‌
قاعده کلی کنترل برداری یا
کنترل جهت یابی میدان موتور القایی (FOC)
۱-۱-مقدمه
ماشین‌های القایی نسبتاً ارزان و مقاوم هستند زیرا آن‌ها را می‌توان بدون حلقه‌های لغزان یا کموتاتور ساخت. این ماشین‌ها بصورت گسترده ای در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. بدین خاطر باید توجه بیشتری به کنترل موتور القایی برای شروع به کار ، ترمز کردن ، عملکرد چهار ناحیه ای و غیره نمود. کنترل حلقه باز ماشین با فرکانس متغیر ممکن است هنگامی که موتور عملکردی در گشتاور پایدار با نیاز به تنظیم سرعت دارد، درایو با تغییر سرعت رضایت بخشی را ارائه دهد. اما زمانی که به یک درایو با پاسخ دینامیکی سریع و سرعت صحیح یا کنترل گشتاور نیاز است یک کنترل حلقه باز، رضایت بخش نیست. بنابراین نیاز است که موتور در مد حلقه بسته عمل کند. عملکرد دینامیکی سیستم درایو ماشین القایی روی عملکرد کلی سیستم اثر زیادی می‌گذارد. از آن جایی که کنترل موتور القایی یک مدل غیر خطی دارد، انجام آن، یک کار مشکل می‌باشد. چرا که متغیرهای رتور به ندرت قابل اندازه گیری هستند و پارامترهای آن تحت شرایط کار تغییر می‌کنند. برای کنترل سرعت موتور القایی از چندین تکنیک استفاده می‌شود.این طرح می‌تواند به دو گروه اصلی تقسیم بندی شود:

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

الف) کنترل اسکالر : یکی از اولین روش های کنترل ماشین های القایی، کنترل سرعت ولت بر هرتز که آن را به عنوان یک روش اسکالر می‌شناسیم، می‌باشد که ماشین با نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت ، به منظور ثابت نگه داشتن شار فاصله هوایی و تولید ماکزیمم حساسیت گشتاور ، تحریک می‌شود. این روش نسبتاً ساده است. اما نتایج رضایت بخشی برای کاربردهای با عملکرد سطح بالا ، به بار نمی‌آورد. این موضوع ناشی از این حقیقت است که در روش اسکالر یک کوپلینگ ذاتی بین گشتاور و شار فاصله هوایی وجود دارد و این امر موجب کندی پاسخ ماشین القایی می‌گردد.
ب) کنترل برداری یا کنترل جهت یابی میدان^[۱]: برای غلبه بر محدودیت های روش کنترل اسکالر ، روش های جهت یابی میدان توسعه داده شدند. دراین روش متغیرها به یک چهارچوب مرجع انتقال داده می‌شوند که از نظر دینامیکی همانند کمیت های dc می‌گردند. کنترل مجزا بین شار و گشتاور این اجازه را می‌دهد که ماشین القایی به یک پاسخ گذرای سریع برسد. بنابراین جهت یابی میدان درایو ماشین القایی می‌تواند برای کاربردهای با عملکرد بالا جایی که به طور سنتی ماشین های dc استفاده می‌شدند، استفاده شود. طرح های بهتر از کنترل سنتی به یک حس گر سرعت برای عملکرد حلقه بسته نیاز دارد. حس گر سرعت چندین عیب از نقطه نظر درایو نظیر قیمت ، قابلیت اعتماد و ایمنی در مقابل نویز دارد. اخیراً دیدگاه های مختلف سرعت بدون حس گر در مقالات مختلف پیشنهاد شده است. اما به دلیل وجود متغیرهای متعدد و غیر خطی دینامیک موتور القایی ، تخمین سرعت روتور و شار بدون اندازه گیری متغیرهای مکانیکی هنوز نیز کاری مشکل می‌باشد.
در یک درایو موتور القایی سه قسمت عمده اصلی وجود دارد : یک موتور القایی ، یک دستگاه الکترونیک قدرت و یک کنترل کننده .
۱-۲-کنترل جهت یابی میدان موتورهای القایی
یک موتور القایی را می‌توان به عنوان یک منبع کنترل شده گشتاور تصور کرد. گشتاور توسعه یافته در موتور القایی نتیجه بر هم کنش بین جریان در آرمیچر و میدان مغناطیسی تولید شده در موتور است. کنترل مستقل جریان تحریک و آرمیچر در موتور DC تحریک مستقل امکان پذیر است. در یک موتور القایی، جریان سیم پیچی استاتور میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند و جریان در سیم پیچ رتورمی‌تواند به عنوان وسیله مستقیم کنترل گشتاور به کار رود. در یک حالت مشابه با موتورهای DC ، کنترل سرعت موتور القایی می‌تواند بوسیله کنترل جداگانه شار و گشتاور انجام شود. عمل ثابت نگه داشتن زاویه فضایی متعامد بین شار میدان و mmf آرمیچر در ماشین های القایی برای رسیدن به کنترل جداگانه شار و گشتاور توسط جهت یابی جریان استاتور و به واسطه رابطه آن با شار رتور تقلید می‌شود. چنین کنترل کننده هایی ، کنترلرهای جهت یابی میدان نامیده می‌شوند. مفهوم اساسی که از کنترل جداگانه شار و گشتاور از جهت یابی میدان نتیجه می‌شود می‌تواند از مدل محورهای d-q یک ماشین القایی با محورهای مرجع گردان با سرعت سنکرون به دست آورده شود. این کنترل روی یک طرح که سه فاز زمانی و سرعت وابسته سیستم را به سیستم زمان ثابت دو محور متعامد (محورهای d و q) تبدیل می‌کند ، استوار است.
۱-۲-۱-تبدیل متعامد
ولتاژهای سه فاز، جریان ها و شارهای موتورهای القایی را می‌توان در جملات بردارهای فضایی مختلط تجزیه و تحلیل نمود. با توجه به جریان ها ، بردارهای فضایی را می‌توان به صورت های زیر تعریف کرد. فرض اینکه i_c , i_b , i_a جریان هایی لحظه ای در فازهای استاتور هستند و داریم:
i_a + i_b + i_c = ۰ و بردار جریان مختلط استاتور به صورت زیر تعریف می‌شود:

که در آن  و  اپراتور فضایی است و  .
دیاگرام زیر بردار فضایی مختلط جریان استاتور را نشان می‌دهد.

شکل ۱‌-۱- بردار فضایی جریان استاتور.
که (a,b,c) محورهای سیستم سه فاز هستند. این بردار فضایی جریان یک سیستم سه فاز لحظه ای را نمایش می‌دهد. این بردار فضایی هم چنین می‌تواند در یک چهار چوب مرجع دیگر تنها با دو محور متعامد  رسم شود. قسمت حقیقی بردار فضایی مساوی مقدار لحظه ای مؤلفه جریان استاتور روی محور مستقیم  است. قسمت موهومی ، برابر با مؤلفه جریان استاتور روی محور عمودی  می‌باشد. بنابراین بردار فضایی جریان استاتور در چهارچوب مرجع ساکن وابسته به استاتور می‌تواند به صورت زیر بیان شود:

بردارهای فضایی کمیت‌های دیگر موتور (ولتاژها ، جریان های رتور ، شارهای مغناطیسی) نیز می‌توانند به همان روش بردار فضایی جریان استاتور تعریف شوند.
۱-۲-۲-تبدیل کلارک
در ماشین های سه فاز متقارن محور مستقیم و متعامد جریان های استاتور که در شکل ۱-۱ نشان داده شده است مؤلفه های جریان دو فاز ساختگی هستند. با فرض یکسان بودن محور  با محور a ما روابط زیر را در ارتباط با جریان های سه فاز واقعی استاتور داریم:

ثابت  برای تبدیل غیر توانی ثابت است. در این مورد ، مقادیر  و  با هم برابر هستند.
اگر نتیجه این شود که i_a + i_b + i_c = ۰ ، مؤلفه‌های فاز متعامد می‌تواند با بهره گرفتن از تنها دو فاز از سیستم سه فاز بیان شود.