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, имеющая только величина, например, масса или температура.A вектор это величина, имеющая как величина, так и направление, например, ускорение или сила.

Скалярные методы управления ЧРП работают за счет оптимизации потока двигателя и поддержания постоянной напряженности магнитного поля, что обеспечивает постоянную выработку крутящего момента. Скалярные методы, часто называемые регулированием в/Гц или В/f, различаются оба напряжение (V) и частота (f) питания двигателя для поддержания фиксированного, постоянного соотношения между ними, поэтому напряженность магнитного поля постоянна независимо от частоты вращения двигателя.

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

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

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

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. Управление, ориентированное на поле, использует сложную математику для преобразования трехфазной системы, зависящей от времени и скорости, в двухкоординатную (d и q), не зависящую от времени систему.

Ток статора в двигателе переменного тока состоит из двух компонентов: намагничивающего компонента (d) тока и компонента, создающего крутящий момент (q). С FOC эти два компонента тока управляются независимо (каждый со своим собственным Контроллер PI). Это позволяет поддерживать составляющую крутящего момента q перпендикулярной потоку вращения ротора для получения максимального крутящего момента и, следовательно, оптимального регулирования частоты вращения.

Подобно скалярным методам, векторные методы управления VFD могут быть разомкнутыми или замкнутыми. Векторное управление с разомкнутым контуром (также называемое векторным управлением без датчиков) использует математическую модель рабочих параметров двигателя, а не физическое устройство обратной связи. Контроллер отслеживает напряжение и ток, поступающие от двигателя, и сравнивает их с математической моделью. Затем он исправляет любые ошибки, регулируя ток, подаваемый на двигатель, который соответствующим образом регулирует крутящий момент двигателя. При бессмысленном векторном управлении важно иметь очень точную математическую модель двигателя, а 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 контроллеру, 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 предлагают значительные преимущества по сравнению со скалярными методами. Например, векторное управление с разомкнутым контуром позволяет двигателю выдавать высокий крутящий момент на низких оборотах, а векторное управление с замкнутым контуром позволяет двигателю выдавать до 200 процентов от номинального крутящего момента на нулевых оборотах, 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.