На фоне усиливающихся энергетических кризисов и экологических проблем исследования в области эффективных и экологически чистых систем привода двигателей набирают обороты. Среди них Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) выделяется своей высокой эффективностью, пониженным уровнем шума и более низким энергопотреблением, что способствовало его повсеместному использованию в различных секторах.
Однако, чтобы реализовать весь потенциал ПМСМ, потребуются сложные методологии контроля. Среди методологий технология векторного контроля занимает высокое место из-за своей способности обеспечивать точное управление PMSM.
Всестороннее понимание борьбы с переносчиками инфекций не только вооружает нас правильным пониманием ПМСМ характеристики производительности, но также подкрепляет значительную теоретическую поддержку для прагматических приложений. В то же время, он служит ценным критерием, помогающим эволюции в области достижений технологии управления двигателем.
Вектор управления - это современная технология управления двигателем, которая посредством преобразования координат и развязки управления током и напряжением позволяет реализовать высокоточное управление двигателем. Основной целью технологии векторного управления является реализация высокой динамической производительности и высокой статической точности двигателя при одновременном повышении эффективности и крутящего момента двигателя.
Вектор управления опирается на математическую модель двигателя, которая преобразует трехфазную переменную двигателя в квадратурную переменную посредством преобразования координат для реализации управления развязкой тока и крутящего момента. Обычно используемые преобразования координат — это преобразование Кларка и преобразование Парка:
-Преобразование Кларка: преобразует трехфазные переменные в ортогональные переменные для векторного управления в стационарной системе координат.
-Парковая трансформация: Преобразует ортогональные переменные в векторы во вращающейся системе координат; используется в векторном управлении вокруг вращающейся системы координат.
В основном она включает в себя следующие этапы осуществления борьбы с переносчиками:
Положение и скорость двигателя, а также значения тока и напряжения определяются датчиками.
На основе математической модели двигателя и преобразования координат вычислите ортогональную составляющую тока двигателя. Управляйте составляющей переменного тока в соответствии с целью управления, используя контроллер тока, чтобы реализовать точное управление двигателем. Используйте технологию ШИМ для преобразования выходного значения тока контроллера в фактическое значение напряжения и подайте его на двигатель.
Повторяйте описанные выше шаги непрерывно для управления двигателем в режиме реального времени.
Вектор управления может улучшить динамические характеристики и статическую точность двигателя, а также реализовать точное управление двигателем. Между тем, он оптимизирует эффективность и крутящий момент двигателя и упрощает конструкцию системы управления двигателем. Это повышает энергоэффективность двигателя и снижает затраты на управление. Вектор управления обеспечивает общую структуру и способ управления двигателем, поэтому он удобен для управления различными типами двигателей.
Стратегия векторного управления является сутью управления синхронным двигателем с постоянными магнитами и реализует высокоточное управление крутящим моментом и скоростью двигателя за счет точного управления током и напряжением двигателя.
Основная цель векторного управления, также известного как управление с ориентацией по полю (FOC), заключается в обеспечении точного управления PMSM. Это не только подразумевает точное регулирование крутящего момента и скорости, но также охватывает повышение общей производительности и эффективности двигателя. Вектор управления делает это путем разделения тока статора на два ортогональных компонента, один из которых отвечает за управление магнитным потоком, а другой — за управление крутящим моментом. Таким образом, возможно независимое управление крутящим моментом и потоком, как в двигателях постоянного тока.
Это предполагает достижение конкретных целей по борьбе с переносчиками следующими способами:
Управление вектором обеспечивает приложение точного крутящего момента, необходимого двигателю в различных условиях нагрузки, путем точного управления компонентом тока, создающим крутящий момент. Это становится важным в приложениях, требующих точного крутящего момента, таких как робототехника и электромобили.
Управление по вектору позволяет точно выполнять управление скоростью PMSM, вводя опорное значение скорости и поддерживая его даже при изменении условий, например, при изменении нагрузки. Двигатель будет работать с желаемой скоростью, например, конвейерные ленты и станки с ЧПУ требуют постоянной скорости.
Самым важным преимуществом векторного управления является возможность получения быстрого динамического отклика. Это означает, что двигатель может быстро реагировать на изменения нагрузки или команды скорости, улучшая общую отзывчивость системы. Такая возможность очень ценна в высокопроизводительных приложениях: сервоприводах и тяговых системах.
Управление вектором имеет целью поддержание плавной работы двигателя с минимальными пульсациями крутящего момента и механическими вибрациями. Это достигается путем точного выравнивания магнитных полей статора и ротора, что снижает механическую нагрузку на двигатель и продлевает его срок службы. Плавная работа имеет первостепенное значение в таких приложениях, как лифты и прецизионное производственное оборудование.
Оптимизируя существующие компоненты и поддерживая поток на оптимальных уровнях, векторное управление повышает энергоэффективность PMSM. Потребление энергии снижается, а эксплуатационные расходы сокращаются, поэтому оно идеально подходит для приложений, где требуется энергоэффективность.
Существующая стратегия борьбы с переносчиками: Управляя компонентом постоянного тока двигателя, можно точно контролировать крутящий момент двигателя. Упомянутая выше стратегия будет применима в ситуациях, требующих быстрого реагирования и точного управления.
Стратегия векторного управления напряжением: Эта стратегия позволяет, контролируя компонент постоянного напряжения двигателя, точно регулировать скорость двигателя. Подходит для рабочих условий, требующих плавного хода двигателя.
Стратегия управления вектором магнитного поля: Благодаря контролю постоянного тока и напряжения двигателя одновременно, двигатель реализует точное управление крутящим моментом и скоростью. Это применимо к ситуациям, требующим рассмотрения либо крутящего момента, либо управления скоростью.
Дальнейшие оптимизации, повышающие эффективность векторного контроля, включают следующее:
Оптимизация параметров ПИ (пропорционально-интегрального) регулятора: Оптимизируйте параметры ПИ-регулятора таким образом, чтобы улучшить динамические характеристики и повысить статическую точность регулирования тока.
Введем фильтры нижних частот: Добавьте фильтры нижних частот к регуляторам тока и напряжения. Фильтрация нижних частот уменьшит высокочастотные шумовые помехи и улучшит стабильность управления.
Принять передовые алгоритмы управления: Внедрение усовершенствованных алгоритмов управления, таких как нечеткое управление, нейронные сети и т. д., может еще больше повысить производительность векторного управления.
Применение регулирования скорости двигателя
Что касается применения скорости двигателя, технология векторного управления может легко достичь высокой точности в достижении определенных скоростей двигателя. Только обеспечивая отклонение между реальной и целевой скоростью двигателя, метод технологии векторного управления настраивает значения тока и напряжения двигателя, а также изменяет его крутящий момент и скорость. По сравнению с другими традиционными методами управления скоростью технология векторного управления характеризуется более высокой точностью регулирования скорости и более быстрой скоростью регулирования.
Приложения для управления положением двигателя
При применении управления положением двигателя технология векторного управления может достигать высокой точности в управлении положением двигателя. Задавая отклонение целевого положения от фактического положения, технология векторного управления может регулировать ток и напряжение двигателя, тем самым изменяя крутящий момент и положение двигателя. Этот метод управления положением может применяться в случаях, когда требуется точное позиционирование и управление, например, станки с ЧПУ.
Приложения для управления крутящим моментом двигателя
Технология векторного управления может достигать высокой точности в управлении крутящим моментом двигателя во время управления крутящим моментом двигателя. Технология векторного управления может изменять ток и напряжение, подаваемые на двигатель, устанавливая отклонение между установленным и фактическим крутящим моментом, тем самым изменяя выходной крутящий момент двигателя. Такая форма управления крутящим моментом может затем применяться в тех приложениях, где требуется такое высокое управление крутящим моментом, как в ветроэнергетике.
Приложения для оптимизации эффективности двигателя
В применении оптимизации эффективности двигателя технология векторного управления может снизить потери двигателя и повысить эффективность двигателя за счет оптимизации распределения тока и напряжения двигателя. Кроме того, технология векторного управления может также контролировать рабочее состояние двигателя в режиме реального времени, регулировать параметры управления двигателем и реализовывать адаптивное управление и оптимизацию эффективности двигателя.
В этой связи технология векторного управления применяется в диагностике и защите от неисправностей двигателя; она может выносить суждения о состоянии работы и неисправном состоянии двигателя, контролируя параметры тока, напряжения и крутящего момента в режиме реального времени. Когда дело доходит до отказа двигателя, технология векторного управления вовремя отключит питание или предпримет другие виды защитных действий, чтобы спасти двигатель от повреждения. Кроме того, посредством анализа и обработки данных о неисправностях она может предоставить ценную справочную информацию для ремонта и обслуживания двигателя.
Технология векторного управления является одной из основных технологий для высокопроизводительных и высокоточных синхронных двигателей с постоянными магнитами, обеспечивая динамические характеристики, статическую точность и эффективное использование энергии двигателем. Одним словом, с дальнейшим совершенствованием технологии силовой электроники и развитием теории управления, технология векторного управления, применяемая в PMSM, найдет более обширное и глубокое применение, открывая больше возможностей в области улучшения производительности и расширения приложений.
ЭННЭНГ — высокотехнологичная компания, занимающаяся исследованиями и разработками синхронных двигателей с постоянными магнитами. Эти двигатели используются для работы при высоком и низком напряжении, низкой скорости и высоком крутящем моменте. Они широко применяются в отраслях, связанных с золотыми приисками, угольными шахтами, шинными заводами, нефтяными скважинами и водоочистными сооружениями. Синхронные двигатели с постоянными магнитами ENNENG обладают рядом преимуществ, таких как энергосбережение, экологичность и низкие эксплуатационные расходы. Благодаря передовой конструкции и высокой надежности производительность двигателей делает их очень применимыми в областях, где используются низкая скорость и высокий крутящий момент.