Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Прямое управление крутящим моментом ( DTC ) - это один из методов, используемых в частотно-регулируемых приводах для управления крутящим моментом (и, следовательно, скоростью ) трехфазных электродвигателей переменного тока . Это включает в себя расчет оценки магнитного потока и крутящего момента двигателя на основе измеренных напряжения и тока двигателя.

Платформа управления DTC [ править ]

Статор потокосцепление оценивается путем включения в статорных напряжений. Крутящий момент оценивается как перекрестное произведение оцененного вектора потокосцепления статора и измеренного вектора тока двигателя . Затем расчетная величина магнитного потока и крутящий момент сравниваются с их справочными значениями . Если какой- либо расчетная поток или крутящий момент отклоняется слишком далеко от опорной толерантности , то транзисторов в частотном переменном приводевыключаются и включаются таким образом, чтобы ошибки магнитного потока и крутящего момента возвращались в свои допустимые диапазоны как можно быстрее. Таким образом, прямое управление крутящим моментом является одной из форм гистерезисного или импульсного управления .

Блок-схема DTC.JPG

Обзор основных конкурирующих платформ управления VFD:

ЧРП
Скалярный контроль
 

V / f (Вольт на частоту)

 
 
Векторное управление
 

FOC (Поле-ориентированное управление)

 
DTC (прямое управление крутящим моментом)
 

DSC (прямое самоконтроль)

 
 

SVM (пространственно-векторная модуляция)

 
 
 
 

Свойства DTC можно охарактеризовать следующим образом:

  • Крутящий момент и поток можно очень быстро изменить, изменив ссылки
  • Высокая эффективность и низкие потери - потери при переключении сведены к минимуму, поскольку транзисторы переключаются только тогда, когда необходимо поддерживать крутящий момент и магнитный поток в пределах их диапазонов гистерезиса.
  • У ступенчатой ​​характеристики нет перерегулирования
  • Никаких динамических преобразований координат не требуется, все расчеты производятся в стационарной системе координат.
  • Отдельный модулятор не требуется, гистерезисный контроль напрямую определяет управляющие сигналы переключателя
  • Там нет ПИ регуляторы тока . Таким образом, настройка управления не требуется.
  • Частота переключения транзисторов непостоянна. Однако, контролируя ширину диапазонов допусков, можно поддерживать среднюю частоту переключения примерно на уровне эталонного значения. Это также снижает пульсации тока и крутящего момента . Таким образом, пульсации крутящего момента и тока имеют ту же величину, что и у приводов с векторным управлением с той же частотой переключения.
  • Из-за гистерезисного управления процесс переключения носит случайный характер. Таким образом, в текущем спектре нет пиков . Это также означает, что слышимый шум машины низкий.
  • Изменение напряжения промежуточной цепи постоянного тока автоматически учитывается в алгоритме (при интегрировании напряжения). Таким образом, не существует проблем из-за пульсаций постоянного напряжения ( наложения спектров ) или переходных процессов постоянного напряжения.
  • Синхронизация с вращающейся машиной проста благодаря быстрому управлению; Просто сделайте нулевое задание крутящего момента и запустите инвертор. Поток будет идентифицирован первым импульсом тока.
  • Оборудование цифрового управления должно быть очень быстрым, чтобы иметь возможность предотвратить отклонение магнитного потока и крутящего момента далеко за пределы допуска. Обычно алгоритм управления должен выполняться с интервалами 10–30 микросекунд или меньше. Однако объем необходимых вычислений невелик из-за простоты алгоритма.
  • Измерительные приборы тока должны быть качественными, без шума, потому что выбросы измеряемых сигналов легко вызывают ошибочные управляющие действия. Дальнейшая сложность заключается в том, что для удаления шума нельзя использовать фильтрацию нижних частот, поскольку фильтрация вызывает задержки в результирующих фактических значениях, что нарушает управление гистерезисом.
  • Измерения напряжения статора должны иметь как можно меньшую ошибку смещения, чтобы уменьшить ошибку оценки магнитного потока. По этой причине напряжения статора обычно оцениваются по измеренному напряжению промежуточной цепи постоянного тока и сигналам управления транзистором.
  • На более высоких скоростях метод не чувствителен ни к каким параметрам двигателя. Однако на низких скоростях ошибка в сопротивлении статора, используемая при оценке магнитного потока статора, становится критической.

Эти очевидные преимущества DTC компенсируются необходимостью более высокой частоты дискретизации (до 40 кГц по сравнению с 6–15 кГц для FOC), что приводит к более высоким потерям переключения в инверторе; более сложная модель мотора; и меньшая пульсация крутящего момента. [1]

Метод прямого крутящего момента очень хорошо работает даже без датчиков скорости . Однако оценка магнитного потока обычно основана на интегрировании фазных напряжений двигателя. Из-за неизбежных ошибок в измерении напряжения и оценке сопротивления статора интегралы имеют тенденцию становиться ошибочными на низкой скорости. Таким образом, невозможно управлять двигателем, если выходная частота частотно-регулируемого привода равна нулю. Однако при тщательном проектировании системы управления можно получить минимальную частоту в диапазоне от 0,5 Гц до 1 Гц, достаточную для запуска асинхронного двигателя.с полным крутящим моментом из состояния покоя. Изменение направления вращения также возможно, если скорость проходит через нулевой диапазон достаточно быстро, чтобы предотвратить чрезмерное отклонение оценки магнитного потока.

Если требуется непрерывная работа на низких скоростях, включая работу с нулевой частотой, в систему DTC можно добавить датчик скорости или положения . Датчик позволяет поддерживать высокую точность управления крутящим моментом и скоростью во всем диапазоне скоростей.

История [ править ]

DTC был запатентован Манфредом Депенброком в США [2] и в Германии [3], последний патент был подан 20 октября 1984 года, оба патента получили название прямого самоконтроля (DSC). Однако Исао Такахаши и Тошихико Ногучи описали похожую технику управления, называемую DTC, в документе IEEJ, представленном в сентябре 1984 г. [4], и в документе IEEE, опубликованном в конце 1986 г. [5] Таким образом, инновация DTC обычно приписывается всем трем лицам.

Единственное различие между DTC и DSC заключается в форме пути, по которому управляется вектор магнитного потока, первый путь является квазикруглым, а второй - гексагональным, так что частота переключения DTC выше, чем DSC. Соответственно, DTC нацелен на приводы с низкой и средней мощностью, тогда как DSC обычно используется для приводов с большей мощностью. [6] (Для простоты в остальной части статьи используется только термин DTC.)

С момента своего внедрения в середине 1980-х годов DTC успешно использовался из-за своей простоты и очень быстрой реакции управления крутящим моментом и магнитным потоком для высокопроизводительных приводов асинхронных двигателей (IM).

DTC также был изучен в диссертации Баадера 1989 года, которая очень хорошо раскрывает эту тему. [7]

Первые успешные коммерческие продукты DTC, разработанные ABB , включали тяговые приложения в конце 1980-х годов для немецких дизель-электрических локомотивов DE502 [1] [2] и DE10023 [3] [8], а также запуск в 1995 году семейства приводов ACS600. С тех пор приводы ACS600 были заменены приводами ACS800 [9] и ACS880. [10] Вас, [11] Тийтинен и др. [12] и Nash [13] обеспечивают хорошее лечение ACS600 и DTC.

DTC также применяется для управления трехфазным преобразователем на стороне сети . [14] [15] Преобразователь на стороне сети идентичен транзисторному инвертору, управляющему машиной. Таким образом, помимо преобразования переменного тока в постоянный он может также передавать энергию из постоянного тока в сеть переменного тока. Кроме того, форма сигналов фазных токов очень синусоидальная, и коэффициент мощности можно регулировать по желанию. В версии DTC преобразователя на стороне сети сеть считается большой электрической машиной.

Методы DTC для внутренней синхронной машины с постоянными магнитами (IPMSM) были внедрены в конце 1990-х годов [16], а синхронные реактивные двигатели (SynRM) - в 2010-х. [17]

DTC применялся для управления машинами с двойной подачей в начале 2000-х годов. [18] Генераторы с двойным питанием обычно используются в ветряных турбинах мощностью 1-3 МВт .

Учитывая выдающиеся характеристики управления крутящим моментом DTC, было удивительно, что первое семейство сервоприводов АББ, ACSM1, было представлено только в 2007 году. [19] Фактически, поскольку реализация DTC требует более сложного оборудования для обеспечения сопоставимых характеристик с FOC, его первым промышленным приводом. Заявка пришла намного позже.

С конца 1990-х годов было опубликовано несколько статей о DTC и его модификациях, таких как пространственно-векторная модуляция [20], которая предлагает постоянную частоту переключения.

В свете того, что в середине 2000-х истек срок действия ключевых патентов Depenbrock DTC, вполне возможно, что другие компании, помимо ABB, включили в свои приводы функции, аналогичные DTC. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Векторное управление (мотор)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хьюз, Остин; Друри, Билл (2013). «Частотно-регулируемый режим асинхронных двигателей». Электродвигатели и приводы . С. 205–253. DOI : 10.1016 / B978-0-08-098332-5.00007-3 . ISBN 978-0-08-098332-5.
  2. ^ Депенброк, Манфред. «US4678248 Прямое самоконтроль потока и вращательного момента машины с вращающимся полем» .
  3. ^ Депенброк, Манфред. «DE3438504 (A1) - Способ и устройство для управления машиной вращающегося поля» . Проверено 13 ноября 2012 года .
  4. ^ Ногучи, Тошихико; Такахаши, Исао (сентябрь 1984 г.). «Управление быстрым откликом на крутящий момент асинхронного двигателя на основе новой концепции». IEEJ : 61–70.
  5. ↑ Такахаши, Исао; Ногучи, Тошихико (сентябрь 1986 г.). «Новая стратегия быстрого реагирования и высокоэффективного управления асинхронным двигателем». IEEE Transactions по отраслевым приложениям . IA-22 (5): 820–827. DOI : 10.1109 / tia.1986.4504799 .
  6. Перейти ↑ Foo, Gilbert (2010). Бессенсорное прямое управление крутящим моментом и магнитным потоком внутренних синхронных двигателей с постоянными магнитами на очень низких скоростях, включая состояние покоя (тезис). Сидней, Австралия: Университет Нового Южного Уэльса.
  7. ^ Баадер, Уве (1988). Die Direkte-Selbstregelung (DSR), ein Verfahren zur hochdynamischen Regelung von Drehfeldmaschinen [ Прямое саморегулирование (DSR), процесс высокодинамичного регулирования индукционных машин ] (на немецком языке). ВДИ-Верлаг. ISBN 978-3-18-143521-2.[ требуется страница ]
  8. ^ Jänecke, M .; Kremer, R .; Стойервальд, Г. (9–12 октября 1989 г.). «Прямое самоконтроль (DSC), новый метод управления асинхронными машинами в тяговых приложениях». EPE Proceedings . 1 : 75–81.
  9. ^ «ACS800 - новый портфель полностью совместимых приводов» . Проверено 14 ноября 2012 года .
  10. ^ Lönnberg, M .; Линдгрен, П. (2011). «Согласование приводов - движущая сила архитектуры универсальных приводов АББ» (PDF) . АББ Ревю (2): 63–65. [ постоянная мертвая ссылка ]
  11. ↑ Вас, Питер (1998). Бездатчиковое векторное и прямое управление крутящим моментом . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-856465-2.[ требуется страница ]
  12. ^ Tiitinen, P .; Сурандра, М. (1995). «Метод управления двигателем нового поколения, прямое управление крутящим моментом DTC». Труды международной конференции по силовой электронике, приводам и энергетическим системам для промышленного роста . 1 . С. 37–43. DOI : 10.1109 / pedes.1996.537279 . ISBN 978-0-7803-2795-5.
  13. Перейти ↑ Nash, JN (1997). «Прямое управление крутящим моментом, векторное управление асинхронным двигателем без энкодера». IEEE Transactions по отраслевым приложениям . 33 (2): 333–341. DOI : 10.1109 / 28.567792 .
  14. ^ Хармойнен, Марти; Маннинен, Веса; Похьялайнен, Паси; Тийтинен, Пекка (17 августа 1999 г.). «US5940286 Метод управления мощностью, передаваемой через сетевой инвертор» . Проверено 13 ноября 2012 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  15. ↑ Manninen, V. (19–21 сентября 1995 г.). «Применение модуляции прямого управления крутящим моментом к линейному преобразователю». Труды EPE 95, Севилья, Испания : 1292–1296.
  16. ^ Французский, C .; Акарнли, П. (1996). «Прямое управление крутящим моментом приводов с постоянными магнитами». IEEE Transactions по отраслевым приложениям . 32 (5): 1080–1088. DOI : 10.1109 / 28.536869 .
  17. ^ Ленденманн, Хайнц; Moghaddam, Reza R .; Тамми, Ари (2011). «Движение вперед» . АББ Ревью . Архивировано из оригинала на 7 января 2014 года . Проверено 7 января 2014 года .
  18. ^ Гохале, Калян П .; Карракер, Дуглас В .; Хейккил, Самули Дж. (10 сентября 2002 г.). «Контроллер US6448735 для индукционной машины с контактным кольцом с фазным ротором» . Проверено 14 ноября 2012 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  19. ^ «DSCM1 - Высокопроизводительные машинные приводы» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 октября 2011 года . Проверено 18 октября 2011 года .
  20. ^ Lascu, C .; Boldea, I .; Blaabjerg, F. (1998). «Модифицированное прямое управление крутящим моментом (DTC) для бессенсорного привода асинхронного двигателя». Запись конференции 1998 г. IEEE Industry Applications Conference. Тридцать третье ежегодное собрание МАС (каталожный номер 98CH36242) . 1 . С. 415–422. DOI : 10.1109 / ias.1998.732336 . ISBN 0-7803-4943-1.