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Análise de controle vetorial de motor síncrono de ímã permanente

2023-12-28 16:22:31

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À medida que o mundo enfrenta crises energéticas crescentes e preocupações ambientais crescentes, aumenta a investigação no campo de sistemas de acionamento motorizados eficientes e ecológicos. Um destaque neste domínio é o Motor Síncrono de Imã Permanente (PMSM), conhecido pela sua elevada eficiência, níveis de ruído reduzidos e características de menor consumo de energia que promoveram a sua implantação omnipresente em diversos setores.

No entanto, otimizar um PMSMO pleno potencial da empresa exige metodologias de controlo sofisticadas. Dentre essas técnicas, a tecnologia de controle vetorial ocupa um status elevado em virtude de sua capacidade de fornecer comando preciso sobre PMSMs.

Uma compreensão abrangente do controle de vetores não apenas nos fornece informações precisas sobre PMSM características de desempenho, mas também sustenta um apoio teórico significativo para aplicações pragmáticas. Simultaneamente, serve como uma pedra de toque valiosa que auxilia na evolução dos avanços tecnológicos de controle de motores.

O princípio do controle vetorial

O controle vetorial é um método avançado de controle do motor, que realiza o controle preciso do motor por meio da transformação de coordenadas e do controle de desacoplamento de corrente e tensão. O principal objetivo da tecnologia de controle vetorial é melhorar o desempenho dinâmico e a precisão estática do motor, ao mesmo tempo que otimiza a eficiência e a saída de torque do motor.

O controle vetorial é baseado no modelo matemático do motor e converte a variável trifásica do motor em uma variável de quadratura por meio da transformação de coordenadas, de modo a realizar o controle de desacoplamento de corrente e torque. As transformações de coordenadas comumente usadas incluem a transformada de Clarke e a transformada de Park:

-Transformada de Clarke: converte variáveis ​​trifásicas em variáveis ​​ortogonais para controle vetorial em um sistema de coordenadas estacionário.

-Parque Transformado: Converte variáveis ​​ortogonais em vetores em um sistema de coordenadas rotativas, que é usado para controle vetorial em um sistema de coordenadas rotativas.

 

A implementação do controle vetorial

A implementação do controle vetorial inclui principalmente as seguintes etapas:

A posição e velocidade do motor, bem como os valores de corrente e tensão, são detectados por sensores.

Usando o modelo matemático e a transformação de coordenadas do motor, o componente ortogonal da corrente do motor é calculado.

De acordo com o objetivo de controle, o componente de corrente CA é controlado pelo controlador de corrente para obter um controle preciso do motor.

A tecnologia PWM (Modulação por Largura de Pulso) converte o valor da corrente emitido pelo controlador no valor real da tensão e o aplica ao motor.

Repita as etapas acima continuamente para obter controle do motor em tempo real.

 

Vantagens do controle vetorial

O controle vetorial pode melhorar o desempenho dinâmico e a precisão estática do motor e realizar o controle preciso do motor. Ao mesmo tempo, otimiza a eficiência e a saída de torque do motor e simplifica o projeto do sistema de controle do motor. Isto melhora a eficiência energética do motor e reduz o custo de controle. O controle vetorial também fornece uma estrutura e método comum para controle de motores, que é conveniente para o controle de diferentes tipos de motores.

 

Estratégia de controle vetorial para motores síncronos de ímãs permanentes

A estratégia de controle vetorial é a parte central do controle do motor síncrono de ímã permanente, que realiza o controle preciso do torque e da velocidade do motor, controlando com precisão a corrente e a tensão do motor.

 

O goal de vector control

O objetivo principal do controle vetorial, também conhecido como controle orientado a campo (FOC), é obter controle preciso sobre motores síncronos de ímã permanente (PMSMs). Isto inclui não apenas a regulação precisa do torque e da velocidade, mas também o aprimoramento do desempenho e da eficiência geral do motor. O controle vetorial funciona desacoplando a corrente do estator em dois componentes ortogonais: um controlando o fluxo magnético e outro controlando o torque. Este desacoplamento permite o controle independente de torque e fluxo, semelhante aos métodos de controle usados ​​para motores de corrente contínua (CC).

Com o controle vetorial, os seguintes objetivos específicos são alcançados:

Controle preciso de torque:

Ao controlar com precisão o componente de corrente produtor de torque, o controle vetorial permite que o motor forneça o torque exato necessário para diversas condições de carga. Isto é crucial em aplicações onde a precisão do torque é vital, como robótica e veículos elétricos.

Regulação precisa da velocidade:

O controle vetorial permite o controle preciso da velocidade dos PMSMs ajustando a entrada de referência de velocidade e mantendo-a apesar de mudanças na carga ou outras condições externas. Isso garante que o motor opere na velocidade desejada, o que é essencial para aplicações como correias transportadoras e máquinas CNC.

Resposta dinâmica rápida:

Um dos principais benefícios do controle vetorial é sua capacidade de fornecer uma resposta dinâmica rápida. Isto significa que o motor pode ajustar-se rapidamente às mudanças nos comandos de carga ou velocidade, melhorando a capacidade de resposta geral do sistema. Isto é particularmente benéfico em aplicações de alto desempenho, como servoacionamentos e sistemas de tração.

Operação suave:

O controle vetorial ajuda a manter a operação suave do motor, minimizando as oscilações de torque e as vibrações. Isto é conseguido através do alinhamento preciso dos campos magnéticos do estator e do rotor, o que reduz o estresse mecânico e prolonga a vida útil do motor. A operação suave é crucial em aplicações como elevadores e equipamentos de fabricação de precisão.

Eficiência energética:

Ao otimizar os componentes atuais e manter níveis de fluxo ideais, o controle vetorial aumenta a eficiência energética dos PMSMs. Isto resulta num menor consumo de energia e custos operacionais reduzidos, tornando-o ideal para aplicações onde a eficiência energética é uma prioridade.

 

Seleção de estratégia de controle vetorial

Estratégia atual de controle vetorial: O controle preciso do torque do motor é obtido controlando o componente de corrente contínua do motor. Esta estratégia é adequada para situações onde são necessárias respostas rápidas e controle preciso.

Estratégia de controle vetorial de tensão: Ao controlar o componente de tensão direta do motor, a velocidade do motor pode ser controlada com precisão. Esta estratégia é adequada para situações em que é necessário manter o bom funcionamento do motor.

Estratégia de controle vetorial de campo magnético: Ao controlar os componentes de corrente contínua e tensão do motor ao mesmo tempo, o controle preciso do torque e da velocidade do motor é realizado. Esta estratégia é adequada para situações onde o controle de torque e velocidade precisa ser considerado.

 

Otimização do controle vetorial

Para melhorar ainda mais o desempenho do controle vetorial, as seguintes otimizações podem ser feitas:

Otimize os parâmetros do controlador PI (proporcional-integral): Ao ajustar os parâmetros do controlador PI, o desempenho dinâmico e a precisão estática do controle de corrente podem ser melhorados.

Introduzir filtros passa-baixo: A introdução de filtros passa-baixa em controladores de corrente e tensão pode suprimir a interferência de ruído de alta frequência e melhorar a estabilidade do controle.

Adote algoritmos de controle avançados: A introdução de algoritmos de controle avançados, como controle difuso, redes neurais, etc., pode melhorar ainda mais o desempenho do controle vetorial.

 

Aplicação da tecnologia de controle vetorial em motor síncrono de ímã permanente

Aplicações de regulação de velocidade do motor

Na aplicação da regulação da velocidade do motor, a tecnologia de controle vetorial pode obter um controle preciso da velocidade do motor. Ao definir o desvio entre a velocidade alvo e a velocidade real, a tecnologia de controle vetorial pode ajustar a corrente e a tensão do motor, alterando assim o torque e a velocidade do motor. Em comparação com o método tradicional de regulação de velocidade, a tecnologia de controle vetorial possui maior precisão de regulação de velocidade e velocidade de resposta mais rápida.

Aplicações de controle de posição do motor

Em aplicações de controle de posição do motor, a tecnologia de controle vetorial pode alcançar um controle preciso da posição do motor. Ao definir o desvio da posição alvo da posição real, a tecnologia de controle vetorial pode ajustar a corrente e a tensão do motor, alterando assim o torque e a posição do motor. Este método de controle de posição pode ser aplicado em ocasiões que exigem posicionamento e controle precisos, como máquinas-ferramentas CNC.

Aplicações de controle de torque do motor

Em aplicações de controle de torque do motor, a tecnologia de controle vetorial pode obter controle preciso do torque do motor. Ao definir o desvio entre o torque alvo e o torque real, a tecnologia de controle vetorial pode ajustar a corrente e a tensão do motor, alterando assim a saída de torque do motor. Este método de controle de torque pode ser aplicado a aplicações onde é necessário um controle preciso de torque, como geração de energia eólica.

Aplicações de otimização da eficiência do motor

Na aplicação da otimização da eficiência do motor, a tecnologia de controle vetorial pode reduzir a perda do motor e melhorar a eficiência do motor, otimizando a distribuição de corrente e tensão do motor. Além disso, a tecnologia de controle vetorial também pode monitorar o status de funcionamento do motor em tempo real, ajustar os parâmetros de controle do motor e realizar o controle adaptativo e a otimização da eficiência do motor.

 

Aplicações de diagnóstico e proteção de falhas em motores

Na aplicação de diagnóstico e proteção de falhas do motor, a tecnologia de controle vetorial pode julgar o status operacional e as condições de falha do motor monitorando os parâmetros de corrente, tensão e torque do motor em tempo real. Quando o motor falha, a tecnologia de controle vetorial pode cortar a fonte de alimentação ou tomar outras medidas de proteção a tempo de proteger o motor contra danos. Ao mesmo tempo, através da análise e processamento de dados de falhas, pode fornecer informações de referência valiosas para o reparo e manutenção do motor.

Portanto, a tecnologia de controle vetorial é uma das principais tecnologias para realizar o controle preciso de motores síncronos de ímã permanente, o que pode melhorar o desempenho dinâmico, a precisão estática e a utilização de energia do motor. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de eletrônica de potência e da teoria de controle, a aplicação da tecnologia de controle vetorial em motores síncronos de ímã permanente será mais extensa e profunda, proporcionando mais possibilidades de melhoria do desempenho do motor e expansão da aplicação.

ENNENG é uma empresa de alta tecnologia especializada em pesquisa e desenvolvimento de motores síncronos de ímã permanente. Esses motores são projetados para fornecer desempenho de alta e baixa tensão, baixa velocidade e alto torque. Eles são amplamente utilizados em diversas indústrias, como minas de ouro, minas de carvão, fábricas de pneus, poços de petróleo e estações de tratamento de água. Os motores síncronos de ímã permanente da ENNENG oferecem diversas vantagens, incluindo recursos de economia de energia, respeito ao meio ambiente e baixos requisitos de manutenção. Com seu design avançado e desempenho confiável, esses motores são a escolha ideal para aplicações que exigem baixa velocidade e alto torque.

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