Двигатели переменного тока часто используются в оборудовании, которое работает с постоянной скоростью независимо от нагрузки, таком как вентиляторы, насосы и конвейеры. Но когда требуется регулирование скорости, двигатель переменного тока соединяется с частотно-регулируемый привод (VFD), который регулирует частоту вращения двигателя с помощью одного из двух методов управления — скалярного или векторного — для изменения частоты подаваемого напряжения.

A скалярный это величина, которая имеет только величина, например, масса или температура.A вектор это величина, которая имеет как по величине, так и по направлению, например, ускорение или сила.

Скалярные методы управления VFD работают за счет оптимизации потока двигателя и поддержания постоянной напряженности магнитного поля, что обеспечивает постоянный крутящий момент. Скалярные методы, часто называемые регулированием V/Hz или V/f, различаются оба напряжение (V) и частота (f) питания двигателя для поддержания фиксированного, постоянного соотношения между ними, так что напряженность магнитного поля остается постоянной, независимо от частоты вращения двигателя.

Соответствующее соотношение В/Гц равно номинальному напряжению двигателя, деленному на его номинальную частоту. Управление В/Гц обычно осуществляется без обратной связи (т.е. по разомкнутому контуру), хотя возможно управление в/Гц по замкнутому контуру, включающее обратную связь двигателя.

Управление В/Гц является простым и недорогостоящим, хотя следует отметить, что реализация с замкнутым контуром увеличивает стоимость и сложность. Настройка управления не требуется, но может повысить производительность системы.

Регулирование скорости с помощью скалярного управления осуществляется только в диапазоне от 2 до 3 процентов от номинальной частоты двигателя, поэтому эти методы не подходят для применений, где требуется точное регулирование скорости. Управление с разомкнутым контуром В/ Гц уникально своей способностью позволять одному VFD управлять несколькими двигателями и, возможно, является наиболее часто реализуемым методом управления VFD.

Векторное управление — также называемое полевым управлением (FOC) — управляет скоростью или крутящим моментом двигателя переменного тока путем управления пространственными векторами тока статора способом, аналогичным (но более сложным, чем) Методы управления постоянным током. Полевое управление использует сложную математику для преобразования трехфазной системы, зависящей от времени и скорости, в двухкоординатную (d и q) систему, не зависящую от времени.

Ток статора в двигателе переменного тока состоит из двух составляющих: намагничивающей составляющей (d) тока и составляющей, создающей крутящий момент (q). С помощью FOC эти два компонента тока управляются независимо (каждый со своим собственным PI-контроллер). Это позволяет компоненту q, создающему крутящий момент, оставаться ортогональной потоку вращения ротора для создания максимального крутящего момента и, следовательно, оптимального регулирования скорости.

Подобно скалярным методам, векторные методы управления VFD могут быть разомкнутыми или замкнутыми. Векторное управление с разомкнутым контуром (также называемое бессенсорным векторным управлением) использует математическую модель рабочих параметров двигателя, а не устройство физической обратной связи. Контроллер отслеживает напряжение и ток двигателя и сравнивает их с математической моделью. Затем он исправляет любые ошибки, регулируя ток, подаваемый на двигатель, что соответствующим образом регулирует крутящий момент двигателя. При бессмысленном векторном управлении важно иметь очень точную математическую модель двигателя, и контроллер должен быть настроен для правильной работы.

Векторное управление с замкнутым контуром использует энкодер для обеспечения обратной связи по положению вала, и эта информация передается на контроллер, который регулирует подаваемое напряжение для увеличения или уменьшения крутящего момента. Это единственный метод, который позволяет напрямую регулировать крутящий момент во всех четырех секторах работы двигателя для динамическое торможение или регенерация.

Методы векторного управления более сложны, чем скалярные методы управления VFD, но в некоторых приложениях они дают значительные преимущества по сравнению со скалярными методами. Например, векторное управление с разомкнутым контуром позволяет двигателю вырабатывать высокий крутящий момент на низких оборотах, а векторное управление с замкнутым контуром позволяет двигателю вырабатывать до 200 процентов номинального крутящего момента на нулевой скорости, что полезно для удержания нагрузок в неподвижном состоянии. Векторное управление с замкнутым контуром также обеспечивает очень точное регулирование крутящего момента и скорости для промышленного применения.