By
No contexto de crescentes crises energéticas e preocupações ambientais, a pesquisa no campo de sistemas de acionamento de motor eficientes e ecológicos está ganhando força. Entre estes, o Motor Síncrono de Imã Permanente (PMSM) destaca-se por sua alta eficiência, níveis de ruído reduzidos e características de menor consumo de energia, o que promoveu sua ampla implantação em diversos setores.
No entanto, para concretizar todo o potencial de uma PMSM, seriam necessárias metodologias sofisticadas para controle. Entre as metodologias, a tecnologia de controle de vetores tem um status alto devido à sua capacidade de fornecer comando preciso sobre os PMSMs.
Uma compreensão inclusiva do controlo de vetores não só nos fornece a visão correta sobre PMSM características de desempenho, mas também sustenta um suporte teórico significativo para aplicações pragmáticas. Ao mesmo tempo, serve como uma pedra de toque valiosa auxiliando a evolução dentro dos avanços da tecnologia de controle motor.
O controle vetorial é uma técnica moderna de controle de motor, que, por meio da transformação de coordenadas e do controle de desacoplamento de corrente e tensão, o controle de alta precisão do motor pode ser realizado. O objetivo principal da tecnologia de controle vetorial é realizar alto desempenho dinâmico e alta precisão estática do motor, ao mesmo tempo em que melhora a eficiência e a saída de torque do motor.
O controle vetorial depende do modelo matemático do motor, que converte a variável trifásica do motor em uma variável de quadratura por meio da transformação de coordenadas para realizar o controle de desacoplamento de corrente e torque. As transformações de coordenadas comumente usadas são a transformada de Clarke e a transformada de Park:
-Transformada de Clarke: transforma variáveis trifásicas em variáveis ortogonais para controle vetorial em um sistema de coordenadas estacionário.
-Parque Transformado: Transforma variáveis ortogonais em vetores no sistema de coordenadas rotativo; usado no controle vetorial sobre um sistema de coordenadas rotativo.
Inclui principalmente as seguintes etapas para realizar o controle de vetores:
A posição e a velocidade do motor, e os valores de corrente e tensão, são detectados por sensores.
Com base no modelo matemático do motor e na transformação de coordenadas, calcule o componente de corrente ortogonal do motor. Controle o componente CA de acordo com o alvo de controle usando um controlador de corrente para implementar o controle preciso do motor. Use a tecnologia PWM para transformar o valor de corrente emitido pelo controlador no valor de tensão real e aplicá-lo ao motor.
Repita os passos acima continuamente para controle do motor em tempo real.
O controle vetorial pode melhorar o desempenho dinâmico e a precisão estática do motor, e implementar o controle preciso do motor. Enquanto isso, ele otimiza a eficiência e a saída de torque do motor e simplifica o design do sistema de controle do motor. Isso melhora a eficiência energética do motor e reduz os custos de controle. O controle vetorial permite uma estrutura e uma maneira comuns para o controle do motor, portanto, é conveniente para controlar diferentes tipos de motores.
A estratégia de controle vetorial é a essência do controle do motor síncrono de ímã permanente e realiza o controle de alta precisão do torque e da velocidade do motor, controlando com precisão a corrente e a tensão do motor.
O principal objetivo do controle vetorial, também conhecido como controle orientado a campo (FOC), é fornecer um controle preciso de PMSMs. Isso não envolve apenas a regulação precisa de torque e velocidade, mas também abrange o aprimoramento do desempenho geral e da eficiência do motor. O controle vetorial faz isso desacoplando a corrente do estator em dois componentes ortogonais, um responsável pelo controle do fluxo magnético e o outro pelo controle do torque. Dessa forma, o controle independente de torque e fluxo, como com motores CC, é possível.
Envolve atingir objetivos específicos com o controle de vetores das seguintes maneiras:
O controle vetorial garante a aplicação do torque exato que um motor precisa sob diferentes condições de carga por meio do controle preciso do componente de corrente que produz torque. Isso se torna importante em aplicações que precisam de torque de precisão, como robótica e veículos elétricos.
O controle por vetor permite que o controle de velocidade de PMSMs seja executado precisamente inserindo uma referência de velocidade e mantendo-a mesmo quando as condições mudam, como variação de carga. Um motor funcionará na velocidade desejada - por exemplo, correias transportadoras e máquinas CNC exigem uma velocidade constante.
A vantagem mais importante do controle vetorial é a possibilidade de obter uma resposta dinâmica rápida. Isso significa que o motor pode responder rapidamente contra mudanças na carga ou comando de velocidade, melhorando a responsividade geral do sistema. Tal possibilidade é muito valiosa em aplicações de alto desempenho: servo drives e sistemas de tração.
O controle do vetor tem o propósito de manter a operação suave do motor com ondulação de torque e vibrações mecânicas mínimas. Ele faz isso alinhando precisamente os campos magnéticos do estator e do rotor, reduzindo assim o estresse mecânico no motor e prolongando sua vida útil. A operação suave é primordial em aplicações como elevadores e equipamentos de fabricação de precisão.
Ao otimizar os componentes existentes e manter o fluxo em níveis ótimos, o controle vetorial aumenta a eficiência energética dos PMSMs. O consumo de energia diminui e os custos operacionais são reduzidos, sendo, portanto, ideal para aplicações onde a eficiência energética é necessária.
A estratégia existente de controle de vetores: Ao controlar o componente de corrente contínua do motor, pode-se controlar precisamente o torque do motor. A estratégia mencionada acima será aplicável em situações que exigem resposta rápida e controle de precisão.
Estratégia de controle vetorial de tensão: essa estratégia pode, controlando o componente de tensão direta do motor, regular com precisão a velocidade do motor. É adequada para condições de trabalho que exigem o funcionamento suave do motor.
Estratégia de controle vetorial de campo magnético: Por meio do controle de componentes de corrente contínua e tensão do motor ao mesmo tempo, o motor realiza o controle de precisão de torque e velocidade. Aplica-se a situações que exigem a consideração de controle de torque ou velocidade.
Outras otimizações que melhoram o desempenho do controle vetorial incluem o seguinte:
Otimize os parâmetros do controlador PI (proporcional-integral): Otimize os parâmetros do controlador PI para que ele melhore o desempenho dinâmico e melhore a precisão estática do controle de corrente.
Introduzir filtros passa-baixo: Adicione filtros passa-baixa aos controladores de corrente e tensão. A filtragem passa-baixa reduzirá a interferência de ruído de alta frequência e melhorará 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.
Aplicações de regulação de velocidade do motor
Em relação à aplicação da velocidade do motor, a tecnologia de controle vetorial pode facilmente atingir alta precisão ao atingir certas velocidades do motor. Ao fornecer apenas um desvio entre a velocidade real e a velocidade alvo do motor, o método da tecnologia de controle vetorial ajusta os valores de corrente e tensão do motor e altera seu torque e velocidade também. Comparada com outros métodos tradicionais para governança de velocidade, a tecnologia de controle vetorial tem sido caracterizada por maior precisão regulatória de velocidade e uma velocidade de regulação mais rápida.
Aplicações de controle de posição do motor
Na aplicação do controle de posição do motor, a tecnologia de controle vetorial pode atingir alta precisão no controle 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 voltagem do motor, alterando assim o torque e a posição do motor. Este método de controle de posição pode ser aplicado a ocasiões que exigem posicionamento e controle precisos, como máquinas-ferramentas CNC.
Aplicações de controle de torque do motor
A tecnologia de controle vetorial pode atingir alta precisão no controle de torque do motor durante o controle de torque do motor. A tecnologia de controle vetorial pode alterar a corrente e a tensão fornecidas ao motor definindo um desvio entre os torques definidos e reais, alterando assim a saída de torque do motor. Essa forma de controle de torque pode então ser aplicada nas aplicações que precisam de um controle de torque tão alto, como na 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, regular os parâmetros de controle do motor e realizar o controle adaptativo e a otimização da eficiência do motor.
Nesse sentido, a tecnologia de controle vetorial tem sido aplicada no diagnóstico e proteção contra falhas de motor; ela pode fazer julgamentos sobre o estado de operação e a condição de falha de um motor monitorando os parâmetros de corrente, tensão e torque em tempo real. Quando se trata de falha do motor, a tecnologia de controle vetorial cortaria a energia a tempo ou tomaria outros tipos de ações de proteção para salvar o motor de danos. Além disso, por meio da análise e processamento de dados de falha, ela pode fornecer informações de referência valiosas para o reparo e manutenção do motor.
A tecnologia de controle vetorial é uma das tecnologias essenciais para motores síncronos de ímã permanente de alto desempenho e alta precisão, garantindo desempenho dinâmico, precisão estática e uso efetivo de energia pelo motor. Em uma palavra, com mais melhorias na tecnologia de eletrônica de potência e o desenvolvimento da teoria de controle, a tecnologia de controle vetorial aplicada em PMSMs encontrará aplicações mais extensas e profundas, abrindo mais possibilidades no campo de melhoria de desempenho e expansão de aplicações.
ENNENG é uma empresa de alta tecnologia dedicada à pesquisa e desenvolvimento de Motores Síncronos de Ímã Permanente. Esses motores são usados para desempenho de alta e baixa tensão, baixa velocidade e alto torque. Eles têm amplas aplicações em indústrias relacionadas a minas de ouro, minas de carvão, fábricas de pneus, poços de petróleo e estações de tratamento de água. Os Motores Síncronos de Ímã Permanente ENNENG desfrutam de várias vantagens, como economia de energia, respeito ao meio ambiente e baixa manutenção. Com design avançado e alta confiabilidade, o desempenho dos motores os torna muito aplicáveis em áreas que lidam com baixa velocidade e alto torque.
