Comanda vectorială a maşinii asincrone

3.4 Principiul şi schema de bază pentru controlul vectorial

Strategia de comandă cu orientare dupa câmp constă în realizarea unui decuplaj între cele două variabile principale ale maşinii asincrone: cuplul şi fluxul.

Interdependenţa dintre aceste mărimi este dată de :

(8)

Pentru comanda vectorială (sau cu orientare după flux), axa d este orientată pe rezultanta fluxului rotoric:

; ; = 0

(9)

Daca este menţinut constant, în sistemul de referinţă ataşat de fluxul rotoric:

(10)

Această relaţie arată o similitudine remarcabilă cu maşina de curent continuu. Se poate deci controla cuplul prin intermediul componentei q a vectorului curent statoric - denumită de aceea, în mod natural, componenta "cuplu".

Relaţiile:

(11)

arată că :

• doar componenta I_sd determină amplitudinea lui F_r ;
• doar componenta I_sq determină amplitudinea C _em atunci când F _r este menţinut constant.

Fără cuplajul (combinarea) acţiunilor I_sd şi I_sd ® se regăseşte configuraţia de motor de c.c.

Deci controlul vectorial utilizează un model transformat al maşinii astfel încât să se menţină ortoganalitatea flux-curent activ. Atunci cuplul electromagnetic este dat de o expresie scalară, la valoarea sa maximă.

Funcţiile esenţiale pe care trebuie să le îndeplinească o structură de comandă vectorială pentru a controla cuplul unei maşini asincrone:

• să genereze comenzi pentru controlul fluxului şi cuplului, care, pe baza referinţelor acestora, vor defini referinţele curenţilor transformaţi;
• să activeze controlul curenţilor transformaţi pentru a asigura urmărirea acestor referinţe;
• o transformare ce asigură schimbarea sistemului de referinţă , permiţând acţionarea asupra mărimilor electrice reale prin intermediul unui convertor static de energie, în speţă un invertor de tensiune PWM;
• o determinare a pozitiei fluxului ;
• o transformare a sistemului de referinţă .

Următoarea schemă funcţională evidenţiază elemente de bază pentru comanda vectorială.

Fig. 4 Schema bloc pentru controlul vectorial - ilustrarea principiului

Curenţii statorici i_a şi i_b, obţinuţi de la traductoarele de curent T_C, activează blocul de transformare Clarke - Park.

• i_{sq ref} este o imagine a cuplului;
• i _{sq ref} are acelaşi rol pentru flux.

Schimbând referinţa fluxului, se poate particulariza structura pentru comanda vectorială a motoarelor asincrone sau a celor sincrone.

Ieşirile regulatoarelor pentru curenţi dau referinţele pentru componentele (d, q) ale tensiunilor statorice.

Aceste mărimi dau pentru transformarea Park inversă tensiunile V_{sa ref} şi V_{sß ref} care fac să functioneze blocul modulator PWM.

Acesta trimite impulsurile de comandă către dispozitivele de comutaţie din structura invertorului.

Cunoaşterea amplitudinii şi fazei fluxului: esenţială!

După metodele utilizate pentru a le obţine, există variantele:

• directe (prin măsurare: sonde Hall sau bobine încorporate în motor) ® prima metodă utilizată.
  • construcţie specială a maşinii (şi fiabilitate redusă);
  • probleme pentru extragerea informaţiei utile pentru frecvenţele joase.
• indirecte - fluxul este determinat prin calcul:
  • folosind un model de flux sau, cunoscând curenţii şi viteza se calculează fluxul (vezi schema de mai sus);
  • simplificând schema de reglare prin eliminarea regulatorului de flux. Într-adevar, datorită dependenţei

  (12)

  ® bucla de reglare pentru componenta 'd' a curentului este de fapt bucla fluxului (controlat indirect).

Metodele care fac apel la calculul fluxului : metode de estimare a fluxului sau cu observator de flux.

Bucla explicită a fluxului: se poate adăuga un bloc suplimentar pentru prelucrarea acestuia: corector de flux.

! ! ! Important:

Structura / principiul prezentat realizează ceea ce este cunoscut sub numele de:

«control vectorial după flux rotoric»

= strategia de comandă vectorială cea mai utilizată.

Modelul maşinii asincrone (inclusiv expresia cuplului electromagnetic) este tratabilă în sisteme de referinţă diferite:

• legat de stator;
• legat de rotor;
• legat de câmpul învârtitor în întrefier.

Deci, se pot implementa comenzi vectoriale cu orientare după:

• fluxul statoric;
• fluxul rotoric ;
• magnetizarea în întrefier.

Comanda este realizată în sistemul de referinţă solidar cu fluxul respectiv, curenţii statorici fiind obţinuţi în sistemul asociat.

Într-un astfel de sistem, componentele curentului statoric sunt întotdeauna ortogonale şi similare curentului de excitaţie şi curentului din indusul motorului de c.c.

Comanda după fluxul statoric: dificultatea măsurării tensiunilor statorice foarte distorsionate în cazul invertoarelor PWM.

Deşi măsurătorile primare se referă la curenţii (i_a, i_b, i_c), comanda finală a invertorului de tensiune revine unor bucle de reglare pentru componente de tensiune.

Noile tendinţe pentru soluţiile de control vectorial:

• eliminarea captorilor dinamici (în mişcare). Schemele obţinute sunt denumite «sensorless» (fără senzori) şi necesită performanţe superioare de calcul în timp real pentru procesoarele de comandă (DSP);
• estimarea fluxului ţinând cont de perturbaţiile aleatoare (estimator / filtru Kalman);
• obţinerea unei comenzi robuste, adaptive şi optimale după diferite criterii de performanţă;
• aportul tehnicilor neconvenţionale: fuzzy, în mod alunecător, cu reţele neuronale.