3.1.2 Принцип векторного управления

Векторное управление является методом управления синхронными и асинхронными двигателями, не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз (скалярное управление), но и обеспечивающим управление магнитным потоком ротора. Первые реализации принципа векторного управления и алгоритмы повышенной точности нуждаются в применении датчиков положения (скорости) ротора.

В общем случае под "векторным управлением" понимается взаимодействие управляющего устройства с так называемым "пространственным вектором", который вращается с частотой поля двигателя.

Математический аппарат векторного управления

Для асинхронных и синхронных двигателей (АД и СД) принцип векторного управления можно сформулировать следующим образом.

Необходимо определить направление и угловое положение вектора потокосцепления ротора двигателя. Ортогональные оси x,y (в отечественной литературе для асинхронных машин применяют оси x,y) направляют так, что ось x совпадает с направлением вектора потокосцепления ротора. Вектор напряжения статора двигателя регулируют в осях x,y Составляющая напряжения по оси x регулирует величину тока статора по оси x.

Изменяя ток статора по оси x, следует добиваться требуемого значения амплитуды вектора потокосцепления ротора. Ток статора по оси y, контролируемый напряжением по этой оси, определит момент, развиваемый двигателем. В таком режиме работы СД и АД подобны двигателю постоянного тока. Так, по оси x формируется поле машины (обмотка возбуждения для двигателя постоянного тока), а ток по оси y задаёт момент (якорная обмотка двигателя постоянного тока).

Векторное управление может быть реализовано не только при определении направления и углового положения вектора потокосцепления ротора (система «Transvektor»). Практический интерес представляют аналогичные устройства с управлением по вектору главного потокосцепления двигателя, которые в нашей стране стали именоваться векторными системами. Указанные устройства управления имеют свои особенности. Применение вектора потокосцепления ротора теоретически обеспечивает большую перегрузочную способность АД. При использовании устройства управления по вектору главного потокосцепления и стабилизации модуля главного потокосцепления двигателя во всех режимах работы исключается чрезмерное насыщение магнитной системы, упрощается структура управления АД. Для составляющих вектора главного потокосцепления (по осям α, β статора) возможно прямое измерение, например, с помощью датчиков Холла, устанавливаемых в воздушном зазоре двигателя.

Питание АД и СД в режиме векторного управления осуществляется от инвертора, который может обеспечить в любой момент времени требуемые амплитуду и угловое положение вектора напряжения (или тока) статора. Измерение амплитуды и положение вектора потокосцепления ротора производится с помощью наблюдателя (математический аппарат, позволяющий восстанавливать неизмеряемые параметры системы).

Для векторного управления асинхронным двигателем следует сначала привести его к упрощенной двухполюсной машине, которая имеет две обмотки на статоре и роторе. В соответствии с этим имеются системы координат связанные со статором, ротором и полем.