Вектор-анализаторы и ротатор.

Для ориентации системы координат векторной системы управления необходимо определить текущее положение опорного вектора. Устройства реализующие эти функции обычно называются вектор-анализаторами.

Если в системе векторного управления требуется стабилизация потокосцепления, то его текущее значение нужно либо измерить, либо вычислить по другим величинам. Измерение потокосцепления не всегда возможно или желательно, т.к. требует установки в АД соответствующих датчиков и, кроме того, при снижении частоты вращения отношение полезного сигнала к шуму на выходе датчиков снижается настолько, что их использование становится невозможным.

В случае потокосцепления ротора его измерение практически невозможно и обычно производится вычисление. Проще всего оно осуществляется, если исходными величинами являются основное потокосцепление и ток статора. Из выражений (1.2.8 б) и (1.2.9) потокосцепление и ток ротора равны

Отсюда

или после разложения на составляющие в неподвижной системе координат, связанной со статором

.

Искомый модуль вектора потокосцепления ротора затем находится по теореме Пифагора . Структурная схема соответствующего блока вычисления приведена на рис. 2.11.

Основное потокосцепление y ₀ можно измерить, установив два датчика Холла так, чтобы один находился на оси обмотки фазы a, а другой на перпендикулярной оси. Тогда выходные сигналы датчиков будут пропорциональны y _ma и y _mb. Составляющие тока статора i ₁a и i ₁b получаются из фазных токов преобразованием 3-2 в соответствии с выражениями (1.1.2).

Потокосцепление можно определить и не прибегая к измерению магнитного потока. Достаточно измерить токи статора и угловую частоту вращения ротора. При этом вычисление можно производить во вращающейся или в неподвижной системе координат. Входными величинами в обоих случаях являются токи статора в неподвижной системе координат i ₁a и i ₁b и угловая частота вращения ротора w. Выходными – модуль вектора потокосцепления ротора |y ₂|=y _{2 d} и, если требуется, текущее значение его аргумента J ₁. Для вращающейся системы их связь с потокосцеплением ротора определяется выражением (2.2.5), а соответствующая ей структурная схема приведена на рис. 2.12 а).

Векторное уравнение ротора в неподвижной системе координат можно получить из выражения (1.4.5), положив w ^(mn) =0. Тогда

.

Отсюда, подставив , перейдя к изображениям и опуская индексы системы координат, получим

.

Раскладывая векторы тока статора и потокосцепления ротора на вещественную и мнимую составляющие, получим выражения для проекций потокосцепления в неподвижной системе координат

Этим выражениям соответствует структурная схема рис. 2.12 б), в которой затем по проекциям определяются модуль вектора, а также косинус и синус его аргумента –

Очевидно, что вычисление потокосцепления без использования датчиков магнитного потока требует построения значительно более сложных устройств, однако в некоторых случаях такое решение оправдано, т.к. установка датчиков и формирование в них выходного сигнала также является достаточно сложной задачей. Кроме того, устройства подобные изображенным на рис. 2.12 могут использоваться в системах асинхронного привода для создания контуров стабилизации магнитного потока ротора, т.е. стабилизации его модуля, что позволяет получить при частотном управлении механические характеристики с одинаковой жесткостью рабочих участков при всех частотах питания, что существенно расширяет диапазон регулирования АД.

Необходимым элементом системы векторного управления АД является ротатор, осуществляющий преобразование координат векторов в соответствии с выражениями (1.1.5) и(1.1.6). Если сигналы синуса и косинуса угла поворота J ₁ формируются другим блоком, то ротатор легко реализуется по схеме рис. 2.13. Для вращения в положительном направлении, т.е. для реализации функции , на синусный вход ротатора подается сигнал . Изменение направления вращения осуществляется либо инвертированием сигнала , либо инвертированием сигнала J ₁.

В случае, если входным сигналом ротатора является угол J ₁, то схема рис. 2.13 должна быть дополнена блоками вычисления функций синуса и косинуса, что очень сложно реализовать практически в аналоговой форме, но легко выполнить в цифровой с помощью соответствующей программы процессора или аппаратно с помощью тригонометрической таблицы, хранящейся в ПЗУ.