600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Методы частотного управления двигателями переменного тока

Преобразователи частоты

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 подключается к частотно-регулируемому приводу (VFD), который регулирует частоту вращения двигателя с помощью одного из двух методов управления — скалярного или векторного — для изменения частоты подаваемого напряжения.

Скалярным называется физический параметр, который имеет только одну составляющую, например, масса или температура. Вектор — это физический параметр, который имеет как амплитуду, так и направление, например, ускорение или сила.

Принципы скалярного управления

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 = const, изменяют обе величины и напряжение (V) и частоту (f), подаваемого на двигатель тока 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 реализуется без обратной связи (т.е. с разомкнутым контуром), хотя возможно управление В/Гц с замкнутым контуром, включающее обратную связь по скорости вращения двигателя.

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

Пользовательские характеристики скалярного управления

Регулирование скорости с помощью скалярного управления осуществляется только в диапазоне 1:10 (минимальная устойчивая скорость — от 10% номинальной частоты вращения) от номинальной частоты двигателя. Кроме этого, если напряжение и частота питающего тока постоянны, то в зависимости от нагрузки электродвигателя, в пределах номинального скольжения изменяется его скольжение (обычно около 2% или более для двигателей с повышенным скольжением), а значит и частота вращения. То есть, скалярное управление не может обеспечить точное поддержание заданной скорости и большую глубину регулирования:

  • При использовании стандартного асинхронного электродвигателя примерный диапазон регулирования при скалярном управлении составляет 1:10, а статическая точность — около 2 % номинальной частоты вращения.

Поэтому скалярное управление не подходит для применений, где не требуется точное регулирование скорости или управление электродвигателем на малой скорости. Управление с разомкнутым контуром В/Гц уникально возможностью одному преобразователю частоты управлять несколькими двигателями и, возможно, является наиболее часто реализуемым методом управления в преобразователях частоты.

Основы векторного управления электродвигателем

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) управление вектором потока при управлении двигателем постоянного тока. Векторное управление использует сложную математику для преобразования трехфазной системы координат, 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 своим собственным ПИ-регулятором). Это позволяет компоненту тока статора q, создающему крутящий момент, оставаться перпендикулярным магнитному потоку ротора для создания максимального крутящего момента и, следовательно, для оптимального регулирования скорости.

Подобно скалярным методам, векторные методы управления ЧРП 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 отклонения, регулируя ток, подаваемый на двигатель, что соответствующим образом регулирует крутящий момент двигателя. При бездатчиковом векторном управлении важно иметь очень точную математическую модель двигателя, но 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 динамического торможения или рекуперации.

Пользовательские характеристики векторного управления

Методы векторного управления более сложны, чем скалярные методы управления ЧРП, но в некоторых приложениях они предлагают значительные преимущества по сравнению со скалярными методами:

  • для векторного управления без датчика скорости диапазон регулирования составляет 1:100 и статическая точность поддержания скорости — около 0,2 % от номинальной скорости;
  • для векторного управления с датчиком скорости диапазон регулирования начинается с самых низких скоростей вращения и может обеспечивать статическую точность поддержания скорости 0,02-0,01 % от номинальной скорости.

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.

Вам также может понравиться: