التحكم في المتجه لمحركات الأصابع غير المتزامنة

في المقالة السابقة ، "التحكم في ناقلات المحرك الكهربائي" على الأصابع ، تم النظر في نظام مكافحة ناقلات للمحركات المتزامنة. تحولت المقالة إلى أن تكون كبيرة ، لذلك تم طرح السؤال حول المحركات الحثية في منشور منفصل. هذه المقالة هي استمرار للمقال السابق وتستند إلى تفسيرات مبادئ تشغيل المحركات الكهربائية الواردة هناك. ستتحدث عن ميزات المحرك غير المتزامن فيما يتعلق بمكافحة النواقل ، وستظهر أيضًا الاختلافات في هيكل نظام مكافحة النواقل بين الآلات المتزامنة وغير المتزامنة.
كيف يعمل المحرك التعريفي؟ يقول التفسير الأكثر شيوعًا شيئًا مثل "الجزء الثابت يخلق مجالًا مغناطيسيًا دوارًا يحفز EMF في الدوار ، مما يؤدي إلى تدفق التيارات هناك ، ونتيجة لذلك يتم نقل الدوار بعيدًا عن طريق الجزء الثابت ويبدأ في الدوران." أنا شخصياً ، من هذا التفسير ، لا أبدأ في فهم فيزياء العملية برمتها ، لذلك دعونا نشرحها بشكل مختلف ، "على الأصابع".

هل ما زلت ترى مقطع فيديو لكيفية تفاعل المغناطيس مع أسطوانة نحاسية؟ انتبه بشكل خاص إلى النطاق الزمني من 0:49 إلى 1:03 - هذا محرك غير متزامن حقيقي:



يرجع التأثير إلى ظهور تيارات الدوامة في الاسطوانة. وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي ، الذي اكتشفه مايكل فاراداي ، عندما يتغير التدفق المغناطيسي للدائرة المغلقة ، يظهر EMF (ببساطة يفترض أن الجهد). يتسبب EMF هذا ، كما هو مطبق على أسطوانة نحاسية ، على الفور في ظهور تيار في الأسطوانة. في الوقت نفسه ، يخلق هذا التيار أيضًا تدفقًا مغناطيسيًا خاصًا بالاستجابة موجهًا تمامًا في الاتجاه المعاكس من التغيير في التدفق المغناطيسي الذي نحضره: يحتوي

تيار الحث الناشئ في دائرة موصلة مغلقة على اتجاه يجعل المجال المغناطيسي الذي أنشأه يقاوم التغيير في التدفق المغناطيسي ، الذي تسبب في هذا التيار.

يمكن فهم ذلك بحيث تقاوم الحلقة المغلقة التغيير في التدفق المغناطيسي داخلها. إذا قمت بإحضار المغناطيس بشكل حاد إلى الأسطوانة النحاسية ، أي إذا قمت بإجراء تغيير حاد في التدفق المغناطيسي ، فسوف تتدفق تيارات الاستجابة في الأسطوانة بحيث يكون المجال المغناطيسي داخل الأسطوانة في اللحظة الأولى من الوقت صفرًا: سيتم تعويض المجال المغناطيسي للمغناطيس الذي تم إحضاره بالكامل عن طريق المجال المغناطيسي لتيارات الأسطوانة (مع الافتراضات ، بالطبع). إذا أمسكت بالمغناطيس واحتفظت به ، فإن التيارات في الاسطوانة ستنخفض تدريجيًا بسبب وجود مقاومة النحاس ، وسيختفي مجال الاسطوانة التي تم إنشاؤها بواسطة تياراتها: التدفق المغناطيسي للمغناطيس الدائم سوف "ينفجر" داخل الأسطوانة ، كما لو لم يكن هناك أسطوانة. لكن الأمر يستحق محاولة إزالة المغناطيس ،كيف ستتفاعل الاسطوانة مرة أخرى - الآن ستحاول "إعادة إنشاء" التدفق المغناطيسي المفقود داخل نفسها ، أي سيقاوم مرة أخرى التغير في التدفق المغناطيسي ، في هذه الحالة ، اختفاءه. ولكن ماذا يعني إعادة إنشاء التدفق المغناطيسي؟ هذا يعني أنه لبعض الوقت يمكن اعتبار اسطوانة نحاسية بشكل مشروط "مغناطيسًا دائمًا" - يدور تيار دوامي فيه ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا (الموصلات الفائقة في المجال المغناطيسي "تتدلى" على نفس المبدأ ، لكن هذه قصة مختلفة تمامًا).ولكن هذه قصة مختلفة تمامًا).ولكن هذه قصة مختلفة تمامًا).

دعونا ننتقل الآن إلى تصميم محرك الحث. يمكن تخيل دوار المحرك التعريفي بشكل مشروط أيضًا في شكل أسطوانة نحاسية. لكن في الإنشاءات الحقيقية ، هذه شبكة معينة على شكل "قفص سنجاب" (الشكل 1) مصنوع من النحاس أو الألومنيوم ، مع دائرة مغناطيسية (حديد مبطن).

الشكل 1. الدوار لمحرك الحث من نوع قفص السنجاب مع التيار في أحد "إطارات" قفص السنجاب الذي يستجيب لزيادة في المجال المغناطيسي الخارجي.

يوضح الشكل بشكل تخطيطي تدفق التيار في أحد "الإطارات" ، أي في بعض قضبان قفص السنجاب ، إذا أحضرت مغناطيسًا من الأعلى (قم بإنشاء تيار في الجزء الثابت). في الواقع ، يتدفق التيار في هذه الحالة في جميع القضبان ، باستثناء القضبان العلوية والسفلية ، بشكل مشروط ، والتي لا يوجد فيها تغيير في التدفق (لكنها تتفاعل مع مغناطيس يتم تقديمه أفقيًا).

تذكر من بداية المقال الأخيرصورة مع رسم تخطيطي لآلة متزامنة ذات مرحلتين ، أين كان المغناطيس الدوار؟ الآن دعنا نصنع محركًا تحريضيًا: بدلاً من المغناطيس ، سنضع ملفين متعامدين قصير الدائرة ، يرمزان إلى الأسطوانة النحاسية للدوار (الشكل 2).

الشكل 2. تمثيل تخطيطي لمحرك الحث قفص السنجاب على مرحلتين.

إن استبدال الأسطوانة بملفين لشرح مبدأ التشغيل (أو النمذجة) صحيح ، تمامًا كما هو صحيح لاستبدال لف ثلاثي المراحل بأخرى ثنائية الطور. فقط في هذه الحالة نستبدل ... "اللفة اللانهائية" للأسطوانة (عدد لا نهائي من الإطارات) بملفين مع محاثة ومقاومة متكافئة. بعد كل شيء ، باستخدام ملفين ، يمكنك إنشاء نفس ناقل التدفق الحالي والمغناطيسي تمامًا مثل الأسطوانة.

والآن دعنا نخصص وقتًا قصيرًا للخروج من آلة غير متزامنة. نقوم بتغذية المحور β في الملفالتيار المباشر وانتظر ثانيتين أو ثلاث ثوانٍ حتى تتوقف تيارات الاستجابة عن التدفق في الدوار: "سنجلب مغناطيسًا خارجيًا". أي أننا ننتظر أن تسقط التيارات في العضو الدوار بحيث "يثقب المجال المغناطيسي للجزء الثابت الجزء الدوار" ولا يتدخل فيه أحد. ماذا سيحدث الآن إذا قمت بإيقاف التيار في الجزء الثابت؟ هذا صحيح ، لنفس الثواني أو الثلاث ثوانٍ ، بينما يعارض تيار الدوار هذا ، سوف نحصل على "مغناطيس عادي" من الدوار (الشكل 3).

الشكل 3. المحرك غير المتزامن ، عندما تم إيقاف التيار المباشر في المرحلة just للتو ، يتدفق التيار في الدوار i _rd .

ماذا ننتظر؟ أسرع ، حتى يختفي المغناطيس ، نرسم على طوله المحور د المألوف (كما هو الحال في آلة متزامنة) والمحور q متعامد عليه ، متصل بالدوار. ننتقل إلى هيكل التحكم في المتجهات للآلة المتزامنة ، ونطبق التيار على طول محور q ، وننشئ لحظة ، دعنا نذهب!

حتى يمكنك فعلًا القيام ببعض الثورات حتى يذوب مغناطيس السكر لدينا ، والمحور دلم يذهب إلى النسيان. ماذا تفعل؟ دعونا لا نقطع التيار على طول المحور د ، مما يغذي مغناطيسنا! ومرة أخرى ، لنحفظ بنية التحكم في المتجهات للآلة المتزامنة ، ببساطة عن طريق إرسال المهمة على طول المحور د (كان هناك سابقًا صفر). وهكذا، والنظر في الشكل (4): محاور د ، ف الاستشعار موقف "تثبيتها" إلى الدوار، والمحرك، التيار يتغذى على طول محور د من الموالي، وهو في هذه الحالة الوقوف ليتزامن الجهاز مع محور β . لا يوجد تيار على طول المحور q : نحن ننتظر حتى "الدوار". والآن نحن نطعم التيار I _sq (s - stator)! دعنا نذهب!

الشكل 4. نقوم بتطبيق التيار على المحور d ، ممغنطًا الآلة ، إعداد كل شيء لتزويد التيار إلى المحور الثابت q .

إلى أي مدى سنذهب مع هذه الطريقة من Baron Munchausen؟ لسوء الحظ لا. انظر ماذا حدث (الشكل 5):

الشكل 5. انزلاق المغناطيس!

بدء تشغيل المحرك لتحويل، ولكن بعد فترة من الوقت، بعد أن قدم الحالية في محور ف ، وتشكيل الحالي مجموع ط _ق و "الربح" هذا متجه إلى موقف المغناطيس الدوار في الدوار "انتقل إلى أسفل"! ويجلس بشكل صحيح على طول ناقلات ط _ق . الدوار لا يفهم أين رسمنا المحاور د ، س ... لا يهمه سواء كان يدور أم لا. من المهم أن يرغب "مغناطيسه المستحث" الداخلي في أن يصبح في النهاية موجهًا بشكل مشترك مع التدفق المغناطيسي الثابت ، "لإطاعة" التدفق الخارجي. نظرًا للمغناطيس الذي خرج ، سيتوقف المحرك عن الدوران: ليس ذلك فقط ، بين المغناطيس الدوار والتيار i _q لا توجد 90 درجة مطلوبة ، هناك أيضًا تيار المحوريسحبه d الآن في الاتجاه المعاكس ، معوضًا عن اللحظة التي خلقها التيار i _q . فشلت طريقة البارون مونشاوسن.

ماذا تفعل بمغناطيس الدوار بعيد المنال؟ ودعنا نجعل هيكل التحكم النواقل لمحرك الحث ليس في محاور d و q المتصلة بالدوار ، ولكن في محاور أخرى مرتبطة بالضبط بالموضع الحالي لمغناطيس الدوار - لنطلق عليها محاور x و y لتمييزها عن d و q. وفقًا لـ "علمي" ، هذه محاور موجهة على طول وصلة تدفق الدوار. ولكن كيف تعرف أين يوجد الآن رابط تدفق الدوار ، أي أين تحول المغناطيس في الدوار؟ يعتمد موقعه ... أولاً ، على موضع العضو الدوار نفسه (لدينا مستشعر موضع جيدًا) ، وثانيًا ، على التيارات الساكنة (التي تولد تيارًا ثابتًا ، والذي سيدور المغناطيس الدوار في النهاية) ، وثالثًا من معلمات سلسلة الدوار - تحريض ومقاومة "الأسطوانة النحاسية" (إنه قفص السنجاب ، إنه لف الدوار ، إنه سلسلة الدوار). لذلك ... معرفة كل هذا ، يمكن ببساطة حساب موضع "المغناطيس" للدوار باستخدام عدة معادلات تفاضلية. يتم ذلك عن طريق ما يسمى مراقب تدفق التدفق الدوار ، الذي تم تمييزه بالألوان على الرسم التخطيطي الهيكلي النهائي للتحكم في ناقل الحركة لمحرك غير متزامن (الشكل 6).

الشكل 6. هيكل مستشعر النواقل للتحكم في محرك الحث ،

يحصل المراقب على قراءات من مستشعر موضع الدوار ، وكذلك تيارات الجزء الثابت الحالية في المحاور α ، β . إن خرج المراقب هو موضع "المغناطيس" للدوار ، أي زاوية وصلة تدفق الدوار الملحوظة . خلاف ذلك ، فإن الهيكل يشبه تمامًا الهيكل الخاص بالآلة المتزامنة ، تتم إعادة تسمية المحاور d و q فقط إلى x و y ، ويتم إعطاء المحور x المواصفات الحالية التي ستدعم "المغناطيس" الخاص بنا في الدوار. أيضا ، " قلتوضيح أن هذه القيمة تتعلق بالجزء الثابت ، وليس بالدوار. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنهم في الأدب الغربي لا يستخدمون المحاور س ، ص : بالنسبة لهم ، يتم توجيه المحور د دائمًا على طول حقل الدوار ، وهو لمحرك غير متزامن ، ومحور متزامن. حتى في العصر السوفياتي ، فصل علماءنا المحاور d و q و x و y ، لتجنب الارتباك: d ، q متصلة بالدوار ، و x ، y مربوطة بحقل الدوار .

ماذا اتضح؟ ينزلق المغناطيس الدوار طوال الوقت ، وينزلق من الوضع الحالي على الدوار باتجاه تيار المحور ص. أكبر هذا التيار ، أقوى الانزلاق. يقوم المراقب في الوقت الحقيقي بحساب موضع هذا المغناطيس و "تحريف" المحور x و y طوال الوقت للأمام فيما يتعلق بالمحور d و q (موضع الدوار). يتوافق المحور x دائمًا مع الوضع الحالي لارتباط التدفق في الدوار - موضع "المغناطيس". على سبيل المثال س ، ص المحوردائما تشغيل (في وضع المحرك) أسرع قليلا من دوران الدوار ، وتعويض الانزلاق فيه. التيارات في الدوار ، إذا تم قياسها أو نمذجتها ، هي جيبية. فقط يتغيرون ليس مع تردد التيارات الثابتة ، ولكن مع تكرار هذه الانزلاق ، أي ببطء شديد. إذا كان الجزء الثابت من المنطقة الصناعية غير المتزامنة هو 50 هرتز ، فعند العمل تحت الحمل ، فإن التردد الحالي في الدوار هو وحدات هيرتز. هذا ، في الواقع ، هو سر التحكم النواقل لمحرك الحث.

كيف تكون مكافحة ناقلات المحرك الحركي أفضل من العددية؟ التحكم العددي هو عندما يتم تطبيق جهد لتردد وسعة معينة على المحرك - على سبيل المثال ، 380V 50Hz. ولا يعتمد على الحمل على الدوار - لا توجد وحدات تحكم بالتيار والمتجه ... يتم تعيين تردد الجهد وسعته ببساطة - كميات قياسية ، والسماح للتيارات والتدفقات في المحرك بالعثور على مكان مناسب لأنفسهم كما يريدون. في تشغيل المحرك المستقر ، لا يمكن تمييز التحكم في الناقل عن التحكم الحجمي - سيطبق التحكم في الناقل أيضًا نفس ، على سبيل المثال ، 380V ، 50Hz عند الحمل المقنن. ولكن في الظروف العابرة ... إذا كنت بحاجة إلى بدء تشغيل المحرك بسرعة مع لحظة معينة ، إذا كنت بحاجة إلى رسم مخطط الحركة ، إذا كان هناك حمل نبض ،إذا كنت بحاجة إلى إنشاء وضع مولد بمستوى طاقة معين ، فإن كل هذا التحكم العددي إما لا يمكنه القيام بذلك ، أو يفعله مع العابرين البطيئين المقرفين ، والذي يمكن أيضًا "إخراج" محول التردد عن طريق تجاوز التيار أو الجهد لوصلة التيار المستمر (المحرك تتأرجح ويمكن أن تقفز إلى وضع المولد ، والذي لا يتم تكييف محول التردد معه دائمًا).

في هيكل النواقل ، "كل شيء تحت السيطرة". في اللحظة التي تحدد فيها نفسك ، يتدفق أيضًا. يمكنك قصرها على المستوى الصحيح حتى لا تتجاوز إعدادات الحماية. من الممكن فرض التيارات بطريقة مضبوطة ، إذا كان من الضروري لفترة قصيرة جعل لحظة أكبر عدة مرات. من الممكن تنظيم ليس فقط لحظة المحرك ، ولكن أيضًا التدفق (تيار المحور س ): إذا كان الحمل على المحرك صغيرًا ، فلا فائدة من الحفاظ على التدفق الكامل في الدوار (مما يجعل المغناطيس "الوضع الاسمي") - يمكنك إضعافه ، وتقليل الخسائر. من الممكن تثبيت السرعة بواسطة وحدة تحكم في السرعة بدقة عالية وسرعة. يمكنك استخدام محرك غير متزامن كمحرك جر (في النقل) ، وتعيين لحظة الجر المطلوبة. بشكل عام ، للتطبيقات المعقدة مع تشغيل المحرك الديناميكي ، لا غنى عن التحكم في ناقلات المحرك الحثي.

هناك أيضًا ميزات مميزة للتحكم بالنواقل لمحرك غير متزامن من محرك متزامن. الأول هو مستشعر الموضع. إذا كنت بحاجة إلى محرك متزامن لمعرفة الوضع المطلق للدوار لفهم مكان المغناطيس ، فهذا غير مطلوب في محرك غير متزامن. لا يحتوي الدوار على أي هيكل قطبي واضح ، حيث ينزلق "المغناطيس" باستمرار ، وإذا نظرت إلى صيغ مراقب ارتباط تدفق التدفق ، فأنت لا تحتاج إلى معرفة الموضع: يتم تضمين سرعة الدوار فقط في الصيغ (في الواقع ، هناك صيغ مختلفة ، ولكن بشكل عام)). لذلك ، يمكنك الحفظ على المستشعر: جهاز التشفير الإضافي التقليدي يكفي لتتبع السرعة (أو حتى مولد سرعة الدوران) ، ولا يلزم استخدام مستشعرات الوضع المطلق. الميزة الثانية هي التحكم في التدفق في محرك الحث.في آلة متزامنة ذات مغناطيس دائم ، لا يتم تنظيم التدفق ، مما يحد من سرعة المحرك القصوى: يتوقف الجهد على العاكس ليكون كافيًا. في المحرك التعريفي ، عندما يحدث هذا ... فقط إنقاص مرجع المحورس والمضي قدما! أقصى تردد غير محدود! نعم ، سوف ينخفض ​​عزم المحرك من هذا ، ولكن الأهم من ذلك ، يمكنك الصعود ، على عكس الآلة المتزامنة (في الواقع ، من الممكن أيضًا ، ولكن ليس بعيدًا ، ليس لجميع المحركات ومع الكثير من المشاكل).

وبالمثل ، هناك خوارزميات للتحكم في النواقل بدون مستشعرات لمحرك الحث الذي يقدر زاوية تدفق الدوار دون استخدام الإشارة من مستشعر الموضع (أو السرعة) لعمود الدوار. كما هو الحال مع الآلات المتزامنة ، هناك مشاكل في تشغيل هذه الأنظمة بسرعة دوران منخفضة ، حيث يكون المحرك الكهرومغناطيسي صغيرًا.

يجب عليك أيضًا أن تقول بضع كلمات عن الدوار. إذا كانت المحركات غير المتزامنة الصناعية يتم تخفيضها باستخدام قفص سنجاب من الألمنيوم ، فعندئذٍ في الجر ، حيث تكون مؤشرات الوزن والحجم أكثر أهمية ، على العكس ، يمكنهم استخدام أسطوانة نحاسية. لذا ، في جميع سيارات تسلا الكهربائية المفضلة لديك ، يوجد محرك كهربائي غير متزامن مع دوار نحاسي (الشكل 7).

الشكل 7. Tesla Model S دوار محرك كهربائي غير متزامن في غلاف فولاذي (صورة من مصادر مختلفة لسنوات مختلفة)

هذا ، في الواقع ، كل ما أردت قوله عن المحرك غير المتزامن. في مقالة المراجعة هذه ، لم يتم النظر في العديد من التفاصيل الدقيقة ، مثل منظم تدفق الدوار ، والبناء المحتمل لهيكل متجه في محاور إحداثية أخرى ، ورياضيات مراقب تدفق التدفق الدوار ، وأكثر من ذلك بكثير. في نهاية المقالة الأخيرة ، لمزيد من التفاصيل ، أحيل القارئ إلى الكتب الحديثة على محرك الأقراص ، على سبيل المثال ، "Anuchin A. S. MEI، 2015 " .

على أي متحكم يمكنك إجراء التحكم الكامل في المتجه ، اقرأ ، على سبيل المثال ، في مقالة "متحكم متحكم محلي جديد بالمحرك K1921VK01T من OJSC" NIIET "، وكيفية تصحيحه في مقالة "طرق تصحيح برنامج الميكروكونترولر في محرك كهربائي" . كما تقدم شركتنا LLC NPF Vector تطوير أنظمة تحكم مخصصة للمحركات الكهربائية والمعدات الكهربائية الأخرى ، ويمكن الاطلاع على أمثلة للمشاريع المكتملة على موقعنا على الإنترنت .

PS
I أعتذر للمتخصصين عن العلاج غير الصحيح تمامًا مع بعض المصطلحات ، ولا سيما مع مصطلحات "التدفق" و "ارتباط التدفق" و "المجال المغناطيسي" وغيرها - البساطة تتطلب التضحية ...

Source: https://habr.com/ru/post/ar389793/