Строка новостей

Аннотации к разделам семинара «Разработка систем управления двигателями переменного тока»

Аннотации к разделам:
Синхронные и асинхронные двигатели, их моделирование. U/f управление
Работа от сети. Цель — пояснить фундаментальные отличия двигателей переменного тока непосредственно работающих от сети, и двигателей, управляемых от инверторов. Обсуждаются характеристики машин переменного тока припитании от сети переменного тока (AC) с постоянным напряжением и постоянной частотой. Поясняются характеристики машин при использовании схем Клосса и Хейланда.
Двигатели переменного тока, питаемые от инверторов (U/f control). Поясняется как использовать взаимозависимости, представленные в предыдущем разделе. Инвертор обеспечивает заданное отношение значений напряжения питания к частоте переменного тока в соответствие с условием U/f =const. Главная особенность метода управления по закону U/f=const заключается в том, что в каждой рабочей точке от сети забирается только та энергия, которая действительно необходима для работы AC-привода. В этом случае КПД привода получается значительно выше, чем при непосредственном питании от сети.
Некоторые специальные вопросы: Показаны некоторые следствия, обусловленные применением управления по закону U/f=const:
– это разомкнутая схема управления (без обратной связи);
— проблемы управления двигателем вблизи нулевой частоты;
— малый пусковой момент;
— зависимость скорости вращения от момента нагрузки.
Векторное управление.
Основная идея векторного управления двигателем ( как с ориентацией по полю, так и прямого управления моментом) заключается в создании условия работы двигателя непосредственно по закону силы Лоренца. Напряжение и частота для этого типа управления являются опосредованными координатами , поскольку крутящий момент создается в результате взаимодействия тока с магнитным полем. При создании указанных условий двигатель переменного тока ведет себя подобно двигателю постоянного тока. Разделяют два вида управления: Field Oriented Control и Direct Torque Control.
Управление с ориентацией по полю (Field Oriented Control (FOC)) осуществляет управление вектором магнитного поля с помощью тока в направлении координаты d и квадратурной составляющей поля в ортогональном направлении q. Для реализации FOC-управления необходимо использовать данные о угловом положении ротора, которое может быть получено с помощью датчика положения или с помощью т.н. наблюдателя состояния при бессенсорном управлении.
Прямое управление моментом( Direct Torque Control (DTC)) основано на управлении магнитным полем в соответствие с напряжением (по закону Фарадея) и моментом через ток ( по закону Лоренца). DTC использует датчики положения/скорости только в моменты контроля положения или скорости.
Прогнозирование и моделирование поведения: привод переменного тока под FOC -управлением (или DTC-управлением), ведет себя подобно приводу постоянного тока при управлении по скорости или положению.
Преимущества FOC- и DTC-управления по сравнению с управлением по закону U/f=constant. основное преимущество вытекает из того факта, что в отличии от разомкнутого принципа управления системы U/f control , FOC и DTC являются системами с обратной связью.

Наблюдатели состояния (Observers)
.
Наблюдатели состояния применяются для организации контуров управления, которые нельзя получить используя непосредственное измерение фазовых координат динамической системы (например, магнитного поток и т.п..) Наблюдатели по сути являются моделью системы, которая получает те же самые входные сигналы, что и реальная система. Сравнивая выходные координаты модели с измеренными координатами реальной системы можно выполнить параметрическую подстройку наблюдателя.. Наблюдатели состояния применяются для организации т.н. бессенсорного управления.
Фазовая автоподстройка частоты – ФАПЧ (PLL). Принцип фазовой автоподстройки частоты (Phase Lock Loop – PLL), используемый в радиоэлектронике в детекторах звукового сигнала, может быть использован в системах бессенсорного управления. Для этого применяют инжекцию высокочастотного сигнала с последующей демодуляцией сигнала о скорости лил положения ротора двигателя. ФАПЧ включает фазовый детектор, контроллер и управляемый частотный генератор. Как правило он оптимизирован в соответствии со стандартными процедурами теории управления
ИНВЕРТОРЫ
Инверторы напряжения, многоуровневые инверторы – их применение в приводе. Обсуждены основные принципы построения двухуровневых инверторов напряжения (VSI) с промежуточным звеном постоянного тока и многоуровневых инверторов напряжения, обладающих существенно меньшим коэффициентом нелинейных искажений выходного напряжения.
Реактивная мощность. Определение емкости конденсатора шины DC. В данной секции семинара раскрываются понятия активной и реактивной мощностей и особенности построения инверторов, связанные с управлением асинхронными двигателями от инверторов.
Матричные инверторы – их применение в электроприводах. Матричные инверторы не имеют шины DC. Они специально выполняются таким образом, чтобы избежать проблем, обычно создаваемых коротким временем срока службы электролитических конденсаторов, – создается отличное условие для интеграции матричных инверторов в AC машину (двигатель).
Инверторы тока – их применение в электроприводах. Традиционно инверторы тока (CSI) используются реже, чем инверторы напряжения (VSI). Однако из этого не следует, что приложения, выполненные на основе VSI, не могут быть также хорошо реализованы с помощью CSI. Применение инверторов тока в электроприводах переменного тока ограничено вследствие индуктивного характера нагрузки, требующие использования емкостных фильтров или коммутационных емкостей на стороне машины. Существует оптимистический прогноз на будущее более широкое применения CSI.
БЕССЕНСОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ПРИВОДАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
В этом разделе семинара показывается, что бессенсорное управление (Encorderless Control) в AC приводе не вносит дополнительных ограничений по частоте или скорости. Практическая ценность использования бессенсорного управления заключается в относительной простоте применяемых аппаратных средств и робастности к вариациям параметров контура управления.

Проверьте также

Tian B., An Q. T., Duan J. D., Semenov D., Sun D. Y., Sun L. / Cancellation of Torque Ripples With FOC Strategy Under Two-Phase Failures of the Five-Phase PM Motor. — С. 5459 — 5472. — англ. // IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, Том 32, N 7

Подавление пульсаций крутящего момента с помощью стратегии управления с ориентацией по полю при обрыве двух …