Was ist das Prinzip der AC-Servomotor-Vektorsteuerung??
1. Vektorsteuerung von AC-Induktionsservomotoren
Die Vektorkontrolle ist ein wesentlicher Aspekt der Wechselstrominduktion Servomotor. Das Konzept der Vektormanipulation wurde erstmals in vorgeschlagen 1971 vom deutschen Gelehrten F. Blachke. In einem Servosystem, DC-Servomotoren können außergewöhnliche dynamische und statische Funktionen erfüllen, da sie durch den magnetischen Fluss des Motors gesteuert werden können (Phi) und Ankerstrom (Ia), die unabhängige Variablen sind. Zusätzlich, das elektromagnetische Drehmoment (Tm = KT Φ Ia) und magnetischer Fluss Φ sind direkt proportional zum Ankerstrom Ia. Infolge, Die Steuerung ist unkompliziert, und die Funktion ist linear.
Um ähnliche Eigenschaften eines Gleichstrommotors wie bei einem Wechselstrommotor zu erreichen, Man muss einen Gleichstrommotor simulieren, Berechnen Sie das entsprechende Magnetfeld und den Ankerstrom des Wechselstrommotors, und separat und unabhängig betreiben. Dies erfordert eine Konvertierung der drei sich überschneidenden Variablen (Vektoren) in äquivalente Gleichstromgrößen umwandeln (Skalare), Erstellung eines äquivalenten Modells eines Wechselstrommotors, und Betreiben gemäß der Steuermethode eines Gleichstrommotors.
Der dreiphasige Asynchron-Wechselstrommotor dreht sich in einem Magnetfeld Φ mit einer Winkelgeschwindigkeit von ω0. Abbildung b zeigt zwei Wicklungssätze mit einem räumlichen Unterschied von 900, welche, wenn es durch einen Wechselstrom mit einer Differenz von ersetzt wird 900 zwischen den beiden Phasen zu jedem Zeitpunkt α und β, ergibt die gleiche Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds ω0 wie in Abbildung a. Die beiden Wicklungssätze in den Abbildungen a und b sind somit äquivalent.
Abbildung c zeigt ein Modell mit zwei zueinander geraden Wicklungen d und q. Bei getrennter Verbindung mit den Gleichströmen id und iq, Sie erzeugen ein Magnetfeld Φ mit fester Ausrichtung. Wenn sich die Wicklung mit einer Winkelgeschwindigkeit von ω0 dreht, Das aufgebaute Magnetfeld ist ebenfalls ein rotierendes Magnetfeld, mit der gleichen Amplitude und Geschwindigkeit wie in Abbildung a.
Umstellung von Drehstrom A, B, und C-Systeme zu Zweiphasensystemen α、β system
Umwandlung von einem dreiphasigen A, B, und C-System zu einem zweiphasigen α、Beim β-System wird ein dreiphasiger Wechselstrommotor in einen gleichwertigen zweiphasigen Wechselstrommotor umgewandelt. Die Statorwicklungen des Drehstrom-Asynchronmotors in Abbildung a sind 120 Grad voneinander im Raum entfernt. Durch Anwendung symmetrischer Wechselströme iA, iB, und iC mit einer Phasendifferenz von 120 Grad in der Zeit, Am Stator entsteht ein synchron rotierender Magnetfeldvektor Φ mit der Winkelgeschwindigkeit ω 0.
Die Wirkung der Drehstromwicklung kann voll ausgenutzt werden, indem man sie durch zwei im Raum gerade zueinander verlaufende Wicklungen α und β ersetzt, und Anlegen symmetrischer Wechselströme iα und iβ mit einer Phasendifferenz von 90 Grad in der Zeit. Die Amplitude und Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds Φ und ω 0 sind die gleichen wie bei der Drehstromwicklung, und die beiden Wicklungssätze in den Abbildungen a und b gelten als gleichwertig.
Durch die Verwendung der mathematischen Transformationsformel von dreiphasig zu zweiphasig, Das äquivalente Wechselstrommagnetfeld der Zweiphasen-Wechselstromwicklung kann berechnet werden. Dann, Das auftretende räumliche rotierende Magnetfeld ist das gleiche wie das rotierende Magnetfeld, das im Dreiphasensystem A auftritt, B, und C-Wicklungen. Durch Ausrichten der Achse der A-Phasenwicklung in der Dreiphasenwicklung mit den α-Koordinatenachsen, Der entsprechende Stromwert iα und iβ kann anhand der proportionalen Beziehung zwischen magnetischem Potenzial und Strom ermittelt werden.
Andere bei der Umrechnung verwendete physikalische Größen, sofern es sich um dreiphasige Gleichgewichtsgrößen und zweiphasige Gleichgewichtsgrößen handelt, können auf die gleiche Weise umgerechnet werden. Dadurch wird ein Dreiphasenmotor effektiv in einen Zweiphasenmotor umgewandelt.
Vektorrotationstransformation
Nach dem Umbau eines Drehstrommotors in einen Zweiphasenmotor, Es ist wichtig, den Zweiphasen-Wechselstrommotor durch einen gleichwertigen Gleichstrommotor zu ersetzen. Die Erregerwicklung wird durch d und der Erregerstrom durch id dargestellt. Die Ankerwicklung wird durch q dargestellt und der Ankerstrom ist iq. Dadurch wird ein festes, schwankendes Magnetfeld Φ erzeugt, das sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω0 am Stator dreht. Die Umwandlung von einem Zweiphasen-Wechselstrommotor in einen Gleichstrommotor ist im Wesentlichen eine Umwandlung von Vektor zu Skalar, und von einem stationären kartesischen Koordinatensystem zu einem rotierenden kartesischen Koordinatensystem.
Hier werden iα und iβ in id und iq umgewandelt, Dabei wird sichergestellt, dass die Zusammensetzung des Magnetfelds unverändert bleibt. Der Zusammensetzungsvektor von iα und iβ wird durch i1 dargestellt, was durch Projektion von Φ in der Richtung und senkrecht zu iα und iβ erhalten werden kann. Id und iq rotieren im Raum mit der Winkelgeschwindigkeit ω0. Die Umrechnungsformel lautet wie folgt:
Bei der Vektorsteuerung besteht die Notwendigkeit, das kartesische Koordinatensystem und das Polarkoordinatensystem zu ändern. i1 wird anhand der Formel aus id und iq berechnet.
Die Verwendung der Vektortransformation in einem Induktionsmotor bietet die gleichen Steuereigenschaften wie ein Gleichstrommotor, unter Beibehaltung einer einfachen und zuverlässigen Struktur. Die Leistung des Motors ist nicht begrenzt und die mechanische Trägheit ist im Vergleich zu einem gleichwertigen Gleichstrommotor geringer.
2. Vektorregelung von AC-Synchronmotoren
Grundprinzipien
AC-Synchronmotoren werden aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer überlegenen Leistung häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt. Die Vektorregelung ist eine beliebte Methode zur Regelung der Drehzahl und des Drehmoments von Wechselstrom-Synchronmotoren. Bei einem Gleichstrommotor, Das Drehmoment ist direkt proportional zum Ankerstrom, während in einem AC-Synchronmotor, Das Drehmoment wird durch die Wechselwirkung zwischen dem Rotormagnetfeld und dem Statormagnetfeld bestimmt.
Der Rotor eines Wechselstrom-Synchronmotors besteht aus Permanentmagneten, das ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem von den dreiphasigen Wicklungen erzeugten Statormagnetfeld interagiert. Die relative Ausrichtung der Rotormagnetpole und der Statorwicklungen wird von einem Encoder erfasst, der die nötige Rückmeldung für die Vektorregelung liefert. Durch Steuerung des durch die dreiphasigen Wicklungen fließenden Stroms, Es besteht die Möglichkeit, Drehmoment und Drehzahl des Motors zu regulieren.
Die Vektorsteuerung stellt sicher, dass der durch die Motorwicklungen fließende Strom immer senkrecht zum vom Rotor erzeugten Magnetfeld verläuft, was zu einem maximalen Drehmoment führt. Durch die Herstellung einer Verbindung zwischen dem Permanentmagnet-Magnetfeld, Magnetische elektromotorische Kraft des Ankers, und Drehmoment, Die Vektorsteuerung ermöglicht eine präzise Steuerung der Drehzahl und des Drehmoments des Motors.
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