Qual é o princípio do controle vetorial do servo motor AC?
1. Controle vetorial de servomotores de indução CA
O controle vetorial é um aspecto essencial da indução AC Servo Motors. O conceito de manipulação vetorial foi proposto pela primeira vez em 1971 pelo estudioso alemão F. Blachke. Em um sistema servo, Os servomotores CC podem atingir funções dinâmicas e estáticas excepcionais porque podem ser controlados pelo fluxo magnético do motor (Phi) e corrente de armadura (I a), que são variáveis independentes. Adicionalmente, o torque eletromagnético (Tm = KT Φ Ia) e o fluxo magnético Φ são diretamente proporcionais à corrente de armadura Ia. Como resultado, o controle é direto, e a função é linear.
Para obter características semelhantes de um motor DC em um motor AC, é preciso simular um motor DC, calcule o campo magnético correspondente e a corrente de armadura do motor CA, e operá-lo separadamente e independentemente. Isso requer a conversão das três variáveis de interseção (vetores) em quantidades DC equivalentes (escalares), estabelecendo um modelo equivalente de um motor AC, e operá-lo de acordo com o método de controle de um motor DC.
O motor CA assíncrono trifásico gira em um campo magnético Φ com uma velocidade angular de ω0. A Figura b mostra dois conjuntos de enrolamentos com uma diferença espacial de 900, qual, quando substituído por uma corrente AC com uma diferença de 900 entre as duas fases em qualquer instante α e β, resulta na mesma velocidade angular do campo magnético rotativo de ω0 Φ como na Figura a. Os dois conjuntos de enrolamentos nas Figuras a e b são, portanto, equivalentes.
A Figura c mostra um modelo com dois enrolamentos d e q mutuamente retos. Quando conectado separadamente com correntes DC id e iq, eles estabelecem um campo magnético de orientação fixa Φ. Quando o enrolamento gira a uma velocidade angular de ω0, o campo magnético estabelecido é também um campo magnético rotativo, com a mesma amplitude e velocidade que na Figura a.
Comutação de trifásico A, B, e sistemas C para sistemas bifásicos α、sistema β
Transformando de um trifásico A, B, e sistema C para um α bifásico、O sistema β envolve a conversão de um motor CA trifásico em um motor CA bifásico equivalente. Os enrolamentos do estator do motor assíncrono trifásico na Figura a são 120 graus de distância um do outro no espaço. Aplicando correntes CA balanceadas iA, iB, e iC com uma diferença de fase de 120 graus no tempo, um vetor de campo magnético rotativo síncrono Φ ocorre no estator com uma velocidade angular de ω 0.
O efeito do enrolamento trifásico pode ser totalmente utilizado substituindo-o por dois enrolamentos mutuamente retos α e β no espaço, e aplicando correntes CA balanceadas iα e iβ com uma diferença de fase de 90 graus no tempo. A amplitude e a velocidade angular do campo magnético rotativo Φ e ω 0 são iguais aos do enrolamento trifásico, e os dois conjuntos de enrolamentos nas Figuras a e b são considerados equivalentes.
Usando a fórmula de transformação matemática de trifásico para bifásico, o campo magnético CA equivalente do enrolamento CA bifásico pode ser calculado. Então, o campo magnético rotativo espacial que ocorre é o mesmo que o campo magnético rotativo que ocorre no trifásico A, B, e enrolamentos C. Alinhando o eixo do enrolamento da fase A no enrolamento trifásico com os eixos de coordenadas α, o valor de corrente correspondente iα e iβ pode ser obtido com base na relação proporcional entre potencial magnético e corrente.
Outras quantidades físicas usadas na conversão, desde que sejam grandezas de equilíbrio trifásico e grandezas de equilíbrio bifásico, pode ser convertido da mesma forma. Isso efetivamente converte um motor trifásico em um motor bifásico.
Transformação de rotação vetorial
Depois de converter um motor trifásico em um motor bifásico, é importante substituir o motor CA bifásico por um motor CC equivalente. O enrolamento de excitação é representado por d e a corrente de excitação é id. O enrolamento da armadura é representado por q e a corrente da armadura é iq. Isso gera um campo magnético flutuante fixo Φ que gira a uma velocidade angular ω0 no estator. A transformação de um motor CA bifásico para um motor CC é essencialmente uma transformação de vetor para escalar, e de um sistema de coordenadas cartesiano estacionário para um sistema de coordenadas cartesiano rotativo.
É aqui que iα e iβ são convertidos em id e iq, enquanto garante que a composição do campo magnético permaneça inalterada. O vetor de composição de iα e iβ é representado por i1, que pode ser obtido projetando Φ na direção e perpendicular a iα e iβ. Id e iq giram no espaço com velocidade angular ω0. A fórmula para conversão é a seguinte:
Existe a necessidade de alterar o sistema de coordenadas cartesianas e o sistema de coordenadas polares no controle vetorial. i1 é calculado a partir de id e iq usando a fórmula.
O uso da transformação vetorial em um motor de indução fornece as mesmas características de controle de um motor CC, mantendo uma estrutura simples e confiável. A capacidade do motor não é limitada e a inércia mecânica é menor em comparação com um motor DC equivalente.
2. Controle vetorial de motores síncronos CA
Princípios básicos
Os motores síncronos CA são amplamente utilizados em várias indústrias devido à sua alta eficiência e desempenho superior. O controle vetorial é um método popular usado para regular a velocidade e o torque de motores síncronos CA. Em um motor DC, o torque é diretamente proporcional à corrente de armadura, enquanto em um motor síncrono CA, o torque é determinado pela interação entre o campo magnético do rotor e o campo magnético do estator.
O rotor de um motor síncrono CA consiste em ímãs permanentes, que gera um campo magnético que interage com o campo magnético do estator gerado pelos enrolamentos trifásicos. A orientação relativa dos pólos magnéticos do rotor e dos enrolamentos do estator é detectada por um codificador, que fornece o feedback necessário para o controle de vetores. Ao controlar a corrente que flui através dos enrolamentos trifásicos, é possível regular o torque e a velocidade do motor.
O controle vetorial garante que a corrente que flui pelos enrolamentos do motor seja sempre perpendicular ao campo magnético gerado pelo rotor, resultando em torque máximo. Ao estabelecer uma conexão entre o campo magnético do imã permanente, força eletromotriz magnética da armadura, e torque, o controle vetorial permite o controle preciso da velocidade e do torque do motor.
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