שיטות בקרת מהפך

כונני תדר משתנה-נמוכים לשימוש כללי- בעלי מתח מוצא של 380-650V, הספק מוצא של 0.75-400kW ותדר פעולה של 0-400Hz.

המעגלים הראשיים שלהם כולם משתמשים במעגלי AC-DC-AC. שיטות השליטה שלהם עברו את ארבעת הדורות הבאים:

שיטת בקרת רוחב דופק סינוס (SPWM).
המאפיינים שלו כוללים מבנה מעגל בקרה פשוט, עלות נמוכה יותר ומאפיינים מכניים טובים, העומדים בדרישות לבקרת מהירות חלקה בכוננים כלליים. נעשה בו שימוש נרחב בתחומי תעשייה שונים. עם זאת, בתדרים נמוכים, בשל מתח המוצא הנמוך, המומנט מושפע באופן משמעותי מירידה במתח ההתנגדות של הסטטור, מה שמפחית את מומנט המוצא המרבי. יתר על כן, המאפיינים המכניים שלו אינם חזקים כמו אלו של מנוע DC, ויכולת המומנט הדינמית וביצועי בקרת המהירות הסטטית שלו אינם מספקים לחלוטין. ביצועי המערכת אינם גבוהים, עקומת הבקרה משתנה עם שינויים בעומס, תגובת המומנט איטית וניצול מומנט המנוע נמוך. במהירויות נמוכות, הביצועים מתדרדרים עקב התנגדות הסטטור והשפעות של אזורים מתים של מהפך, והיציבות מחמירה. לכן, חוקרים פיתחו ויסות מהירות משתנה של בקרת וקטור.

שיטת בקרת מתח מרחב וקטור פולס Width Modulation (SVPWM).
שיטה זו מבוססת על השפעת היצירה הכוללת של צורת הגל התלת-פאזית, במטרה להעריך את מסלול השדה המגנטי המסתובב המעגלי האידיאלי במרווח האוויר המנוע. הוא יוצר את צורת הגל המאופנת תלת-פאזית בשלב אחד, תוך שימוש במצולע רשום כדי להעריך את המעגל. לאחר שימוש מעשי, הוא שופר על ידי הצגת פיצוי תדרים כדי למנוע שגיאות בקרת מהירות; הערכת משרעת השטף המגנטי באמצעות משוב כדי לבטל את השפעת התנגדות הסטטור במהירויות נמוכות; וסגירת לולאות מתח המוצא והזרם כדי לשפר את הדיוק והיציבות הדינמיים. עם זאת, למעגל הבקרה יש רכיבים רבים, וויסות מומנט אינו מוצג, כך שביצועי המערכת לא שופרו מהותית.

שיטת בקרת וקטור (VC).
ויסות מהירות משתנה של בקרת וקטור כוללת הפיכת זרמי הסטטור Ia, Ib ו-Ic של מנוע אסינכרוני במערכת קואורדינטות תלת-פאזית לזרמי AC שוות ערך Ia1 ו-Ib1 במערכת קואורדינטות נייחת דו-פאזית באמצעות טרנספורמציה תלת-פאזית לדו{5}}פאזית. לאחר מכן, באמצעות טרנספורמציה סיבובית המכוונת על ידי השדה המגנטי של הרוטור, אלו הופכים לזרמי DC שוות ערך Im1 ו- It1 במערכת קואורדינטות מסתובבת סינכרונית (Im1 שווה ערך לזרם העירור של מנוע DC; It1 שווה ערך לזרם האבזור פרופורציונלי למומנט). לאחר מכן מחקים את שיטת הבקרה של מנוע DC כדי לקבל את כמויות הבקרה של מנוע DC. באמצעות טרנספורמציות קואורדינטות הפוכות תואמות, מושגת השליטה במנוע האסינכרוני. בעיקרו של דבר, זה שווה ערך להפיכת מנוע AC למנוע DC, ולשליטה עצמאית ברכיבי המהירות והשדה המגנטי. על ידי שליטה בחיבור השטף הרוטור, ולאחר מכן פירוק זרם הסטטור כדי להשיג את מרכיבי המומנט והשדה המגנטי, מושגת שליטה אורתוגונלית או מנותקת באמצעות טרנספורמציה של קואורדינטות. הכנסת שיטת הבקרה הווקטורית הייתה פורצת דרך. עם זאת, ביישומים מעשיים, בשל הקושי בתצפית מדויקת על הצמדת שטף הרוטור, מאפייני המערכת מושפעים מאוד מפרמטרי המנוע, והטרנספורמציה של הסיבוב הווקטור המשמש בתהליך בקרת מנוע DC המקביל היא מורכבת, מה שמקשה על השגת התוצאות האנליטיות האידיאליות בפועל.

שיטת בקרת מומנט ישירה (DTC).
בשנת 1985, פרופסור DePenbrock מאוניברסיטת Ruhr בגרמניה הציע לראשונה את טכנולוגיית התדרים המשתנים של בקרת מומנט ישירה. טכנולוגיה זו פתרה במידה רבה את החסרונות של שיטת הבקרה הווקטורית שהוזכרה לעיל, והתפתחה במהירות הודות לקונספט הבקרה החדש שלה, מבנה המערכת הפשוט והברור וביצועים דינמיים וסטטיים מצוינים. טכנולוגיה זו יושמה בהצלחה על כונני AC-בהספק גבוה עבור מתיחה של קטר חשמלי. בקרת מומנט ישירה מנתחת ישירות את המודל המתמטי של מנוע ה-AC במערכת הקואורדינטות של הסטטור ושולטת על הצמדת השטף והמומנט של המנוע. זה לא מצריך הפיכת מנוע AC למנוע DC שווה ערך, ובכך מבטל חישובים מורכבים רבים בטרנספורמציה של סיבוב וקטור; זה לא צריך לחקות את השליטה של ​​מנוע DC, וגם לא צריך לפשט את המודל המתמטי של מנוע AC עבור ניתוק.

שיטת בקרת ממיר מטריקס
תדר משתנה VVVF, תדר משתנה בקרת וקטור ותדר משתנה בקרת מומנט ישירה הם כל סוגי המרת תדר AC-DC-AC. החסרונות הנפוצים שלהם כוללים גורם כוח כניסה נמוך, זרמים הרמוניים גדולים, הצורך בקבלים גדולים לאחסון אנרגיה במעגל DC, וחוסר היכולת להזין אנרגיה רגנרטיבית בחזרה לרשת החשמל, כלומר הם לא יכולים לפעול בארבעה ריבועים. לכן, הופיעו ממירי מטריקס. מכיוון שממירי מטריצה ​​מבטלים את קישור DC הביניים, הם מבטלים את הצורך בקבלים אלקטרוליטיים גדולים ויקרים. הם יכולים להשיג מקדם הספק של 1, זרם כניסה סינוסואיד ופעולה של ארבעה-ריבועים, וכתוצאה מכך צפיפות הספק גבוהה. למרות שטכנולוגיה זו עדיין לא בשלה, היא ממשיכה למשוך חוקרים רבים למחקר-מעמיק. המהות שלו אינה שליטה עקיפה בזרם, שטף מגנטי וכו', אלא שליטה ישירה במומנט. השיטות הספציפיות הן:
שליטה על השטף המגנטי של הסטטור על ידי הכנסת צופה שטף מגנטי של הסטטור להשגת שיטת בקרה ללא חיישנים.
זיהוי אוטומטי (ID) מסתמך על מודל מתמטי מוטורי מדויק לזיהוי אוטומטי של פרמטרים מוטוריים.
חישוב הערכים האמיתיים של עכבת הסטטור, השראות הדדית, גורמי רוויה מגנטיים, אינרציה וכו', כדי לחשב את המומנט בפועל, השטף המגנטי של הסטטור ומהירות הרוטור לשליטה בזמן אמת-.
יישום פס-בקרת פס: הפקת אותות PWM המבוססים על פס-בקרת פס של שטף מגנטי ומומנט כדי לשלוט במצב המיתוג של המהפך.
לממירי מטריקס יש תגובת מומנט מהירה (<2ms), high speed accuracy (±2%, without PG feedback), and high torque accuracy (<+3%); they also have high starting torque and high torque accuracy, especially at low speeds (including zero speed), where they can output 150% to 200% torque.