Controlul Direct al Cuplului Dtc

Controlul direct al cuplului îmbină teoria controlului vectorial cu teoria controlului direct, cât și cu procesele recente din domeniul procesoarelor de semnal (DSP) și cu tehnologia ASIC din domeniul circuitelor integrate.

Teoria controlul direct admite că, pentru o tensiune dată din circuitul intermediar de curent continuu și pentru o anumită valoare a fluxului de referință statoric , se va obține o frecvență unică de operare a invertorului, făra a se impune o frecvență de referință.

Schema de bază a controlului direct al cuplului este prezentată in figura următoare:

Fig 1.1. Schema de bază a controlului direct al cuplului

Pe scurt, se analizează elemente ale schemei: comparatoarele de flux și cuplu, tabela optimă de comutare a dispozitivelor semiconductoare de putere.

Comparatoarele de cuplu și flux

Când cuplul sau fluxul se află sub limita benzii de histerezis, ieșirea comparatorului se deplasează în “ high “ și, viceversa, când cuplul sau fluxul se află peste limita benzii de histerezis, ieșirea comparatorului trece în “ low “.

Limita superioară “ high “ și limita inferioară “ low “ ale benzii de histerezis sunt calculate astfel încât să mențină frecvența de comutare a dispozitivului de putere în gama 1,5 – 3,5 kHz.

Tabela optimă de comutare

Cuplul degajat de motor este proporțional cu fluxul statoric și cu cel rotoric. Fluxul statoric este menținut constant, cuplul fiind verificat prin modificarea unghiului dintre vectorul de flux statoric și cel rotoric. Când este necesară o creștere de cuplu, este selectat vectorul de tensiune care să dezvolte o componentă de flux statoric tangențială, care se rotește antiorar, în raport cu fluxul rotoric.

Unghiul creat între cei doi vectori de flux duce la creșterea cuplului.

Atunci când este necesară o scădere a cuplului, este selectat vectorul de tensiune care să permită scăderea naturală a cuplului, cât și a fluxului.

Dacă fluxul statoric scade sub limita benzii de histerezis, ieșirea comparatorului de flux va forța din nou creșterea acestuia.

În cazul în care ieșirea comparatorului de cuplu este încă la o valoare scăzută, un nou vector de tensiune este selectat pentru a crește fluxul statoric și a reduce unghiul dintre vectorul flux statoric și vectorul flux rotoric.

Avantajul folosirii tabelei optimale de control este acela că înlătură timpul de întârziere al invertorului clasic.

Alt avantaj este reducerea zgomotului asociat invertorului PWM.

Modelul motorului

Se diferențiază patru semnale de reacție, având la bază modelul motorului:

fluxul statoric actual;

viteza actuală;

frecvența actuală;

cuplul actual.

Fluxul statoric actual și cuplul actual, fiind considerate critice pentru control, se calculează la fiecare 25µs, iar viteza actuală și frecvența actuală sunt calculate la 1ms.

Datele dinamice de intrare ale modelului motorului sunt:

2 curenți statorici de fază;

pozițiile de comutare a invertorului;

tensiunea din circuitul intermediar de curent continuu.

Datele statice de intrare ale modelului provin din două surse:

date de intrare oferite de utilizator (tensiunea nominală, curentul nominal, puterea nominală, viteza nominală)

date de intrare determinate automat pe durata procesului de autotuning, (rezistențele statorică și rotorică, inductivitățile statorice și rotorice).

În controlul direct al cuplului , cu motorul de inducție alimentat de la un invertor de tensiune , se controlează direct fluxul util statoric și cuplul electromagnetic prin selectarea modului optim de comutare al tranzistoarelor invertorului.

Comutația se efectuează, în așa fel încât, eroarea de flux și cuplu să se încadreze într-o bandă de histerezis, care prezintă pierderi armonice reduse, având scopul de a obține un răspuns rapid în cuplu și de a reduce frecvența de comutare a invertorului.

Avantajele principale ale controlului direct al cuplului sunt:

timp minim de răspuns în cuplu;

absența transformării de coordonate;

absența circuitului de decuplare a tensiunii;

număr redus de regulatoare (în controlul vectorial sunt folosite minimum patru).

Dezavantajele principale ale controlului direct al cuplului sunt:

probleme legate de estimatoarele de flux și cuplu;

posibile probleme pe durata pornirii, la viteze mici sau la schimbarea comenzii de cuplu;

riplu mare în cuplu.

În tabelul următor este prezentată o scurtă caracterizare a tipurilor de control:

Tabelul 1.1.

În tabelul 1.2 se prezintă o comparative a performanțelor în viteză și cuplu pentru diverse tipuri de control

Tabelul 1.2.