC - field oriented control) және моментті тікелей басқару (DTC - direct torque control).

Сызықтық моментті реттегіштер

Сызықтық момент реттегіштері кернеудің импульстік енінің модуляциясымен (PWM) бірге жұмыс істейді. Реттегіштер іріктеу кезеңінде орташаланған статор кернеуінің қажетті векторын анықтайды. Кернеу векторы ақырында PWM әдісімен синтезделеді, көп жағдайда кеңістік-векторлық модуляция (КВМ) қолданылады. Сигналдар лездік мәндер бойынша өңделетін сызықтық емес моментті басқару тізбектерінен айырмашылығы, сызықтық моментті басқару тізбектерінде сызықтық реттегіш (PI) іріктеу кезеңінде орташаланған мәндермен жұмыс істейді. Сондықтан іріктеу жиілігін сызықтық емес момент реттегіштеріндегі 40 КГц-тен сызықтық момент реттегіштерінің тізбектеріндегі 2-5 КГц-ке дейін төмендетуге болады.

• өріске бағдарланған басқару (ПУ, ағылш. field oriented control, FOC);
• кернеудің кеңістіктік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқару (PUM-PVM, ағылшынша direct torque control with voltage space vector modulation, DTC-SVM);
• ағынның кеңістіктік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқару (PUM-PVMP, ағылшынша direct torque control with flux vector modulation, DTC-FVM).

Өріске бағдарланған басқару

Өріске бағдарланған басқару бұл өріс пен моментті бөлек басқаруға болатындығын білдіретін, тәуелсіз қозғалатын тұрақты ток машинасы сияқты щеткасыз айнымалы ток қозғалтқышын басқаратын реттеу әдісі.

Бұл қозғалтқышта өріс және арматура орамдары бөлінеді, ағынның байланысы индуктордың өріс тогымен басқарылады, ал момент арматура тогын реттеу арқылы тәуелсіз басқарылады. Осылайша, ағынның байланысы мен моментінің токтары электрлік және магниттік түрде бөлінеді.

Екінші жағынан, щеткасыз айнымалы ток қозғалтқыштарында көбінесе үш фазалы статор орамасы болады, ал статордың ток векторы ағынды және моментті басқару және басқару үшін қолданылады. Осылайша, қоздыру тогы мен арматура тогы статор тогының векторына біріктіріледі және оларды бөлек басқару мүмкін емес. Ажыратуға математикалық жолмен қол жеткізуге болады - статор тогы векторының лездік мәнін екі компонентке бөлу арқылы: өрісті тудыратын статор тогының бойлық компоненті және статор тогының көлденең компоненті: айналу моментін құру, өріс бойымен бағытталған координаттар жүйесінде ротор (R-FOC – rotor flux-oriented control) . Осылайша, щеткасыз айнымалы ток қозғалтқышын басқару тәуелсіз қозуы бар КДПТ басқаруымен бірдей болады және сызықтық PI реттегіші және кеңістіктік векторлық кернеу модуляциясы бар PWM инверторын пайдалану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін.

Өріске бағытталған басқаруда момент пен өріс жанама түрде статордың ток векторының компоненттерін басқару арқылы басқарылады.

Ротордың орнын анықтау үшін электр қозғалтқышында орнатылған ротордың орналасу сенсоры немесе басқару жүйесінде енгізілген сенсорсыз басқару алгоритмі пайдаланылады, ол басқару жүйесіндегі деректер негізінде нақты уақыт режимінде ротордың орны туралы ақпаратты есептейді. .

Кеңістіктік-векторлық модуляциямен моментті тікелей басқару

• Кернеудің кеңістіктік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқару
• Ағынның кеңістіктік-векторлық модуляциясымен моментті тікелей басқару

Кеңістік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқару статор өрісі бойымен бағытталған тікбұрышты координаталар жүйесінде жүзеге асырылады, сондықтан бұл басқару үшін ротордың орны туралы ақпарат қажет емес.

Атап айтқанда, бұл әдіс жоғары жиілікті сигналды қабаттастыруды және ротордың конструкциясын өзгертуді қажет етпей, төмен жылдамдықты қоса алғанда, барлық жылдамдық диапазонында тұрақты магнитті синхронды электр қозғалтқышын сенсорсыз басқаруды жүзеге асырады. тұрақты магнитті электр қозғалтқышының сенсорсыз өріске бағытталған басқаруында.

Кернеудің кеңістіктік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқару

Статор өрісі бойынша бағытталған тікбұрышты координаттар жүйесінде жұмыс істейтін моментті және кері байланыс ағынының байланысын реттейтін кеңістіктік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқарудың блок-схемасы. Момент пен ағынның байланысын реттегіштердің PI шығысы статор кернеуінің анықтамалық компоненттері ретінде және статор өрісіне бағытталған координаттар жүйесінде түсіндіріледі (ағылш. stator flux-oriented control, S-FOC). Содан кейін бұл командалар (тұрақты кернеулер) стационарлық координаттар жүйесіне айналады, содан кейін басқару мәндері кеңістік-векторлық модуляция модуліне беріледі.

Кеңістік-векторлық модуляцияланған моментті тікелей басқару тізбегінде (PUM-PVM) момент пен ағынның байланысы тұйық контурда тікелей басқарылады, сондықтан қозғалтқыштың ағыны мен моментін дәл бағалау қажет. Классикалық гистерезис моментін тікелей басқару алгоритмінен айырмашылығы, PUM-PVM тұрақты коммутация жиілігінде жұмыс істейді. Бұл басқару жүйесінің сипаттамаларын едәуір жақсартады: момент пен ағынның пульсациясын азайтады, қозғалтқышты сенімді іске қосуға және төмен жылдамдықта жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Бірақ бұл ретте жетектің динамикалық сипаттамалары төмендейді.

Ағынның кеңістіктік-векторлық модуляциясымен моментті тікелей басқару

Ағынның кеңістіктік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқару - кернеудің кеңістіктік-векторлық модуляциясы бар моментті тікелей басқару тізбегінің жеңілдетілген нұсқасы. Бұл жағдайда басқару кезінде стационарлық координаттар жүйесінен айналмалы координаттар жүйесіне түрлендіру жүзеге асырылмайды.

Электр қозғалтқышының айналу моментін басқару үшін кірістегі айналу моментінің берілген өзгерісі кезінде айналу моменті бұрышының өсуін басқаратын PI реттегіші қолданылады. ПИ реттегішін пайдалану айналу моментінің өзгеруі мен айналу моменті бұрышының ұлғаюы арасындағы байланыс күрделі және сызықты емес болуына байланысты. Содан кейін момент бұрышының өсімі статор ағынының басқару векторын есептеу үшін статор өрісі бойымен бағытталған тікбұрышты координаталар жүйесіндегі статор ағыны векторының бұрышына қосылады. Статор ағынының басқару векторының алынған мәні есептелген ағынмен салыстырылады, содан кейін алынған айырмашылық статор кернеуінің басқару векторын есептеу және инвертор кілттерін қосу күйлерін есептеу үшін VFMP қондырғысы арқылы пайдаланылады. Бұл схемада есептеу үшін қолданылатын статор ағынын басқару циклінің болуына байланысты ағын реттегішінің PI пайдалану қажет емес.

Сызықтық емес моментті реттегіштер

Моментті реттегіштердің ұсынылған тобы өріске бағытталған басқарудың негізі болып табылатын коллекторлық тұрақты ток қозғалтқышына ұқсастығы бойынша координаталарды түрлендіру және басқару идеясынан алшақтайды. Сызықты емес реттегіштер бөлек басқаруды инвертордың жартылай өткізгіш құрылғыларының жұмыс (қосу-өшіру) идеологиясына сәйкес келетін үздіксіз (гистерезис) басқарумен ауыстыруды ұсынады.

Өріске бағытталған басқарумен салыстырғанда моментті басқарудың тікелей тізбектері келесі сипаттамаларға ие:

Артықшылықтары

• қарапайым басқару схемасы;
• ток контурлары және токты тікелей реттеу жоқ;
• координаттарды түрлендіру қажет емес;
• кернеудің жеке модуляциясы жоқ;
• позиция сенсоры қажет емес;
• жақсы динамика.

Кемшіліктері

• статордың магниттік ағын байланысының векторын және моментін дәл бағалау қажет;
• сызықтық емес (гистерезис) реттегіш пен айнымалы пернелерді ауыстыру жиілігінің әсерінен момент пен токтың күшті толқындары;
• ауыспалы ауысу жиілігіне байланысты кең спектрлі шу.

Сызықтық емес моментті реттегіштер тобына жатады:

• қосу кестесімен моментті тікелей басқару (ПУМ);
• тікелей өзін-өзі басқару (ӨББ);
• сәтті адаптивті тікелей басқару;
• нейрондық желілер;
• логикасы анық емес реттеуіштер.

Сәтті тікелей басқару

Классикалық моментті тікелей басқару әдісінің (ПУМ) схемасы өрісті басқару әдісіне (ПУ) қарағанда әлдеқайда қарапайым, өйткені координаталық жүйелерді түрлендіру және ротордың орнын өлшеу қажет емес. Моментті тікелей басқару әдісінің сұлбасында статордың моменті мен ағынының байланысын бағалаушы, гистерезис моменті мен ағынының байланысын салыстырғыштар, қосу кестесі және инвертор бар.

Моментті тікелей басқару әдісінің принципі статордың моменті мен ағынының байланысын бір уақытта басқару үшін кернеу векторын таңдау болып табылады. Өлшенген статор токтары мен инвертор кернеуі ағынның байланысы мен моментін бағалау үшін пайдаланылады. Статор ағыны мен моменттің бағаланған мәндері сәйкесінше гистерезис компараторы арқылы статор ағыны мен қозғалтқыш моментін басқару сигналдарымен салыстырылады. Электр қозғалтқышын басқарудың қажетті кернеу векторы қосу кестесінен цифрланған ағын байланысының қателіктері мен гистерезис компараторлары тудыратын момент негізінде, сондай-ақ оның бұрыштық позициясы негізінде алынған статор ағынының байланысы векторының орналасу секторы негізінде таңдалады. Осылайша, инвертордың қуат кілттерін басқаруға арналған импульстар кестеден векторды таңдау арқылы жасалады.

Бастауды, шамадан тыс жүктеме жағдайларын жақсартуға, өте төмен жылдамдықта жұмыс істеуге, моменттің толқындарын азайтуға, ауыспалы коммутация жиілігінде жұмыс істеуге және шу деңгейін төмендетуге бағытталған классикалық PUM-TV схемасының көптеген нұсқалары бар.

Моментті тікелей басқарудың классикалық әдісінің кемшілігі тұрақты күйдегі ток пен моменттің жоғары пульсацияларының болуы болып табылады. Мәселе инвертордың жұмыс жиілігін 40 КГц -тен жоғарылату арқылы жойылады, бұл басқару жүйесінің жалпы құнын арттырады [1].

Тікелей өзін-өзі басқару

Статор ағынын біріктіру пәрмендері мен ағымдағы фазалық құрамдас бөліктерге негізделген A, B және C ағынды біріктіру компараторлары белсенді кернеу күйлеріне (V1 – V6) сәйкес келетін dA, dB және dC сандық сигналдарын жасайды. Гистерезис моментін реттегіштің шығысында нөлдік күйлерді анықтайтын сигнал бар. Осылайша, статор ағынының байланысы реттегіші берілген траектория бойынша статор ағынының байланысы векторын жылжытатын кернеулердің белсенді күйлерінің уақыт аралығын анықтайды, ал момент реттегіші электр қозғалтқышының моментін гистерезиспен анықталған төзімділік өрісінде ұстап тұратын нөлдік кернеу күйлерінің уақыт аралығын анықтайды. .

Артықшылықтары мен кемшіліктері

• ағынның қосылуының синусоидалы емес формалары және статор тогы;
• статор ағынының қосылу векторы алтыбұрышты траектория бойынша қозғалады;
• қорек кернеуі бойынша қорек жоқ, инвертордың мүмкіндіктері толығымен пайдаланылады;
• инвертордың ауысу жиілігі қосу кестесімен моментті тікелей басқаруға қарағанда төмен;
• тұрақты және әлсіреген өріс диапазондарындағы тамаша динамика.