Elektrik motorunun parmaklarda vektör kontrolü. Asenkron motorların skaler ve vektör kontrolü - fark nedir? Diğer Yararlı Kaynaklar

Bir elektrikli sürücünün frekans kontrolünü tasarlarken, motorda meydana gelen elektromekanik süreçlerin özelliklerini tam olarak dikkate alan yeterli modellerin oluşturulması gerekli hale gelir. Modelleri test etmek için, bunları gerçek ekipman üzerinde fiziksel olarak uygulanan bir işlemle karşılaştırmak gerekir; bu nedenle, modelin yeterliliğini kontrol etmek için gerçek elektrik motorlarının parametrelerini belirlemek gerekli hale gelir. Makale, asenkron bir elektrik motorunun vektör kontrolünün matematiksel bir modelini açıklamaktadır. Model, çalışması sırasında elektrik motorundaki elektromekanik süreçleri izlemenizi sağlar. Elektrik motorunun çalıştırılmasını karakterize eden mekanik ve elektriksel geçiş grafikleri elde edilir. Vektör kontrollü elektrik motorunun mekanik karakteristiği, yük aralığındaki artışı açıkça gösterecek şekilde oluşturulmuştur. Modelin yeterliliği değerlendirildi. Matematiksel deneyler ve model oluşturma, Matlab paketinin bir uygulaması olan Simulink grafik simülasyon ortamında gerçekleştirildi.

çevirici

matematiksel model

mekanik karakteristik

vektör kontrolü

asenkron motor

1. Vinogradov A.B. AC elektrikli sürücülerin vektör kontrolü / Ivanovo Devlet Enerji Mühendisliği Üniversitesi, V.I. Lenin. - Ivanovo, 2008. - 297 s.

2. Likhodedov A.D. Asenkron bir motorun mekanik karakteristiğinin oluşturulması ve onaylanması // Modern bilim ve eğitim sorunları. - 2012. - Sayı 5. - URL: http://www..09.2012).

3. Usoltsev A.A. Asenkron motorların vektör kontrolü: elektromekanik çevrim disiplinleri üzerine bir ders kitabı. - St.Petersburg, 2002.

4. Shuvalov G.A. Frekans dönüştürücü yardımıyla elektrik tasarrufu // Elektrikli ekipman: işletme ve onarım. - 2012. - Sayı 2.

5. Blaschke, F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage für die Transvector-Regelung von Drehfeldmaschinen (Almanca), Siemens-Zeitschrift 45, Heft 10, 1971.

6.PLC kolaydır!! Vektör kontrolü. – URL: http://plc24.ru/vektornoe-upravlenie/ (erişim tarihi: 09/12/2012).

Vektör kontrollü asenkron elektrikli sürücünün geliştirilmesi

Enerji dönüştürücü olarak yarı iletken frekans dönüştürücüleri kullanan AC sürücüleri kontrol etmenin iki ana yöntemini birbirinden ayırmak gelenekseldir: frekans ve vektör.

Frekans kontrolüyle, EP'de frekans kontrolünün statik yasalarından biri uygulanır (örneğin, vb.). Kontrol sisteminin çıkışında invertörün çıkış voltajının frekansı ve genliği için bir görev oluşturulur. Bu tür sistemlerin kapsamı: artan statik ve dinamik gereksinimlerin olmadığı asenkron elektrikli tahrik, fanlar, pompalar ve diğer genel endüstriyel mekanizmalar.

Vektör kontrolü ile değişkenlerin anlık değerlerine göre kontrol gerçekleştirilir. Dijital vektör sistemlerinde kontrol, eşdeğer (kontrol ayrıklığı aralığı üzerinden ortalaması alınan) değişkenler üzerinde gerçekleştirilebilir.

1971'de Blaschke, rotor akı bağlantısı boyunca koordinat sisteminin yönelimi ile IM'nin vektör modelini kullanan asenkron bir motor için bir kontrol sistemi oluşturma ilkesini önerdi. Bu prensibe doğrudan tork kontrolü de denir. Vektör kontrolü, kontrol aralığını, kontrol doğruluğunu önemli ölçüde artırmanıza, elektrikli sürücünün hızını artırmanıza olanak tanır. Bu yöntem motor torkunun doğrudan kontrolünü sağlar.

Tork, heyecan verici bir manyetik alan yaratan stator akımı tarafından belirlenir. Doğrudan tork kontrolü ile stator akımının genliğine ek olarak fazını, yani akım vektörünü de değiştirmek gerekir. "Vektör kontrolü" teriminin nedeni budur.

Akım vektörünü ve dolayısıyla stator manyetik akısının dönen rotora göre konumunu kontrol etmek için, herhangi bir zamanda rotorun tam konumunun bilinmesi gerekir. Sorun ya uzaktan rotor konum sensörü yardımıyla ya da diğer motor parametreleri hesaplanarak rotorun konumu belirlenerek çözülür. Bu parametre olarak stator sargılarının akımları ve gerilimleri kullanılır.

Hız geri besleme sensörü olmayan vektör kontrollü bir VFD daha ucuzdur ancak vektör kontrolü, frekans dönüştürücüden büyük miktarda ve yüksek hızda hesaplama gerektirir. Ek olarak, düşük, sıfıra yakın dönüş hızlarında torkun doğrudan kontrolü için, frekans kontrollü bir elektrikli sürücünün hız geri bildirimi olmadan çalıştırılması imkansızdır. Hız geri besleme sensörlü vektör kontrolü, 1:1000 ve daha fazlasına kadar kontrol aralığı, yüzde yüzde biri oranında hız kontrol doğruluğu, yüzde birimler halinde tork doğruluğu sağlar.

AM ve SM'nin vektör kontrol modunda güç kaynağı, herhangi bir zamanda stator voltajı (veya akımı) vektörünün gerekli genliğini ve açısal konumunu sağlayabilen bir invertörden gerçekleştirilir. Rotor akı vektörünün genliğinin ve konumunun ölçümü, bir gözlemcinin (sistemin ölçülmemiş parametrelerini geri yüklemenizi sağlayan matematiksel bir aparat) yardımıyla gerçekleştirilir. Elektrikli sürücünün çalışma koşullarına bağlı olarak, elektrik motorunu hem normal doğruluktaki modlarda hem de hız veya tork görevini yerine getirme doğruluğu artırılmış modlarda kontrol etmek mümkündür. Bu nedenle, örneğin, frekans dönüştürücü, V / f modunda hızın ±% 2-3'ü, hız sensörü olmadan vektör kontrolü ile ±% 0,2, hız sensörü ile tam vektör kontrolü ile, bir doğruluk sağlar. ±%0,01 sağlanır.

IM vektör kontrolünün genel prensibi

Gelecekte, aşağıdaki koordinat sistemleri endekslerini kullanacağız: a-b - stator sargısının a faz ekseni boyunca yönlendirilmiş sabit koordinat sistemi (); x-y - rotor () ile eşzamanlı olarak dönen ve sargısının a faz ekseni boyunca yönlendirilen koordinat sistemi; d-q - rotor akı bağlantısıyla () eşzamanlı olarak dönen ve kendi yönünde yönlendirilmiş koordinat sistemi; m-n, keyfi bir hızda dönen, keyfi olarak yönlendirilmiş bir koordinat sistemidir.

Bir IM kontrol sisteminin modellenmesi ve inşa edilmesinin genel prensibi, bu amaçla, elektromanyetik momenti belirleyen bir vektör yönünde sürekli olarak yönlendirilen bir koordinat sisteminin kullanılmasıdır. Daha sonra bu vektörün başka bir koordinat eksenine izdüşümü ve elektromanyetik tork ifadesindeki karşılık gelen terim sıfıra eşit olacaktır ve resmi olarak DC motorun elektromanyetik tork ifadesiyle orantılı olan ifadeyle aynı formu alır. Armatür akımının ve ana manyetik akının büyüklüğü.

Koordinat sisteminin rotor akı bağlantısı boyunca yönlendirilmesi durumunda ( ) moment şu şekilde temsil edilebilir:

, (1)

rotor devresinin kaçak endüktansı nerede, mıknatıslanma devresinin endüktansı, kutup çiftlerinin sayısı, stator akımlarının koordinat sisteminin eksenleri üzerindeki izdüşümüdür.

Bu ifadeye göre, rotor akı bağlantısının sabit olması koşuluyla, stator akımının enine eksen üzerindeki izdüşümlerini değiştirerek elektromanyetik momenti kontrol etmek mümkündür. Bir kontrol sistemi oluşturmak için denklem seçimi büyük bir rol oynar çünkü özellikle kısa devre kan basıncı için birçok miktar ölçülemez. Ek olarak, bu seçim sistemin transfer fonksiyonlarının karmaşıklığını önemli ölçüde etkiler, bazen denklemlerin sırasını birkaç kat artırır.

Bir IM vektör kontrol sistemi oluşturmak için, koordinat sisteminin yönlendirileceği göreli bir vektörü ve elektromanyetik tork için karşılık gelen ifadeyi seçmeniz ve ardından buna dahil olan miktarları stator ve / veya denklemlerinden belirlemeniz gerekir. rotor devresi (2):

, (2, a)

, (2,b)

stator sargılarının vektör formundaki voltajı nerede; - stator ve rotor sargılarının aktif direnci; bileşenler, zaman içindeki akımlardaki bir değişiklik nedeniyle zaman içindeki akı bağlantısındaki bir değişiklikle ilişkilidir ve karşılık gelen elektrik makinesindeki uyarılma süreçlerine benzer şekilde dönüşümün EMF'si olarak adlandırılır; bileşenler - rotorun dönmesi nedeniyle akı bağlantısındaki bir değişiklikle ilişkilidir ve dönme EMF'si olarak adlandırılır.

Rotor akı bağlantısını referans vektör olarak seçersek ve koordinat sistemini gerçek ekseni yön ile çakışacak şekilde yönlendirirsek, o zaman koordinat sisteminin açısal dönme frekansı stator beslemesinin açısal frekansına eşit olacaktır, Çünkü stator ve rotor akı bağlantılarının vektörleri aynı frekansta döner. Rotor akı vektörünün kullanılması teorik olarak IM'nin büyük bir aşırı yük kapasitesi sağlar.

Bu durumda stator akım vektörünün projeksiyonları şuna eşit olur:

(3)

rotorun elektromanyetik zaman sabiti nerede.

Akı bağlantısını ve rotorun açısal frekansını ifade ediyoruz:

(4)

Böylece, stator akımının projeksiyonunu kullanarak, rotor akı bağlantısını kontrol etmek mümkündür ve bu kanalın transfer fonksiyonu, rotorun zaman sabitine eşit bir zaman sabitine sahip periyodik olmayan bir bağlantıya karşılık gelir; ve projeksiyon yardımıyla rotorun frekansını bağımsız ve ataletsiz olarak kontrol etmek mümkündür.

Bu durumda AM'nin elektromanyetik momenti, belirli bir akı bağlantısındaki rotor akımlarının frekansı bilinerek belirlenebilir:

, (5)

İfadeler - stator akımının koordinat eksenleri üzerindeki projeksiyonları, akı bağlantısı, rotor frekansı ve IM'nin elektromanyetik torku arasındaki ilişkiyi tanımlar. İfadeden ve hareket denkleminden tork kontrolünün atalet olmadan iki giriş sinyaliyle gerçekleştirilebileceği sonucu çıkar: akı bağlantısı ve rotor frekansı. Bu sinyaller, ifadelerle stator akım vektörünün izdüşümleriyle ilişkilidir. Bu nedenle, vektör kontrol cihazı, (3) ifadelerine göre dönüşümleri gerçekleştiren bir koordinat ayırma ünitesinin (RC) yanı sıra stator akım vektörünü IM rotorunun dönüş yönünün tersi yönde döndüren bir döndürücü içerir. Kontrol cihazının giriş sinyalleri, ağın hat voltajı ve akı bağlantısına ve rotorun frekansına karşılık gelen besleme voltajının frekansı olacaktır. Koordinat ayırma bloğunun adı, stator akım vektörünün bağımsız (ayrılmış, ayrılmış) projeksiyonlarına karşılık gelen sinyalleri üretmek için gerçekleştirdiği fonksiyondan gelir (Şekil 1).

Pirinç. 1. Koordinat ayırma bloğunun yapısal diyagramı.

Elektromanyetik tork ifadesinden (5) ve genel hareket denkleminden, rotor frekans kontrol kanalı yoluyla AM'nin transfer fonksiyonu elde edilebilir:

mekanik zaman sabiti nerede. Bu transfer fonksiyonu bir DC motorla tamamen tutarlı olduğundan, IM vektör kontrolüne sahip elektrikli tahrik sistemlerinin yapısı DC sürücülerden farklı değildir.

Kontrol cihazının, yalnızca bağlantılarının transfer fonksiyonlarında yer alan IM parametrelerinin gerçek değerlere karşılık gelmesi durumunda işlevlerini yerine getirebileceği, aksi takdirde IM'deki ve kontrol cihazındaki akı bağlantısı ve rotor frekansının birbirinden farklı olacağı unutulmamalıdır. . Bu durum vektör kontrol sistemlerinin pratikte uygulanmasında önemli zorluklar yaratmaktadır. KB parametreleri çalışma sırasında değişir. Bu özellikle aktif dirençlerin değerleri için geçerlidir.

Koordinat dönüşümlerinin matematiksel açıklaması

Mevcut vektör sabit bir koordinat sisteminde (a, b) temsil ediliyorsa, orijinaline göre belirli bir açıyla döndürülen yeni bir koordinat sistemine (x, y) geçiş (Şekil 2a), şu şekilde gerçekleştirilir: karmaşık sayıların bağımsız değişkenlerinin aşağıdaki ilişkisi:

Veya (7)

Pirinç. 2. Farklı koordinat sistemlerinde genelleştirilmiş akım vektörü.

Sabit açısal frekansta dönen bir koordinat sistemi için açı şu şekildedir:

Koordinat dönüşümü genişletilmiş biçimde aşağıdaki gibi yazılabilir:

Buradan vektörün bileşenlerini matris formunda bulabilirsiniz:

, (9)

burada karşılık gelen sargıların akımlarının anlık değerleridir.

IM vektör kontrol sisteminin gerekli bir elemanı, vektörlerin koordinatlarını ifadeye (9) uygun olarak dönüştüren bir döndürücüdür.

Değişkenleri koordinat sisteminden (d,q) koordinat sistemine (a, b) dönüştürmek için aşağıdaki denklemleri kullanırız:

burada γ alan yönlendirme açısıdır. Döndürücünün blok şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.

Pirinç. 3. Döndürücünün blok diyagramı.

Kan basıncının matematiksel modeli

Asenkron motor - α, β koordinat sisteminde modellenmiştir. Bu koordinat sistemine karşılık gelen denklemler denklem sistemi ile tanımlanır:

(11)

burada: , , , - koordinat sistemlerinde stator ve rotor akı bağlantı vektörlerinin bileşenleri; - Koordinat sistemlerinde stator gerilim vektörünün bileşenleri; - stator ve rotor sargılarının aktif direnci; - stator ve rotor sargılarının (17), (18) toplam endüktansı - stator ve rotorun (12), (13) elektromanyetik bağlantı katsayıları; p, kutup çiftlerinin sayısıdır; - rotorun mekanik hızı; J, motor rotorunun atalet momentidir; - motor şaftındaki direnç momenti.

Sargıların toplam endüktansının değerleri ve stator ile rotorun elektromanyetik kuplajının katsayıları aşağıdaki formüllerle hesaplanır:

burada: - kaçak endüktans; - mıknatıslama devresinin endüktansı,

burada: - stator ve rotor sargılarının kaçak endüktif direnci; - mıknatıslanma devresinin endüktif direnci; f, statora sağlanan voltajın frekansıdır.

Koordinatlarda (11) bir diferansiyel denklem sistemi çözülürken, motorda meydana gelen süreçler hakkında fikir veren durum değişkenlerinin (örneğin, tork ve hız) dinamik bir mekanik özelliği ve zamansal özellikleri elde edilebilir. Motorun stator sargısına sağlanan voltajın bileşenleri aşağıdaki formülle hesaplanır:

(19)

burada U, statora sağlanan voltajın etkin değeridir.

Denklemlerin çözümü, sistemin her diferansiyel denkleminin sol ve sağ kısımlarının entegrasyonuna indirgenir:

(20)

Güncel zamana bağımlılıklar aşağıdaki denklemlerle hesaplanır:

(21)

Makalede AD DMT f 011-6u1 pasaport verileri verilmiştir.

Şekil 4, rotor akı bağlantısı boyunca yönlendirilmiş bir koordinat sisteminde stator akımı tarafından kontrol edilen bir IM modelini göstermektedir.

Pirinç. 4. Simulink ortamında kan basıncının vektör kontrol modeli:

AD - asenkron motor;

UU - aşağıdakileri içeren kontrol cihazı: RK - koordinat ayırma ünitesi, R - döndürücü;

H, yatakların direncini de hesaba katan yüktür.

IM vektör kontrol modeli, asenkron bir motorda çalışması sırasında meydana gelen elektromanyetik süreçleri izlemenizi sağlar.

Aşağıdaki grafik (Şekil 5), modelleme yoluyla elde edilen vektör kontrollü bir elektrik motorunun mekanik karakteristiğini, tam ölçekli bir deneyde elde edilen regülatörsüz bir elektrik motorunun mekanik karakteristiği ile karşılaştırmalı olarak göstermektedir.

Pirinç. 5. Mekanik özelliklerin karşılaştırılması.

Grafikten görülebileceği gibi vektör kontrolü ile asenkron motorun mekanik karakteristiği sertleşir ve bunun sonucunda aşırı yük aralığı genişler. 0 ila 153 Nm aralığındaki karakteristik değerler biraz farklıdır, hata yalnızca% 1,11'dir, bu nedenle ortaya çıkan matematiksel model, gerçek bir motorun çalışmasını yeterince yansıtır ve mühendislik uygulamalarındaki deneyler için kullanılabilir.

Çözüm

Vektör kontrolünün kullanılması, besleme voltajının genliğini ve fazını değiştirerek elektrik motorunun elektromanyetik torkunu doğrudan kontrol etmenizi sağlar. Asenkron bir motorun vektör kontrolü için, önce onu stator ve rotor üzerinde iki sargıya sahip basitleştirilmiş iki kutuplu bir makineye getirmek gerekir; buna göre stator, rotor ve alanla ilişkili koordinat sistemleri vardır. Vektör kontrolü, ayarlanabilir bir elektrik motorunun matematiksel modelinin kontrol bağlantısındaki varlığını ifade eder.

Açıklanan modelin çalışması sırasında elde edilen mekanik özellikler, vektör kontrolüne ilişkin teorik bilgileri doğrulamaktadır. Model yeterlidir ve daha sonraki deneyler için kullanılabilir.

İnceleyenler:

Shvetsov Vladimir Alekseevich, Teknik Bilimler Doktoru, KamchatGTU, Petropavlovsk-Kamchatsky Elektrik Mühendisliği Bölümü Profesörü.

Potapov Vadim Vadimovich, Teknik Bilimler Doktoru, Uzak Doğu Federal Üniversitesi Petropavlovsk-Kamchatsky şubesi profesörü.

Bibliyografik bağlantı

Son istatistiklere göre dünyada üretilen elektriğin yaklaşık %70'i elektrikli tahrik tüketiyor. Ve bu yüzde her yıl artıyor.

Elektrik motorunu kontrol etmek için uygun şekilde seçilmiş bir yöntemle, elektrik makinesinin şaftında maksimum verim, maksimum tork elde etmek mümkündür ve aynı zamanda mekanizmanın genel performansı da artacaktır. Verimli çalışan elektrik motorları minimum elektrik tüketir ve maksimum verim sağlar.

Frekans dönüştürücüyle çalıştırılan elektrik motorları için verimlilik büyük ölçüde elektrik makinesini kontrol etmek için seçilen yönteme bağlı olacaktır. Sürücü mühendisleri ve tasarımcıları, her kontrol yönteminden en iyi performansı ancak her yöntemin yararlarını anlayarak elde edebilirler.
İçerik:

Kontrol yöntemleri

Otomasyon alanında çalışan ancak elektrikli tahrik sistemlerinin geliştirilmesi ve uygulanmasıyla yakından ilgilenmeyen birçok kişi, bir elektrik motorunun kontrolünün, bir kontrol paneli veya bilgisayardan bir arayüz kullanılarak girilen bir dizi komuttan oluştuğuna inanır. Evet, otomatik bir sistemi kontrol etmenin genel hiyerarşisi açısından bu doğrudur, ancak yine de elektrik motorunun kendisini kontrol etmenin yolları vardır. Tüm sistemin performansı üzerinde maksimum etkiye sahip olacak olan bu yöntemlerdir.

Frekans dönüştürücüye bağlı asenkron motorlar için dört temel kontrol yöntemi vardır:

• U / f - hertz başına volt;
• Kodlayıcılı U/f;
• Açık döngü vektör kontrolü;
• Kapalı döngü vektör kontrolü;

Dört yöntemin tümü, bir analog sinyal oluşturmak için darbe genişliğini değiştirerek sabit bir sinyalin genişliğini değiştiren PWM darbe genişliği modülasyonunu kullanır.

Darbe genişliği modülasyonu, sabit bir DC bara voltajı kullanılarak frekans dönüştürücüye uygulanır. hızlı bir şekilde açıp kapatarak (daha doğrusu anahtarlayarak) çıkış darbeleri üretir. Bu darbelerin genişliği değiştirilerek çıkışta istenen frekansta bir "sinüs dalgası" elde edilir. Transistörlerin çıkış voltajının şekli darbeli olsa bile, elektrik motoru akımın şeklini etkileyen bir endüktansa sahip olduğundan akım yine de sinüzoid şeklinde elde edilir. Tüm kontrol yöntemleri PWM modülasyonuna dayanmaktadır. Kontrol yöntemleri arasındaki fark yalnızca motora uygulanan voltajın hesaplanması yöntemindedir.

Bu durumda taşıyıcı frekansı (kırmızıyla gösterilmiştir) transistörlerin maksimum anahtarlama frekansını temsil eder. İnvertörlerin taşıyıcı frekansı genellikle 2 kHz - 15 kHz aralığındadır. Frekans referansı (mavi renkle gösterilmiştir) çıkış frekansı referans sinyalidir. Geleneksel tahrik sistemlerinde kullanılan invertörler için kural olarak 0 Hz - 60 Hz aralığında yer alır. İki frekansın sinyalleri üst üste bindirildiğinde, elektrik motoruna güç sağlayan bir transistör açma sinyali (siyahla gösterilir) verilecektir.

V/F kontrol yöntemi

En yaygın olarak V/F olarak adlandırılan hertz başına volt kontrolü belki de düzenlemenin en kolay yoludur. Basitliği ve çalışma için gereken minimum parametre sayısı nedeniyle genellikle basit elektrikli tahrik sistemlerinde kullanılır. Bu kontrol yöntemi, bir kodlayıcının zorunlu kurulumunu ve frekans kontrollü bir elektrikli sürücü için zorunlu ayarları gerektirmez (ancak önerilir). Bu, yardımcı ekipman (sensörler, geri besleme kabloları, röleler vb.) için daha düşük maliyetlerle sonuçlanır. U/F kontrolü yüksek frekanslı ekipmanlarda oldukça sık kullanılır, örneğin CNC makinelerinde iş mili dönüşünü tahrik etmek için sıklıkla kullanılır.

Sabit tork modeli, tüm hız aralığı boyunca aynı U/F oranında sabit bir torka sahiptir. Değişken tork oranlı model, düşük hızlarda daha düşük bir besleme voltajına sahiptir. Bu, elektrik makinesinin doymasını önlemek için gereklidir.

V/F, birden fazla sürücünün tek bir frekans dönüştürücüden kontrol edilmesine olanak tanıyan bir endüksiyon motorunun hızını kontrol etmenin tek yoludur. Buna göre tüm makineler aynı anda çalışıp durur ve aynı frekansta çalışır.

Ancak bu kontrol yönteminin çeşitli sınırlamaları vardır. Örneğin, enkoder olmadan V/F kontrol yöntemi kullanıldığında, asenkron makinenin şaftının döndüğüne dair kesinlikle bir kesinlik yoktur. Ayrıca elektrik makinesinin 3 Hz frekansta başlatma torku %150 ile sınırlıdır. Evet, sınırlı tork mevcut ekipmanların çoğu için fazlasıyla yeterlidir. Örneğin neredeyse tüm fanlar ve pompalar V/F kontrol yöntemini kullanır.

Bu yöntem, daha gevşek spesifikasyonu nedeniyle nispeten basittir. Hız kontrolü tipik olarak maksimum çıkış frekansının %2 - %3'ü aralığındadır. Hız tepkisi 3 Hz'in üzerindeki frekanslar için hesaplanır. Frekans dönüştürücünün yanıt hızı, referans frekansındaki bir değişikliğe yanıt verme hızıyla belirlenir. Tepki hızı ne kadar yüksek olursa, sürücünün hız referansındaki bir değişikliğe tepkisi o kadar hızlı olur.

V/F yöntemini kullanırken hız kontrol aralığı 1:40'tır. Bu oranı elektrikli sürücünün maksimum çalışma frekansıyla çarparak elektrikli makinenin çalışabileceği minimum frekansın değerini elde ederiz. Örneğin maksimum frekans 60 Hz ve aralık 1:40 ise minimum frekans 1,5 Hz'dir.

U/F modeli, değişken frekanslı bir sürücünün çalışması sırasında frekans ve gerilim oranını belirler. Ona göre, dönme hızını (elektrik motorunun frekansı) ayarlama eğrisi, frekans değerine ek olarak elektrik makinesinin terminallerine sağlanan voltaj değerini de belirleyecektir.

Operatörler ve teknisyenler, modern bir frekans dönüştürücüde tek bir parametreyle istenen V/F düzenleme modelini seçebilir. Önceden ayarlanmış şablonlar belirli uygulamalar için zaten optimize edilmiştir. Ayrıca, belirli bir değişken frekanslı sürücü veya elektrik motoru sistemi için optimize edilecek kendi şablonlarınızı oluşturma olanağı da vardır.

Fanlar veya pompalar gibi cihazların dönme hızlarına bağlı bir yük torku vardır. V/F modelinin değişken torku (yukarıdaki şekil) ayarlama hatalarını önler ve verimliliği artırır. Bu düzenleme modeli, elektrik makinesindeki voltajı azaltarak düşük frekanslardaki mıknatıslanma akımlarını azaltır.

Konveyörler, ekstrüderler ve diğer ekipmanlar gibi sabit torklu makineler, sabit tork kontrol yöntemini kullanır. Sabit yükte tüm hızlarda tam mıknatıslama akımı gereklidir. Buna göre karakteristik, tüm hız aralığında doğrudan bir eğime sahiptir.

Enkoderli U/F kontrol yöntemi

Hız kontrolünün doğruluğunun arttırılması gerekiyorsa kontrol sistemine bir enkoder eklenir. Bir kodlayıcı kullanarak hız geri bildiriminin sunulması, düzenleme doğruluğunu %0,03'e kadar artırmanıza olanak tanır. Çıkış voltajı yine de ayarlanan V/F düzenine göre belirlenecektir.

Bu kontrol yöntemi, standart V/F fonksiyonlarına kıyasla sunduğu avantajlar minimum düzeyde olduğundan yaygın olarak kullanılmamaktadır. Başlangıç ​​torku, tepki hızı ve hız kontrol aralığının tamamı standart V/F ile aynıdır. Ayrıca çalışma frekanslarının artmasıyla birlikte, sınırlı sayıda devire sahip olduğundan enkoderin çalışmasında sorunlar ortaya çıkabilir.

Açık Döngü Vektör Kontrolü

Açık Döngü Vektör Kontrolü (VU), bir elektrikli makinenin daha geniş ve daha dinamik hız kontrolü için kullanılır. Bir frekans dönüştürücüden başlatıldığında motorlar yalnızca 0,3 Hz frekansta nominal torkun %200'ü kadar bir başlatma torku geliştirebilir. Bu, vektör kontrollü asenkron bir elektrikli sürücünün kullanılabileceği mekanizmaların listesini büyük ölçüde genişletir. Bu yöntem aynı zamanda makinenin torkunu dört çeyrekte de kontrol etmenize olanak tanır.

Tork motor tarafından sınırlanır. Bu, ekipmana, makinelere veya ürünlere zarar gelmesini önlemek için gereklidir. Momentlerin değeri, elektrik makinesinin dönüş yönüne (ileri veya geri) ve elektrik motorunun çalışıp çalışmadığına bağlı olarak dört farklı çeyreğe bölünür. Sınırlar her çeyrek için ayrı ayrı ayarlanabilir veya kullanıcı toplam torku frekans dönüştürücüde ayarlayabilir.

Asenkron makinenin motor modu, rotorun manyetik alanının statorun manyetik alanının gerisinde kalması sağlanacaktır. Rotor manyetik alanı stator manyetik alanını aşmaya başlarsa makine enerji geri dönüşü ile rejeneratif frenleme moduna girecek, yani asenkron motor jeneratör moduna geçecektir.

Örneğin, bir şişe kapatma makinesi, şişe kapağının aşırı sıkılmasını önlemek için 1. çeyrekte (pozitif torkla ileri) bir tork limiti kullanabilir. Mekanizma ileri doğru hareket eder ve pozitif tork kullanarak kapağı şişeye vidalar. Öte yandan, karşı ağırlığı boş bir arabadan daha ağır olan bir asansör gibi bir cihaz, 2. çeyreği (geriye dönüş ve pozitif tork) kullanacaktır. Araba en üst kata çıkarsa tork hızın tersi olacaktır. Bu, kabinden daha ağır olduğundan kaldırma hızını sınırlamak ve karşı ağırlığın serbest düşmesini önlemek için gereklidir.

Bu frekans dönüştürücülerdeki akım geri beslemesi, akım arttıkça tork da artacağından motorun torku ve akımı üzerinde sınırlar ayarlamanıza olanak tanır. İnverterin çıkış voltajı, mekanizmanın daha fazla tork gerektirmesi durumunda artabilir veya limite ulaşılması durumunda düşebilir. Bu, asenkron bir makinenin vektör kontrol prensibini U/F prensibinden daha esnek ve dinamik hale getirir.

Ayrıca açık döngü vektör kontrolüne sahip frekans dönüştürücüler daha hızlı bir hız tepkisine sahiptir - 10 Hz, bu da şok yüklü mekanizmalarda kullanılmasını mümkün kılar. Örneğin kaya kırıcılarda yük sürekli olarak değişir ve işlenen kayanın hacmine ve boyutlarına bağlıdır.

V/F kontrol modelinin aksine vektör kontrolü, motorun maksimum etkili çalışma voltajını belirlemek için bir vektör algoritması kullanır.

VU vektör kontrolü, motor akımına ilişkin geri bildirimin varlığı nedeniyle bu sorunu çözer. Kural olarak akım geri bildirimi, frekans dönüştürücünün dahili akım transformatörleri tarafından üretilir. Frekans dönüştürücü, elde edilen akım değerine göre elektrik makinesinin torkunu ve akısını hesaplar. Temel motor akım vektörü matematiksel olarak mıknatıslama akım vektörüne (I d) ve tork vektörüne (I q) bölünmüştür.

İnvertör, elektrik makinesinin verilerini ve parametrelerini kullanarak mıknatıslama akımının (I d) ve torkun (I q) vektörlerini hesaplar. Maksimum performans elde etmek için frekans dönüştürücünün I d ve I q'yu 90 0 ile ayrılmış tutması gerekir. Bu önemlidir çünkü sin 90 0 = 1 ve 1 değeri maksimum tork değerini temsil eder.

Genel olarak bir asenkron motorun vektör kontrolü daha sıkı kontrol sağlar. Hız kontrolü maksimum frekansın yaklaşık ±%0,2'sidir ve kontrol aralığı 1:200'e ulaşır, bu da düşük hızlarda çalışırken torku korumanıza olanak tanır.

Vektör geri besleme kontrolü

Kapalı döngü vektör kontrolü, geri beslemesiz VU ile aynı kontrol algoritmasını kullanır. Temel fark, değişken frekanslı sürücünün 0 rpm'de %200 başlangıç ​​torku geliştirmesine olanak tanıyan bir kodlayıcının varlığıdır. Bu öğe, yükün batmasını önlemek amacıyla asansörleri, vinçleri ve diğer kaldırma makinelerini çalıştırırken bir başlangıç ​​anı oluşturmak için gereklidir.

Hız geri besleme sensörünün varlığı, sistemin tepki süresini 50 Hz'den fazla artırmanıza ve hız kontrol aralığını 1:1500'e kadar genişletmenize olanak tanır. Ayrıca geri bildirimin varlığı, elektrikli makinenin hızını değil anı kontrol etmenizi sağlar. Bazı mekanizmalarda anın değeri büyük önem taşıyor. Örneğin sarma makinesi, engelleme mekanizmaları ve diğerleri. Bu tür cihazlarda makinenin momentinin ayarlanması gerekmektedir.

Bilinen en iyi enerji tasarrufu yöntemi AC motorun hızını azaltmaktır. Güç, şaft hızının küpüyle orantılı olduğundan, hızdaki küçük bir azalma önemli miktarda enerji tasarrufuyla sonuçlanabilir. Bunun üretimle ne kadar alakalı olduğunu herkes anlıyor. Peki bu nasıl başarılabilir? Bu ve diğer soruları cevaplayacağız ama önce asenkron motorların kontrol türlerinden bahsedelim.

AC elektrikli sürücü, çoğu teknolojik işlemin temelini oluşturan elektromekanik bir sistemdir. Bunda önemli bir rol, asenkron bir motor (IM) olan "düetin ana kemanının çalınması" başlığından sorumlu olan frekans dönüştürücüye (FC) aittir.

Biraz temel fizik

Okul masasından, voltajın iki nokta arasındaki potansiyel fark olduğu ve frekansın, akımın sadece bir saniyede geçmeyi başardığı dönem sayısına eşit bir değer olduğu konusunda net bir fikrimiz var.

Teknolojik sürecin bir parçası olarak genellikle ağın işletim parametrelerini değiştirmek gerekir. Bu amaçla frekans dönüştürücüler vardır: skaler ve vektör. Neden böyle adlandırılıyorlar? Başlangıç ​​olarak, her türün özel özellikleri isimlerinden anlaşılmaktadır. Temel fiziğin temellerini hatırlayalım ve basitlik adına frekans dönüştürücüyü daha kısa olarak adlandırmamıza izin verelim. "Vektornik"in belli bir yönü vardır ve vektör kurallarına uyar. "Skaler" bunların hiçbirine sahip değildir, dolayısıyla onu kontrol etme yönteminin algoritması elbette çok basittir. İsimlere karar verilmiş gibi görünüyor. Şimdi matematiksel formüllerdeki çeşitli fiziksel büyüklüklerin birbirine nasıl bağlı olduğu hakkında.

Hız azaldıkça torkun arttığını veya bunun tersinin de geçerli olduğunu hatırlıyor musunuz? Bu, rotorun dönüşü ne kadar büyük olursa, statordan o kadar fazla akış geçeceği ve sonuç olarak daha fazla voltajın indükleneceği anlamına gelir.

Aynı şey, ele aldığımız sistemlerde çalışma prensibinde de yatmaktadır, sadece “skaler” stator manyetik alanı kontrol edilir ve “vektör” de stator ve rotorun manyetik alanlarının etkileşimi rol oynar. ikinci durumda teknoloji, tahrik sisteminin teknik parametrelerinin iyileştirilmesine olanak tanır.

Dönüştürücüler arasındaki teknik farklar

Pek çok farklılık var, bilimsel kelimeler ağı olmadan en temel olanları vurgulayacağız. Skaler (sensörsüz) bir frekans dönüştürücü için U/F bağımlılığı doğrusaldır ve hız kontrol aralığı oldukça küçüktür. Bu arada, düşük frekanslarda torku korumak için yeterli voltaj yoktur ve bazen voltaj-frekans karakteristiğini (VCH) çalışma koşullarına göre ayarlamanız gerekir, aynı şey 50 Hz'nin üzerindeki maksimum frekansta da olur.

Mil geniş bir hız ve düşük frekans aralığında döndüğünde ve otomatik tork kontrolü gerekliliklerini yerine getirdiğinde, geri beslemeli vektör kontrolü yöntemi kullanılır. Bu başka bir farkı gösterir: "skaler" genellikle böyle bir geri bildirime sahip değildir.

Ne tür bir acil durum seçilmeli? Bir veya başka bir cihazın uygulanmasında, esas olarak elektrikli tahrik kapsamına göre yönlendirilir. Ancak özel durumlarda frekans dönüştürücü tipinin seçimi değişken olmaz. Birincisi: Fiyatta açık ve gözle görülür bir fark var (skaler olanlar çok daha ucuz, pahalı bilgi işlem çekirdeklerine gerek yok). Bu nedenle, üretim maliyetindeki azalma bazen seçim kararından daha ağır basmaktadır. İkinci olarak, birkaç elektrik motorunun tek bir motordan (VFD) eşzamanlı olarak kontrol edildiği konveyör hatlarında olduğu gibi yalnızca bunların kullanımının mümkün olduğu uygulamalar vardır.

skaler yöntem

Skaler hız kontrolüne (yani VChH) sahip asenkron bir elektrikli sürücü, günümüzde en yaygın olanı olmaya devam ediyor. Yöntem, motor hızının çıkış frekansının bir fonksiyonu olduğu gerçeğine dayanmaktadır.

Değişken yükün olmadığı ve iyi dinamiğe de ihtiyaç duyulmayan durumlar için skaler motor kontrolü en iyi seçimdir. "Skaler"in çalışması için hiçbir sensöre gerek yoktur. Ele alınan yöntemi kullanırken, vektör kontrolünde olduğu gibi pahalı bir dijital işlemciye gerek yoktur.

Bu yöntem genellikle otomatik kontrol, fan, kompresör ve diğer üniteler için kullanılır.Burada ya bir sensör kullanılarak motor milinin dönme hızının ya da belirtilen başka bir göstergenin (örneğin, sıvının sıcaklığının kontrol edilmesi) gereklidir. uygun izleme cihazı) muhafaza edilmelidir.

Skaler kontrol ile besleme voltajındaki frekans-genlik değişimi U / fn = sabit formülü ile belirlenir. Bu, motorda sabit bir manyetik akı sağlar. Yöntem oldukça basit, uygulaması kolay, ancak bazı önemli dezavantajları da yok değil:

• tork ve hızı aynı anda kontrol etmek mümkün değildir, bu nedenle teknolojik açıdan en önemli değer seçilir;
• dar hız kontrol aralığı ve düşük hızlarda düşük tork;
• Dinamik olarak değişen yükte düşük performans.

Vektör yöntemi nedir?

vektör yöntemi

İyileştirme sürecinde ortaya çıktı ve maksimum hızın, geniş bir hız aralığında düzenlemenin ve şaft üzerindeki torkun kontrol edilebilirliğinin gerçekleştirilmesi gerektiğinde kullanılır.

En son elektrikli tahrik modellerinde, motorun momentini ve şaftın dönme hızını hesaplayabilen bu tip kontrol sistemine (CS) motorun matematiksel bir modeli tanıtılmıştır. Bu durumda yalnızca stator fazlarının akım sensörlerinin kurulumu gereklidir.

Bugün yeterli sayıda avantajları var:

• yüksek doğruluk;
• sarsıntısız, kan basıncının düzgün dönüşü;
• geniş düzenleme aralığı;
• yük değişikliklerine hızlı yanıt;
• Isıtma ve mıknatıslanma kayıplarının azaltıldığı motor çalışma modunun sağlanması ve bu, verimde imrenilen bir artışa yol açar!

Avantajları elbette açıktır, ancak vektör kontrol yönteminin hesaplama karmaşıklığı ve IM'nin teknik göstergelerini bilme ihtiyacı gibi dezavantajları da vardır. Ek olarak, sabit bir yükte "skaler" olandan daha büyük hız salınım genlikleri gözlemlenir. Bir frekans dönüştürücünün ("vektör") imalatındaki ana görev, düşük dönüş hızında yüksek tork sağlamaktır.

Darbe genişliği modülasyon ünitesine (API PWM) sahip bir vektör kontrol sisteminin şeması şuna benzer:

Gösterilen şemada kontrol edilen nesne, şaft üzerindeki bir sensöre (DS) bağlı asenkron bir motordur. Gösterilen bloklar aslında denetleyicide uygulanan CS zincirindeki bağlantılardır. BZP bloğu değişkenlerin değerlerini ayarlar. Lojik bloklar (BRP) ve (BVP) değişken denklemleri düzenler ve hesaplar. Kontrolörün kendisi ve sistemin diğer mekanik parçaları elektrik kabininde bulunur.

Frekans mikrokontrolörlü model

Frekans akım/gerilim dönüştürücü, ana değerlerin yanı sıra ekipmanın diğer çalışma göstergelerinin düzgün şekilde düzenlenmesi için tasarlanmıştır. Dahili mikro denetleyicide programlanan matematiksel modelleri kullanarak aynı anda "skaler" ve "vektör" olarak işlev görür. İkincisi özel bir kalkanın içine monte edilmiştir ve otomasyon sisteminin bilgi ağının düğümlerinden biridir.

Blok denetleyici / frekans dönüştürücü en son teknolojidir, devrede bir boğucu kullanırlar ve giriş gürültüsünün yoğunluğunu azaltırlar. Yurt dışında bu konuya özel önem verildiğini belirtmek gerekir.Yurt içi uygulamada, EMC filtrelerinin kullanımı, mantıklı bir düzenleyici çerçeve bile olmadığı için hala zayıf bir halka olarak kalmaktadır. Filtreleri, ihtiyaç duyulmayan yerlerde ve gerçekten ihtiyaç duyulan yerlerde, bazı nedenlerden dolayı unutulduklarında daha sık kullanırız.

Çözüm

Gerçek şu ki, ağdan normal çalışma sırasındaki elektrik motoru standart parametrelere sahip olma eğilimindedir, bu her zaman kabul edilebilir değildir. Bu gerçek, frekansı gerekli olana düşürmek için çeşitli dişli mekanizmaları getirilerek ortadan kaldırılır. Bugüne kadar iki kontrol sistemi oluşturuldu: sensörsüz ve geri bildirimli sensör sistemi. Temel farkları kontrolün doğruluğundadır. En doğrusu elbette ikincisidir.

Mevcut çerçeve, gelişmiş kontrol kalitesi ve yüksek aşırı yük kapasitesi sağlayan çeşitli modern IM kontrol sistemleri kullanılarak genişletilmektedir. Uygun maliyetli üretim, uzun ekipman ömrü ve ekonomik enerji tüketimi için bu faktörler büyük önem taşımaktadır.

Vektör kontrolü (VU), kontrol edilen koordinatın yalnızca büyüklüğünün (modülünün) değil, aynı zamanda seçilen koordinat eksenlerine göre uzaysal konumunun (vektörünün) de kontrol edilmesi gerçeğine dayanmaktadır.

Pirinç. 8.28 AIT (a)'ya dayalı ED frekans şeması ve stator akımının rotordaki akımın frekansına bağımlılığı (b)

VU'yu uygulamak için gerilim, akım ve akı bağlantısının anlık değerleri izlenir. Matematiksel dönüşümler aracılığıyla, çok sayıda doğrusal olmayan çapraz bağlantıyla karakterize edilen asenkron bir IM motoru, iki kontrol kanalına (tork ve akı) sahip doğrusal bir modelle temsil edilebilir. Bu tür bir kontrol kolaylığı, MP teknolojisinin mevcut gelişme seviyesi göz önüne alındığında, EP koordinatlarının çoklu dönüşümlerini gerektirir ve bu bir engel değildir.

WU'nun özünü anlamak için, m-fazlı stator sargısına ve i-simetrik bir makinenin getirilebileceği iki fazlı iki kutuplu genelleştirilmiş bir makinenin şematik diyagramını (Şekil 8.29) kullanacağız. faz rotor sargısı.

Pirinç. 8.29. İki kutuplu, iki fazlı genelleştirilmiş bir makinenin şematik diyagramı: 1 - stator; 2 - rotor

Koordinat sisteminin uzayda keyfi gerçek ve sanal eksenlerle döndüğünü varsayalım, denklemler aşağıdaki forma sahip olacaktır:

, (8.27)

burada u S , Ш,i S , i 2 ,ψ S , ψ 2 \j7-s>V2 sırasıyla stator 1 ve rotor 2'nin gerilim, akım ve akı bağlantılarının vektörleridir; j, hayali eksenin gösterimidir; Z n - kutup çiftlerinin sayısıdır; L m - stator ve rotor sargıları arasındaki karşılıklı endüktans; / 2 - karmaşık eşlenik vektör i-i; 1t karmaşık değişkenin sanal kısmıdır; ωu k rotorun açısal hızıdır. Akı bağlantıları eşittir

, (8.29)

burada L s (L sa + L m) ve L 2 (L 2<, +L m) – индуктивности фазных обмоток соответст-венно статора и ротора.

Pirinç. 8.30 AIT (a)'ya dayalı ED frekans şeması ve stator akımının rotordaki akımın frekansına bağımlılığı (b)

Denklemler (8.27), genelleştirilmiş vektörlerin u, v koordinat eksenleri üzerindeki izdüşümleri kullanılarak yazılabilir; skaler formda:

Kullanılan IM durum değişkenlerine bağlı olarak moment denklemleri farklı bir forma sahip olabilir. Yukarıdaki denkleme (8.28) ek olarak elektromanyetik moment için aşağıdaki ifadeler kullanılır:

UV(8.27) koordinat sistemi için genelleştirilmiş makine denklemleri herhangi bir koordinat sisteminde yazılabilir. Koordinat eksenlerinin seçimi makinenin tipine (senkron, asenkron) ve çalışmanın hedeflerine bağlıdır. Aşağıdaki koordinat sistemleri kullanılmıştır: sabit koordinat sistemi ap (©k = 0); senkron koordinat sistemi AU (coc = coo) ve rotorla birlikte dönen koordinat sistemi dq (co k = co). Değişken kan basıncı vektörlerinin karşılıklı düzeni şekil 2'de gösterilmektedir. 8.30.

Genelleştirilmiş makinenin (8.27), (8.28) denklemlerinden gerçek üç fazlı AD denklemlerine geçiş, koordinat dönüşüm denklemleri kullanılarak gerçekleştirilir.9 M, anın açısıdır, q> açıdır akım ve gerilim vektörleri arasında). O, \u003d m + f cinsinden - stres vektörünün açısı (XY); 6« \u003d 9 „ + 8 V - mevcut vektörün açısı. Koordinat dönüşümlerine ilişkin formüller, her iki makinenin gücünün sabit olması koşuluyla elde edilir. Herhangi bir eksende yazılan herhangi bir değişken için elde edilebilirler.

Gerçek bir makinenin genelleştirilmiş bir makineye dönüşümlerine doğrudan, genelleştirilmiş bir makinenin gerçek bir makineye dönüşümlerine ise ters denir. Örneğin, statorun faz gerilimlerinin u sa , Shch, u sc denklemlerine ve vektör diyagramının ap eksenlerindeki t ve $'a doğrudan dönüştürülmesine yönelik formüller şu şekildedir:

Vektör kontrolünü dikkate almak için, uzayda alan hızıyla dönen XY koordinat sistemi seçilir; o) k = coo, rotor akı vektörünün hızı ikincisi olarak alınır. \j/2- Gerilim, akım ve akı bağlantı vektörlerinin dönme hızları yalnızca kararlı durum koşullarında aynı, geçici rejimlerde ise farklıdır. Vektör kontrolünün prensibi şudur:

Pirinç. 8.30. Değişken ADVector diyagramının vektörlerinin karşılıklı düzeni: % \u003d 8 2 + r'de - akış açısı.

Ters formüller

Usb \u003d (~ ABD + A / ZU45) / 2, U sc \u003d (-M u -l / ZUf) / 2 . (8.33)

bir değişkenin vektörü (akım, gerilim vb.) uzaya belirli bir şekilde yerleştirilir. Akı bağlantı vektörünü vj7 2, alan hızıyla dönen senkron koordinat sisteminin gerçek X ekseni boyunca yerleştirmek en verimli yöntemdir. Bu durumda, sincap kafesli rotorlu IM denklemleri şu şekildedir:

0= -ω 2 + R 2 K 2 ben sy,

M e \u003d 3/2 Z II K 2 ψ 2 i sy. (8.34)

burada K 2 \u003d L s - Kg L m; Kg \u003d b t / bg, cog \u003d coo - ortak kayma frekansı veya rotor akım frekansı Denklemler (8.34) analiz edilirken, bunların DCT denklemleriyle bazı benzerlikleri fark edilebilir: (8.34)'teki moment akı bağlantısıyla orantılıdır rotorun ve stator akım vektörünün bileşeni i sy ve akı bağlantısı i sx /i bileşeniyle orantılıdır. Bu, DCT gibi akışı ve torku ayrı ayrı kontrol etmeyi mümkün kılar; WU ilkesi, sinüzoidal değişkenleriyle AD'yi DPT'ye yaklaştırır. VU, DC EP'lerde yaygın olarak kullanılan ikincil düzenlemenin sentez yöntemlerinde kullanılmasını mümkün kılar. Aradaki fark (VU lehine değil), akışın, torkun ve hızın bağımsız kontrolünün gerçek motor değişkenleri tarafından değil, farklı bir koordinat sistemine dönüştürülmesidir.

2. 810 dk -1 hızında:

IM vektör kontrolünün fonksiyonel diyagramı Şek. 8.31: h - görev; U - yönetim; İşletim Sistemi - hızlı geri bildirim; s - hız; / ben - mevcut; х, y – değişkenlerin senkron koordinat sistemine ait olması; αa, β p– değişkenlerin sabit bir koordinat sistemine ait olması; f - akı bağlantısı; a, bb, c faz indeksleridir.

Pirinç. 8.31.IM vektör kontrolünün fonksiyonel diyagramı

Şema, ikincil düzenleme ilkesine dayanmaktadır ve üç devre içerir:

1) hız (harici); hız sensörü BR ve hız kontrol cihazı (tork) AR'yi içerir;

2) bir akı regülatörü Av|/Uψ ve u çıkış değerine sahip bir OS kanalı ile akı bağlantısı (manyetik akı);

3) AA2 ve AA1 regülatörleri ile stator akım vektörünün aktif ^ ve reaktif 4. bileşeni.

Stator akımı için OS sinyali, motorun faz akımlarını örneğin A ve B olmak üzere iki fazda ölçen ve u ia ve s, * sinyallerini üreten akım sensörü UA tarafından gerçekleştirilir. Bu sinyalleri sabit bir koordinat sistemine dönüştürmek için, doğrudan koordinat dönüşümleri cosph = U f / U f formüllerine (8.32) uygun olarak çalışan, A2 dönüştürücüde aşağıdaki formüllere göre sabit koordinatlar a p αβ'nın XY koordinatlarına oranıdır:

u iβ =1/√3 (u iα +u ib).

Akı bağlantısı, çeşitli cihazlar kullanılarak ölçülebilir; örneğin, güç sarımı ile aynı oyuklara yerleştirilen bir ölçüm sarımı. En yaygın olanı motorun hava boşluğuna yerleştirilen Hall sensörleridir. Sensör sinyalleri Uy, fonksiyonel dönüştürücü U2'de formüllere (8.32) göre sabit bir koordinat sisteminin sinyallerine ve fa ve Yfr'sine dönüştürülür. Elde edilen değerlerin, motor alanının hızıyla uzayda dönen XY koordinat sistemine dönüştürülmesi gerekir.

Bu amaçla, fan D'ye bir rotor akı bağlantı modülü tahsis edilmiştir.

karşılık gelen sinyal ve f formunda

Gerilim sinyalleri ve fa, « fr, Uix , u iy karşılık gelen fiziksel büyüklüklerle orantılıdır.

Akı bağlantısı kontrolörünün UψAy girişine, akı bağlantısı m sf ve OS m f'nin ayarlanmasına yönelik sinyallerin farkı uygulanır, yani. “u.F = “z.f - m F ve Ay çıkışında, stator akımını X ekseni boyunca ayarlamak için bir sinyal üretilir, yani. u 3 ix. Akım regülatörü AA1'den geçen u 3 ix - Uix sinyal farkı, döner sinyal ve * s'ye.Y ekseni boyunca kontrol kanalında benzer dönüşümler meydana gelir, ancak hız (tork) kontrol cihazı AR'nin buraya monte edilmesi dışında, çıkış sinyali akı bağlantı modülünün Uψm f sinyaline bölünür. mevcut komut sinyalini ve Y ekseni boyunca elde edin. Γ ekseni boyunca stator akım bileşeninin regülatörü AA2'nin çıkışında, u, * sinyaliyle birlikte besleyen bir u!y sinyali üretilir. ilk iki denklem (8.34) uyarınca çalışan A1 Blokunun girişleri A1 bloğunun çıkışında, akımların bileşenlerinin kontrol döngülerinin karşılıklı etkisinin olmadığı dönüştürülmüş u x ve u sinyallerini elde ederiz. XylY eksenleri boyunca XY döner koordinat sisteminde kaydedilen kontrol sinyalleri ve x ve y, koordinat dönüştürücü A3'te denklemlere göre sabit koordinat sistemi aB αβ'da FC kontrol sinyallerine dönüştürülür.

U ix = u iα cosφ + u iβ sinφ,;

U yα \u003d u x cosφ - u y sinφ,

U yβ = u x cosφ - u y sinφ. (8.36)

İnverterin güç anahtarlarını üç fazlı bir koordinat sisteminde kontrol etmek için, ters dönüşüm formüllerine uygun olarak frekans dönüştürücü yardımıyla uu a U Ua, U U b uy, U U c mu s sinyallerinin elde edilmesi gerekir ( 8.33):

CEP'nin vektör kontrol sistemindeki koordinat dönüşümleri nedeniyle iki kontrol kanalı ayırt edilir: akı bağlantısı (manyetik akı) ve dönüş hızı (tork). Bu anlamda vektör kontrol sistemi iki bölgeli hız kontrolüne sahip bir DC motora benzemektedir.

EP koordinatlarının yukarıdaki formüllere göre çoklu dönüşümü için, gerçek zamanlı olarak çalışan DSP sınıfının özel mikro denetleyicileri kullanılır. Bu, asenkron sincap kafesli bir motor kullanarak yüksek hızda derinlemesine ayarlanabilen EA elde etmeyi mümkün kılar.

Vektör kontrolü için birçok yapısal çözüm vardır. VU IM'nin işlevsel şeması Şek. 8.31, mevcut bağlantının (manyetik akı) doğrudan ölçüldüğü doğrudan WU sınıfını ifade eder. Dolaylı WU ile IM rotorunun konumu ve elektriksel parametreler (akım, voltaj) ölçülür. Bu tür sistemler iki nedenden dolayı yaygınlaştı:

1) akış ölçümü zahmetlidir;

2) konum sensörü birçok endüstriyel elektronik cihazda gereklidir (örneğin, CNC makinelerinin ve otomatik manipülatörlerin konum elektronik cihazı).

Rotorun konumunu ölçmeye gerek yoksa, daha karmaşık hesaplama prosedürleri gerektiren "sensörsüz" VU kullanılır (rotor konum sensörü yoktur).

Pirinç. 8.32.Tüm EA'nın bağlantı şeması.

VU'lu EA, geniş bir hız kontrolü aralığı (10.000'e kadar) sağlar ve birçok durumda geniş aralıklı EA'nın yerine kolektör DC motorları koyar.

EP'nin tamamının şeması Şek. Birçok işletme tarafından üretilen 8.32 şunları içerir: güç terminalleri: R, S, T (LI, L2, L3) - güç terminalleri; U, V, W (Tl, T2, TK) - frekans dönüştürücü çıkışı; PD, R - ara DC bağlantısındaki bobinin bağlantısı; Р, RB– harici frenleme direnci; P, N - harici frenleme modülü; G–- koruyucu toprak.

Kontrol terminalleri: L – analog girişler ve çıkışlar için “ortak” terminal; H - frekans ayar potansiyometresinin güç kaynağı; О - çıkış frekansını voltaja göre ayarlamak için terminal; 01, 02 - çıkış frekansını sırasıyla akım ve voltaja göre ayarlamak için ek terminal; AM - darbe çıkışı (gerilim); AMI - analog çıkış (akım); P24 - güç terminali; CM1, PS, 12S, AL0 - terminal "ortak"; PLC - harici güç kaynağı için ortak terminal; FW– ileri dönüş; 1, 2, 3, 4, 5 – programlanabilir ayrık girişler; PA – programlanabilir çıkış terminali 11; 12А – programlanabilir çıkış terminali 12; AL1, AL2 - alarm rölesi; TN - termistör girişi.

Kontrol terminalleri: L - analog girişler ve çıkışlar için "ortak" terminal; H - frekans ayar potansiyometresinin güç kaynağı; O - çıkış frekansını voltaja göre ayarlamak için terminal; 01, 02 - çıkış frekansını sırasıyla akım ve gerilime göre ayarlamak için ek terminal; AM - darbe çıkışı (gerilim); AMI - analog çıkış (akım); P24 - güç terminali; CM1, PS, 12S, AL0 - "ortak" terminal; PLC - harici güç kaynağı için ortak terminal; FW - doğrudan dönüş; 1, 2, 3, 4, 5 - programlanabilir ayrık girişler; PA - programlanabilir çıkış terminali 11; 12A - programlanabilir çıkış terminali 12; AL1, AL2 - alarm rölesi; TN - termistör girişi.

Kontrol soruları

1. Üçten farklı faz sayısına sahip simetrik güç kaynağına sahip dönen bir manyetik alanı örneğin m = 2, m = 6 ile gösterin.

2. Sürekli çalışma sırasında stator devresindeki voltajla hız düzenlemesinin olumsuz sonuçları nelerdir?

3. Hangi mekanizmalar için voltajı değiştirerek hızı kontrol etmek tercih edilir?

4. Hangi nedenle IM hızının frekans düzenlemesi en ekonomik olanıdır?

5. Frekans düzenlenirken voltaj da düzenlenmeli mi ve neden?

6. IM frekansını nominal değerin üzerinde düzenlerken sınırlamalar nelerdir?

7. Tansiyon beslemesi için ne tür frekans dönüştürücüler biliyorsunuz? Motordaki voltaj dalga şekillerini verin.

8. Tristörleri değiştirmenin hangi yöntemlerini biliyorsunuz?

9. Statik dönüştürücülerin voltajını düzenlemenin yolları nelerdir?

10. Akım ve gerilim invertörleri arasındaki temel fark nedir?

11. Frekans tahrik sisteminde rejeneratif frenlemenin kullanılması mümkün müdür? AIN-AD sisteminde ve NPC-AD sisteminde bunun için ne gerekiyor?

12. NFC-IM sisteminde IM güç kaynağı frekansını şebeke frekansından daha yüksek elde etmek mümkün müdür?

13. Hangi tam frekanslı EP'yi biliyorsunuz?

14. IM'de çalışırken otonom voltaj invertörünü temel alan bir frekans dönüştürücüdeki DC bağlantısındaki kapasitörün amacı nedir?

15. Bağımsız bir voltaj invertörü tarafından çalıştırıldığında ED frekansı için güç faktörünün değerini IM ile ve şebekeden beslendiğinde IM için (aynı frekans ve yük değerlerinde) karşılaştırın.

16. Vektör kontrolünde hangi koordinat sistemleri kullanılıyor?

17. Vektör kontrolünde değişkenleri bir koordinat sisteminden diğerine dönüştürmek neden gereklidir?

18. IM manyetik akı sensörleri olmadan vektör kontrolü mümkün müdür?

19. Tristör voltaj regülatörü - - asenkron elektrik motorunun (TRN- - AD sistemi) sisteminin bir diyagramını çizin.

20. TRN'nin kontrol açısının değişmesiyle IM'nin mekanik özellikleri nasıl değişecek?

21.TRN-AD sisteminde motor mili üzerindeki direnç momenti ne kadar değişebilir? Mekanik özelliklerin grafiklerinde izin verilen değerlerin yaklaşık bir aralığını çizin.

22. Nabız regülasyonu sırasında rotor kan basıncı devresine ek bir direnç eklenmesinin bir diyagramını çizin.

23. IM'nin hızını düzenlerken ek direncin darbe regülasyonu ile IM'deki enerji kayıpları nasıl değişir?

24. Tristörün anahtarlama görev döngüsünün farklı değerlerinde ek direncin darbe regülasyonu ile HELL'in mekanik özelliklerinin yaklaşık bir görünümünü çizin.

25. Asenkron valf kaskadının (AVK) çalışma prensibini açıklayınız.

26. İnvertörün ilerleme açısı değiştiğinde AVK'nın mekanik özelliklerinin nasıl değişeceğini grafik üzerinde gösterin.

27. Hızdan direnç anında farklı kanunların değişmesi durumunda frekans değiştiğinde IM statorundaki gerilim nasıl değişmelidir?

28. Direnç momentinin hıza bağlı olmaması durumunda hızın frekans kontrolü ile mekanik özelliklerinin yaklaşık bir görünümünü gösterin.

29. Kan basıncı hızının frekans düzenlenmesinde hangi tür TFC'lerin kullanıldığını söyleyiniz. TFC olması durumunda hızı yalnızca küçük değerler bölgesinde kontrol etmek mümkündür.

30. Kan basıncının "vektör kontrolü" ne anlama gelir?

33. Stator sargısı bir "yıldız" ile bağlanan üç fazlı 4 kutuplu HELL, aşağıdaki nominal verilere sahiptir: P 2 \u003d 11,2 kW, n \u003d 1500 dk -1, U \u003d 380 V, f \u003d 50 Hz. Motor parametreleri ayarlandı: r=0,66 Ohm;; r 2 ' \u003d 0,38 Ohm, x \u003d 1,14 Ohm, x "2 \u003d 1,71 Ohm, x m \u003d 33,2 Ohm. Motor, voltaj ve frekans aynı anda değiştirilerek düzenlenir. Gerilimin frekansa oranı sabit tutulur ve oran nominal değerlerine eşittir.

34. Maksimum moment Mmax'ı ve buna karşılık gelen momenti hesaplayın; 50 ve 30 Hz frekanslar için hız w m ah.

35. Stator direncini (r = 0) ihmal ederek 1. adımı tekrarlayın.