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Sullo sfondo di crescenti crisi energetiche e preoccupazioni ambientali, la ricerca nel campo dei sistemi di azionamento motore efficienti ed ecocompatibili sta prendendo slancio. Tra questi, il Motore sincrono a magneti permanenti (PMSM) si distingue per la sua elevata efficienza, i ridotti livelli di rumorosità e il basso consumo energetico, caratteristiche che ne hanno favorito l'onnipresente impiego in diversi settori.
Tuttavia, per realizzare tutto il potenziale di un PMSM, sarebbero necessarie metodologie sofisticate per il controllo. Tra le metodologie, la tecnologia di controllo vettoriale detiene un alto status per la sua capacità di fornire un comando preciso sui PMSM.
Una comprensione inclusiva del controllo dei vettori non solo ci fornisce la giusta comprensione PMSM caratteristiche prestazionali ma sostiene anche un significativo supporto teorico per applicazioni pragmatiche. Allo stesso tempo, funge da preziosa pietra di paragone che aiuta l'evoluzione all'interno dei progressi della tecnologia di controllo motore.
Il controllo vettoriale è una moderna tecnica di controllo motore che, attraverso la trasformazione delle coordinate e il controllo di disaccoppiamento di corrente e tensione, consente di realizzare un controllo ad alta precisione del motore. L'obiettivo principale della tecnologia di controllo vettoriale è realizzare elevate prestazioni dinamiche e un'elevata precisione statica del motore, migliorando al contempo l'efficienza e la coppia erogata dal motore.
Il controllo vettoriale si basa sul modello matematico del motore, che converte la variabile trifase del motore in una variabile in quadratura tramite trasformazione delle coordinate per realizzare il controllo di disaccoppiamento di corrente e coppia. Le trasformazioni delle coordinate comunemente utilizzate sono la trasformata di Clarke e la trasformata di Park:
-Trasformata di Clarke: trasforma le variabili trifase in variabili ortogonali per il controllo vettoriale in un sistema di coordinate stazionario.
-Trasformazione del parco: Trasforma le variabili ortogonali in vettori nel sistema di coordinate rotanti; utilizzato nel controllo vettoriale su un sistema di coordinate rotanti.
Per effettuare il controllo vettoriale, sono previsti principalmente i seguenti passaggi:
La posizione e la velocità del motore, nonché i valori di corrente e tensione vengono rilevati tramite sensori.
Sulla base del modello matematico del motore e della trasformazione delle coordinate, calcola la componente di corrente ortogonale del motore. Controlla la componente CA in base al target di controllo utilizzando un controller di corrente per implementare un controllo accurato del motore. Utilizza la tecnologia PWM per trasformare il valore di corrente in uscita dal controller nel valore di tensione effettivo e applicarlo al motore.
Ripetere i passaggi precedenti più volte per ottenere il controllo in tempo reale del motore.
Il controllo vettoriale può migliorare le prestazioni dinamiche e la precisione statica del motore e implementare un controllo preciso del motore. Nel frattempo, ottimizza l'efficienza e la coppia erogata dal motore e semplifica la progettazione del sistema di controllo del motore. Ciò migliora l'efficienza energetica del motore e riduce i costi di controllo. Il controllo vettoriale consente un framework e un modo comuni per il controllo del motore, pertanto è conveniente per il controllo di diversi tipi di motori.
La strategia di controllo vettoriale è l'essenza del controllo del motore sincrono a magneti permanenti e realizza un controllo ad alta precisione della coppia e della velocità del motore mediante il controllo accurato della corrente e della tensione del motore.
L'obiettivo principale del controllo vettoriale, noto anche come controllo orientato al campo (FOC), è quello di fornire un controllo accurato dei PMSM. Ciò non solo comporta una regolazione precisa di coppia e velocità, ma comprende anche il miglioramento delle prestazioni e dell'efficienza complessive del motore. Il controllo vettoriale lo fa disaccoppiando la corrente dello statore in due componenti ortogonali, una responsabile del controllo del flusso magnetico e l'altra del controllo della coppia. In questo modo, è possibile un controllo indipendente di coppia e flusso, come con i motori CC.
Si tratta di raggiungere obiettivi specifici con il controllo dei vettori nei seguenti modi:
Il controllo vettoriale assicura l'applicazione della coppia esatta di cui un motore ha bisogno in diverse condizioni di carico tramite il controllo preciso della componente di corrente che produce coppia. Ciò diventa importante nelle applicazioni che necessitano di coppia di precisione, come la robotica e i veicoli elettrici.
Il controllo tramite vettore consente di eseguire il controllo della velocità dei PMSM in modo preciso immettendo un riferimento di velocità e mantenendolo anche quando le condizioni cambiano, come in caso di variazione del carico. Un motore funzionerà alla velocità desiderata, ad esempio i nastri trasportatori e le macchine CNC richiedono una velocità costante.
Il vantaggio più importante del controllo vettoriale è la possibilità di ottenere una risposta dinamica rapida. Ciò significa che il motore può rispondere rapidamente alle variazioni del carico o del comando di velocità, migliorando la reattività complessiva del sistema. Tale possibilità è molto preziosa nelle applicazioni ad alte prestazioni: servoazionamenti e sistemi di trazione.
Il controllo del vettore ha lo scopo di mantenere il funzionamento regolare del motore con un'ondulazione di coppia minima e vibrazioni meccaniche. Ciò avviene allineando con precisione i campi magnetici dello statore e del rotore, riducendo quindi lo stress meccanico sul motore e prolungandone la durata. Il funzionamento regolare è fondamentale in applicazioni come ascensori e apparecchiature di produzione di precisione.
Ottimizzando i componenti esistenti e mantenendo il flusso a livelli ottimali, il controllo vettoriale aumenta l'efficienza energetica dei PMSM. Il consumo energetico diminuisce e i costi operativi sono ridotti, risultando quindi ideale per applicazioni in cui è richiesta efficienza energetica.
L'attuale strategia di controllo dei vettori: Controllando la componente di corrente continua del motore, si può controllare con precisione la coppia del motore. La strategia menzionata sopra sarà applicabile in situazioni che richiedono una risposta rapida e un controllo di precisione.
Strategia di controllo vettoriale della tensione: questa strategia può, controllando la componente di tensione continua del motore, regolare accuratamente la velocità del motore. È adatta per condizioni di lavoro che richiedono il funzionamento regolare del motore.
Strategia di controllo vettoriale del campo magnetico: Attraverso il controllo simultaneo di componenti di corrente continua e tensione del motore, il motore realizza il controllo di precisione di coppia e velocità. Si applica a situazioni che richiedono la considerazione del controllo di coppia o velocità.
Ulteriori ottimizzazioni che migliorano le prestazioni del controllo vettoriale includono quanto segue:
Ottimizza i parametri del controller PI (proporzionale-integrale): Ottimizzare i parametri del controllore PI in modo da migliorare le prestazioni dinamiche e la precisione statica del controllo di corrente.
Introdurre i filtri passa-basso: Aggiungere filtri passa-basso ai controller di corrente e tensione. Il filtraggio passa-basso ridurrà l'interferenza del rumore ad alta frequenza e migliorerà la stabilità del controllo.
Adotta algoritmi di controllo avanzati: L'introduzione di algoritmi di controllo avanzati, come il controllo fuzzy, le reti neurali, ecc., possono migliorare ulteriormente le prestazioni del controllo vettoriale.
Applicazioni di regolazione della velocità del motore
Per quanto riguarda l'applicazione della velocità del motore, la tecnologia di controllo vettoriale può facilmente raggiungere un'elevata precisione nel raggiungimento di determinate velocità del motore. Fornendo solo una deviazione tra la velocità reale e quella target del motore, il metodo della tecnologia di controllo vettoriale regola i valori di corrente e tensione del motore e ne modifica anche la coppia e la velocità. Rispetto ad altri metodi tradizionali per la governance della velocità, la tecnologia di controllo vettoriale è stata caratterizzata da una maggiore precisione di regolazione della velocità e da una velocità di regolazione più rapida.
Applicazioni di controllo della posizione del motore
Nell'applicazione del controllo della posizione del motore, la tecnologia di controllo vettoriale può raggiungere un'elevata precisione nel controllo della posizione del motore. Impostando la deviazione della posizione target dalla posizione effettiva, la tecnologia di controllo vettoriale può regolare la corrente e la tensione del motore, modificando così la coppia e la posizione del motore. Questo metodo di controllo della posizione può essere applicato a occasioni che richiedono posizionamento e controllo precisi, come le macchine utensili CNC.
Applicazioni di controllo della coppia del motore
La tecnologia di controllo vettoriale può raggiungere un'elevata precisione nel controllo della coppia del motore durante il controllo della coppia del motore. La tecnologia di controllo vettoriale può modificare la corrente e la tensione fornite al motore impostando una deviazione tra le coppie impostate e quelle effettive, modificando così la coppia in uscita dal motore. Tale forma di controllo della coppia può quindi essere applicata in quelle applicazioni che necessitano di un controllo della coppia così elevato come nella generazione di energia eolica.
Applicazioni di ottimizzazione dell'efficienza dei motori
Nell'applicazione dell'ottimizzazione dell'efficienza del motore, la tecnologia di controllo vettoriale può ridurre la perdita del motore e migliorare l'efficienza del motore ottimizzando la distribuzione di corrente e tensione del motore. Inoltre, la tecnologia di controllo vettoriale può anche monitorare lo stato di funzionamento del motore in tempo reale, regolare i parametri di controllo del motore e realizzare il controllo adattivo e l'ottimizzazione dell'efficienza del motore.
A questo proposito, la tecnologia di controllo vettoriale è stata applicata nella diagnosi e nella protezione dai guasti del motore; può esprimere giudizi sullo stato di funzionamento e sulle condizioni di guasto di un motore monitorando i parametri di corrente, tensione e coppia in tempo reale. Quando si tratta di guasti del motore, la tecnologia di controllo vettoriale interrompe l'alimentazione in tempo o adotta altri tipi di azioni protettive per salvare il motore da danni. Inoltre, tramite l'analisi e l'elaborazione dei dati di guasto, può fornire preziose informazioni di riferimento per la riparazione e la manutenzione del motore.
La tecnologia di controllo vettoriale è una delle tecnologie essenziali per motori sincroni a magneti permanenti ad alte prestazioni e alta precisione, che garantisce prestazioni dinamiche, precisione statica e un uso efficace dell'energia da parte del motore. In una parola, con un ulteriore miglioramento della tecnologia dell'elettronica di potenza e lo sviluppo della teoria del controllo, la tecnologia di controllo vettoriale applicata nei PMSM troverà applicazioni più estese e profonde, aprendo maggiori possibilità nel campo del miglioramento delle prestazioni e dell'espansione delle applicazioni.
ENNENG è un'azienda high-tech dedicata alla ricerca e allo sviluppo di motori sincroni a magneti permanenti. Questi motori sono utilizzati per alte e basse tensioni, basse velocità e prestazioni di coppia elevata. Hanno ampie applicazioni in settori correlati a miniere d'oro, miniere di carbone, fabbriche di pneumatici, pozzi petroliferi e impianti di trattamento delle acque. I motori sincroni a magneti permanenti ENNENG godono di diversi vantaggi, come risparmio energetico, rispetto dell'ambiente e bassa manutenzione. Con un design avanzato e un'elevata affidabilità, le prestazioni dei motori li rendono quindi molto applicabili in aree che hanno a che fare con basse velocità e coppia elevata.
