Metoda FOC

Do takich zalicza się metodę polowo-zorientowaną (Field-Oriented Control, FOC). W technice tej, wykorzystując przekształcenia matematyczne, transformuje się kontrolowane zmienne tak, żeby także móc oddzielnie regulować moment i strumień. Przekształcenia te pozwalają na odwzorowanie ortogonalnej zależności charakterystycznej dla silników prądu stałego dla pól stojana i wirnika w silnikach prądu przemiennego.

Te transformacje to przekształcenia Clarke’a i Parka. Pierwsze z nich transformuje układ trójfazowy do układu dwóch współrzędnych, a drugie przekształca dwufazowe wektory układu stacjonarnego na wektory wirujące. W rezultacie uzyskuje się dwie składowe prądu stojana, za pośrednictwem których można niezależnie i z dużą dynamiką sterować strumieniem i momentem obrotowym.

Wyróżnia się trzy metody zaliczane do grupy technik FOC. W Direct FOC kąt strumienia wirnika jest obliczany bezpośrednio na podstawie oszacowania albo pomiaru strumienia, w Indirect FOC – pośrednio na podstawie dostępnej prędkości i obliczeń poślizgu, natomiast w bezczujnikowej na podstawie oszacowania pozycji i prędkości.

Sterowanie wektorowe jest metodą złożoną, opartą na modelu matematycznym silnika. Pozwala z dużą precyzją kontrolować prędkość oraz moment obrotowy. Sprawdza się w aplikacjach o dużej dynamice, ze stałym momentem obrotowym, o małych prędkościach oraz z obciążeniami o ciężkim rozruchu.

Problemy z przemiennikami – cz. 2

Wyróżnikiem napędów z przemiennikami częstotliwości są także napięcia i prądy wspólne, których źródłem są falowniki sterowane sygnałem PWM. Na rysunku A przedstawiono sumę przebiegów napięć w trójfazowym układzie zasilania silnika przez napęd tego typu, która jak widać, nie w każdym punkcie wynosi zero, inaczej niż w typowym trójfazowym układzie zasilania z sieci energetycznej, w przypadku której suma trzech faz jest zawsze równa zeru i składowa wspólna nie występuje (rys. B). Ma to negatywne konsekwencje, ponieważ ilekroć w obwodzie zasilanym przez przemiennik częstotliwości suma ta ulega zmianie, do ziemi płynie prąd proporcjonalny do tej zmiany. W ten sposób tworzą się pętle prądowe mogące uszkadzać lub zaburzać działanie komponentów systemu.

Rys. A. Suma przebiegów napięć w trójfazowym układzie zasilania przez przemiennik częstotliwości

Prądy wspólne indukowane przez napięcia wspólne rozchodzą się przez pojemności pasożytnicze, które występują pomiędzy elementami kabla (przewodami, ekranem) i silnika (od ramy do stojana, przez łożyska do wału oraz wirnika). Przedstawiono je na rysunku C, na którym dodatkowo strzałkami zaznaczono przykładowe ścieżki przepływu prądów wspólnych.

Rys. B. Suma przebiegów napięć w trójfazowym układzie zasilania z sieci energetycznej

Tymi drogami mogą się sprzęgać zaburzenia wysokoczęstotliwościowe zakłócające pracę układów cyfrowych. Ponadto prądy wspólne o wysokiej częstotliwości mogą płynąć z ramy silnika (stojana) przez pojemność między łożyskami a bieżnią zewnętrzną przez wał napędzanej maszyny do masy. Przepływ prądów łożyskowych jest zjawiskiem niepożądanym, ponieważ powoduje powstawanie wżerów na powierzchni bieżni, co z czasem prowadzi do uszkodzenia łożysk.