Control vectorial
Control vectorial este o metodă de control al motoarelor sincrone și asincrone, nu doar generând curenți (tensiuni) armonici ai fazelor (control scalar), dar și asigură controlul fluxului magnetic al rotorului. Primele implementări ale principiului controlului vectorial și ale algoritmilor de înaltă precizie necesită utilizarea senzorilor de poziție (viteză) a rotorului.
În general, sub „ control vectorial„ se referă la interacțiunea dispozitivului de control cu așa-numitul „vector spațial”, care se rotește cu frecvența câmpului motor.
Aparat matematic de control vectorial
Fundația Wikimedia. 2010.
Vedeți ce este „Controlul vectorial” în alte dicționare:
Hârtie de calc cu el. Vektorregelung. O metodă de control a vitezei de rotație și/sau a cuplului unui motor electric folosind influența unui convertor de antrenare electrică asupra componentelor vectoriale ale curentului statorului motorului electric. În literatura în limba rusă în ... Wikipedia
Soluția problemei de control optim a teoriei matematice, în care acțiunea de control u=u(t) se formează sub forma unei funcție a timpului (prin urmare se presupune că în timpul procesului nu există altă informație decât cea dată la inceputul intra in sistem...... Enciclopedie matematică
- (acționare controlată în frecvență, PNC, Variable Frequency Drive, VFD) sistem pentru controlul vitezei rotorului a unui motor electric asincron (sau sincron). Este format din motorul electric în sine și un convertor de frecvență... Wikipedia
Acest termen are alte semnificații, vezi CNC (sensuri). Se propune fuzionarea acestei pagini cu CNC. Explicarea motivelor și discuție pe pagina Wikipedia: Spre unificare/25 f... Wikipedia
Statorul și rotorul unei mașini asincrone 0,75 kW, 1420 rpm, 50 Hz, 230-400 V, 3,4 2,0 A O mașină asincronă este o mașină electrică cu curent alternativ ... Wikipedia
- (DPR) parte a unui motor electric. La motoarele electrice cu comutator, senzorul de poziție a rotorului este o unitate de comutator cu perii, care este și un comutator de curent. La motoarele electrice fără perii, senzorul de poziție a rotorului poate fi de diferite tipuri... Wikipedia
DS3 DS3 010 Date de bază Țara de construcție ... Wikipedia
O mașină asincronă este o mașină electrică cu curent alternativ, a cărei viteză a rotorului nu este egală cu (mai mică decât) viteza de rotație a câmpului magnetic creat de curentul înfășurării statorului. Mașinile asincrone sunt cele mai comune electrice... ... Wikipedia
Cea mai cunoscută metodă de economisire a energiei este reducerea vitezei motorului AC. Deoarece puterea este proporțională cu cubul vitezei arborelui, o mică reducere a vitezei poate duce la economii semnificative de energie. Toată lumea înțelege cât de relevant este acest lucru pentru producție. Dar cum să realizezi acest lucru? Vom răspunde la aceasta și la alte întrebări, dar mai întâi să vorbim despre tipurile de control ale motoarelor asincrone.
Unitatea electrică AC este un sistem electromecanic care servește drept bază pentru majoritatea proceselor tehnologice. Un rol important în el revine convertorului de frecvență (FC), care joacă principalul „cântare al viorii principale a duetului” – motorul asincron (IM).
Un pic de fizică elementară
De la școală, avem o idee clară că tensiunea este diferența de potențial dintre două puncte, iar frecvența este o valoare egală cu numărul de perioade prin care curentul reușește să le treacă literalmente într-o secundă.
Ca parte a procesului tehnologic, este adesea necesară modificarea parametrilor de funcționare ai rețelei. În acest scop, există convertoare de frecvență: scalare și vectoriale. De ce se numesc asa? Să începem cu faptul că caracteristicile speciale ale fiecărui tip devin clare din numele lor. Să ne amintim elementele de bază ale fizicii elementare și să ne permitem să numim IF mai scurt pentru simplitate. „Vectornik” are o anumită direcție și se supune regulilor vectorilor. „Scalarnik” nu are nimic din toate acestea, așa că algoritmul de control al acestuia este în mod natural foarte simplu. Se pare că numele au fost hotărâte. Acum să vorbim despre modul în care diferitele mărimi fizice din formulele matematice sunt legate între ele.
Îți amintești că de îndată ce viteza scade, cuplul crește și invers? Aceasta înseamnă că cu cât rotația rotorului este mai mare, cu atât fluxul va trece prin stator mai mare și, în consecință, va fi indusă o tensiune mai mare.
Același principiu constă în principiul de funcționare în sistemele pe care le luăm în considerare, doar în „scalar” câmpul magnetic al statorului este controlat, iar în „vector” interacțiunea câmpurilor magnetice ale statorului și rotorului joacă un rol important. rol.În acest din urmă caz tehnologia face posibilă îmbunătățirea parametrilor tehnici ai funcționării sistemului de propulsie.
Diferențele tehnice între convertoare
Există multe diferențe, să le evidențiem pe cele mai elementare și fără o rețea științifică de cuvinte. Pentru un driver de frecvență scalar (fără senzor), relația U/F este liniară, iar domeniul de control al vitezei este destul de mic. Apropo, acesta este motivul pentru care la frecvențe joase nu există suficientă tensiune pentru a menține cuplul și, uneori, este necesară ajustarea caracteristicii tensiune-frecvență (VFC) la condițiile de funcționare, același lucru se întâmplă la o frecvență maximă peste 50 Hz. .
La rotirea arborelui într-o gamă largă de viteze și frecvență joasă, precum și îndeplinirea cerințelor pentru controlul automat al cuplului, este utilizată metoda de control vectorial cu feedback. Aceasta dezvăluie o altă diferență: scalarul nu are de obicei un astfel de feedback.
Ce situații de urgență să alegeți? Aplicarea unuia sau altuia dispozitiv este ghidată în principal de domeniul de utilizare al acționării electrice. Cu toate acestea, în cazuri speciale, alegerea tipului de convertizor de frecvență devine fără alegere. În primul rând: există o diferență clară, vizibilă de preț (cele scalare sunt mult mai ieftine, nu este nevoie de nuclee de calcul scumpe). Prin urmare, producția mai ieftină depășește uneori procesul decizional. În al doilea rând: există domenii de aplicare în care doar utilizarea lor este posibilă, de exemplu, în liniile de transport, unde mai multe motoare electrice sunt controlate sincron de la unul (VFD).
Metoda scalară
O unitate electrică asincronă cu control scalar al vitezei (adică, VFC) rămâne cea mai comună astăzi. Baza metodei este că turația motorului este o funcție a frecvenței de ieșire.
Controlul scalar al motorului este alegerea optimă pentru cazurile în care nu există sarcină variabilă și nu este nevoie de o dinamică bună. Scalarul nu necesită senzori pentru a funcționa. Când utilizați această metodă, nu este nevoie de un procesor digital costisitor, așa cum este cazul controlului vectorial.
Metoda este adesea folosită pentru controlul automat al ventilatoarelor, compresoarelor și altor unități Aici este necesar ca fie turația de rotație a arborelui motorului să fie menținută folosind un senzor, fie un alt indicator specificat (de exemplu, temperatura lichidului, controlată). printr-un dispozitiv de urmărire adecvat).
Cu control scalar, modificarea frecvenței-amplitudine a tensiunii de alimentare este determinată de formula U/fn = const. Acest lucru permite un flux magnetic constant în motor. Metoda este destul de simplă, ușor de implementat, dar nu fără unele dezavantaje semnificative:
- Nu este posibil să se controleze simultan cuplul și viteza, astfel încât este selectată valoarea cea mai semnificativă din punct de vedere tehnologic;
- interval îngust de control al vitezei și cuplu scăzut la viteze mici;
- performanță slabă cu sarcină în schimbare dinamică.
Ce este metoda vectorului?
Metoda vectorială
A apărut în procesul de îmbunătățire și este utilizat atunci când este necesar să se realizeze viteza maximă, reglarea într-o gamă largă de viteze și controlabilitatea cuplului pe arbore.
În cele mai recente modele de acționări electrice, în sistemul de control (CS) de acest tip este introdus un model matematic al motorului, care este capabil să calculeze cuplul motorului și viteza de rotație a arborelui. În acest caz, este necesară doar instalarea senzorilor de curent de fază a statorului.
Astăzi au un număr suficient de avantaje:
- precizie ridicată;
- fără smucire, rotație lină a tensiunii arteriale;
- gamă largă de reglementări;
- răspuns rapid la modificările de încărcare;
- asigurarea modului de funcționare al motorului, în care pierderile datorate încălzirii și magnetizării sunt reduse, iar acest lucru duce la o creștere prețuită a eficienței!
Avantajele sunt, desigur, evidente, dar metoda controlului vectorial nu este lipsită de dezavantaje, cum ar fi complexitatea de calcul și necesitatea cunoașterii indicatorilor tehnici ai motorului. În plus, se observă amplitudini mai mari ale fluctuațiilor de viteză decât în „scalar” sub sarcină constantă. Sarcina principală în fabricarea unui convertor de frecvență („vector”) este de a furniza un cuplu mare la viteză mică de rotație.
Diagrama unui sistem de control vectorial cu o unitate de modulație a lățimii impulsului (PWM) arată cam așa:
În diagrama prezentată, obiectul controlat este un motor asincron conectat la un senzor (DS) de pe arbore. Blocurile ilustrate sunt de fapt verigă din lanțul sistemului de control implementat pe controler. Blocul BZP stabilește valorile variabilelor. Blocurile logice (BRP) și (BVP) reglează și calculează variabilele ecuației. Controlerul în sine și alte părți mecanice ale sistemului sunt amplasate în dulapul electric.
Opțiune cu microcontroler de frecvență
Convertorul de frecvență curent/tensiune este proiectat pentru reglarea lină a cantităților de bază, precum și a altor indicatori de funcționare a echipamentului. Funcționează ca un „scalar” și un „vector” în același timp, folosind modele matematice programate în microcontrolerul încorporat. Acesta din urmă este montat într-un panou special și este unul dintre nodurile rețelei de informații ale sistemului de automatizare.
Controlerul bloc/convertorul de frecvență este cea mai recentă tehnologie; în circuitul cu acestea se folosesc inductori, care reduc intensitatea zgomotului de intrare. Trebuie remarcat că în străinătate se acordă o atenție deosebită acestei probleme.În practica internă, utilizarea filtrelor EMC rămâne încă o verigă slabă, deoarece nu există nici măcar un cadru de reglementare sensibil. Folosim filtrele în sine mai des acolo unde nu sunt necesare și acolo unde sunt cu adevărat necesare, din anumite motive de care sunt uitate.
Concluzie
Faptul este că un motor electric în funcționare normală din rețea tinde să aibă parametri standard; acest lucru nu este întotdeauna acceptabil. Acest fapt este eliminat prin introducerea diferitelor mecanisme de angrenare pentru a reduce frecvența la cea necesară. Astăzi s-au format două sisteme de control: un sistem fără senzori și un sistem cu senzori cu feedback. Principala lor diferență este precizia controlului. Cel mai precis, desigur, este al doilea.
Cadrul existent este extins prin utilizarea diferitelor sisteme moderne de control IM, oferind o calitate îmbunătățită a reglementării și o capacitate mare de suprasarcină. Acești factori sunt de mare importanță pentru producția rentabilă, durata de viață lungă a echipamentelor și consumul economic de energie.
Dmitri Levkin
Control scalar(frecvență) - o metodă de control al curentului alternativ fără perii, care constă în menținerea unui raport constant tensiune/frecvență (V/Hz) pe întregul interval de viteză de funcționare, controlând în același timp doar mărimea și frecvența tensiunii de alimentare.
Raportul V/Hz este calculat pe baza valorii nominale (și frecvenței) motorului de curent alternativ care este monitorizat. Menținând constant raportul V/Hz, putem menține un flux magnetic relativ constant în intervalul motor. Dacă raportul V/Hz crește, atunci motorul devine supraexcitat și invers dacă raportul scade, motorul este într-o stare subexcitată.
Modificarea tensiunii de alimentare a motorului cu control scalar
La viteze mici este necesar să se compenseze căderea de tensiune pe rezistența statorului, astfel încât raportul V/Hz la viteze mici este setat mai mare decât valoarea nominală. Metoda de control scalar este cea mai utilizată pentru a controla motoare electrice asincrone.
Așa cum se aplică motoarelor asincrone
În metoda de control scalar, viteza este controlată prin setarea tensiunii și frecvenței statorului, astfel încât câmpul magnetic din spațiu să fie menținut la valoarea dorită. Pentru a menține un câmp magnetic constant în decalaj, raportul V/Hz trebuie să fie constant la viteze diferite.
Pe măsură ce viteza crește, și tensiunea de alimentare a statorului trebuie să crească proporțional. Cu toate acestea, frecvența sincronă a unui motor asincron nu este egală cu viteza arborelui, ci depinde de sarcină. Astfel, un sistem scalar de control în buclă deschisă nu poate controla cu precizie viteza atunci când este prezentă o sarcină. Pentru a rezolva această problemă, feedback-ul de viteză și, prin urmare, compensarea alunecării, poate fi adăugat la sistem.
Dezavantajele controlului scalar
- Metodă control scalar relativ simplu de implementat, dar are câteva dezavantaje semnificative:
- în primul rând, dacă nu este instalat un senzor de viteză, nu puteți controla viteza de rotație a arborelui, deoarece aceasta depinde de sarcină (prezența unui senzor de viteză rezolvă această problemă), iar în cazul unei modificări a sarcinii, puteți pierde complet. Control;
- în al doilea rând, nu poate fi controlată. Desigur, această problemă poate fi rezolvată folosind un senzor de cuplu, dar costul instalării acestuia este foarte mare și, cel mai probabil, va fi mai mare decât acționarea electrică în sine. În acest caz, controlul cuplului va fi foarte inerțial;
- de asemenea, este imposibil să controlezi cuplul și viteza în același timp.
Controlul scalar este suficient pentru majoritatea sarcinilor în care se utilizează o acționare electrică cu un interval de control al turației motorului de până la 1:10.
Când este necesară viteza maximă, se utilizează capacitatea de reglare pe o gamă largă de viteze și capacitatea de a controla cuplul motorului electric.
Conform celor mai recente statistici, aproximativ 70% din toată energia electrică generată în lume este consumată de motoare electrice. Și în fiecare an acest procent crește.
Cu o metodă selectată corect de control al unui motor electric, este posibil să se obțină eficiență maximă, cuplu maxim pe arborele mașinii electrice și, în același timp, performanța generală a mecanismului va crește. Motoarele electrice care funcționează eficient consumă un minim de energie electrică și oferă eficiență maximă.
Pentru motoarele electrice alimentate de un invertor, eficiența va depinde în mare măsură de metoda aleasă de control al mașinii electrice. Numai prin înțelegerea meritelor fiecărei metode pot inginerii și proiectanții sistemelor de acționare să obțină performanța maximă din fiecare metodă de control.
Conţinut:
Metode de control
Mulți oameni care lucrează în domeniul automatizării, dar care nu sunt implicați îndeaproape în dezvoltarea și implementarea sistemelor de acționare electrică, consideră că controlul motoarelor electrice constă într-o secvență de comenzi introduse folosind o interfață de la un panou de control sau PC. Da, din punctul de vedere al ierarhiei generale de control a unui sistem automatizat, acest lucru este corect, dar există și modalități de a controla motorul electric în sine. Aceste metode vor avea un impact maxim asupra performanței întregului sistem.
Pentru motoarele asincrone conectate la un convertor de frecvență, există patru metode principale de control:
- U/f – volți pe herți;
- U/f cu encoder;
- Control vectorial în buclă deschisă;
- Control vectorial în buclă închisă;
Toate cele patru metode folosesc modularea lățimii impulsului PWM, care modifică lățimea unui semnal fix prin variarea lățimii impulsurilor pentru a crea un semnal analogic.
Modularea lățimii impulsului este aplicată convertizorului de frecvență prin utilizarea unei tensiuni fixe de magistrală de curent continuu. prin deschiderea și închiderea rapidă (mai corect, comutarea) generează impulsuri de ieșire. Variind lățimea acestor impulsuri la ieșire, se obține un „sinusoid” al frecvenței dorite. Chiar dacă forma tensiunii de ieșire a tranzistoarelor este pulsată, curentul se obține totuși sub formă de sinusoid, deoarece motorul electric are o inductanță care afectează forma curentului. Toate metodele de control se bazează pe modulația PWM. Diferența dintre metodele de control constă numai în metoda de calcul a tensiunii furnizate motorului electric.
În acest caz, frecvența purtătoare (indicată cu roșu) reprezintă frecvența maximă de comutare a tranzistoarelor. Frecvența purtătoare pentru invertoare este de obicei în intervalul 2 kHz - 15 kHz. Referința de frecvență (indicată cu albastru) este semnalul de comandă a frecvenței de ieșire. Pentru invertoarele utilizate în sistemele convenționale de acționare electrică, de regulă, variază de la 0 Hz la 60 Hz. Atunci când semnale de două frecvențe sunt suprapuse unul peste altul, va fi emis un semnal pentru deschiderea tranzistorului (indicat cu negru), care furnizează tensiune de alimentare motorului electric.
Metoda de control U/F
Controlul Volt-per-Hz, cel mai frecvent denumit U/F, este poate cea mai simplă metodă de control. Este adesea folosit în sistemele simple de acționare electrică datorită simplității și numărului minim de parametri necesari pentru funcționare. Această metodă de control nu necesită instalarea obligatorie a unui encoder și setări obligatorii pentru o acționare electrică cu frecvență variabilă (dar este recomandată). Acest lucru duce la costuri mai mici pentru echipamentele auxiliare (senzori, fire de feedback, relee etc.). Controlul U/F este folosit destul de des în echipamentele de înaltă frecvență, de exemplu, este adesea folosit la mașinile CNC pentru a conduce rotația axului.
Modelul cu cuplu constant are un cuplu constant pe întreaga gamă de viteze cu același raport U/F. Modelul cu raport de cuplu variabil are o tensiune de alimentare mai mică la viteze mici. Acest lucru este necesar pentru a preveni saturarea mașinii electrice.
U/F este singura modalitate de reglare a vitezei unui motor electric asincron, care permite controlul mai multor acționări electrice de la un convertor de frecvență. În consecință, toate mașinile pornesc și se opresc simultan și funcționează la aceeași frecvență.
Dar această metodă de control are mai multe limitări. De exemplu, atunci când utilizați metoda de control U/F fără un encoder, nu există absolut nicio certitudine că arborele unei mașini asincrone se rotește. În plus, cuplul de pornire al unei mașini electrice la o frecvență de 3 Hz este limitat la 150%. Da, cuplul limitat este mai mult decât suficient pentru a găzdui majoritatea echipamentelor existente. De exemplu, aproape toate ventilatoarele și pompele folosesc metoda de control U/F.
Această metodă este relativ simplă datorită specificațiilor sale mai slabe. Reglarea vitezei este de obicei în intervalul 2% - 3% din frecvența maximă de ieșire. Răspunsul la viteză este calculat pentru frecvențe peste 3 Hz. Viteza de răspuns a convertizorului de frecvență este determinată de viteza de răspuns a acestuia la modificările frecvenței de referință. Cu cât viteza de răspuns este mai mare, cu atât motorul electric va răspunde mai rapid la modificările setării vitezei.
Intervalul de control al vitezei când se utilizează metoda U/F este 1:40. Înmulțind acest raport cu frecvența maximă de funcționare a motorului electric, obținem valoarea frecvenței minime la care poate funcționa mașina electrică. De exemplu, dacă valoarea frecvenței maxime este de 60 Hz și intervalul este 1:40, atunci valoarea frecvenței minime va fi de 1,5 Hz.
Modelul U/F determină relația dintre frecvență și tensiune în timpul funcționării unui variator de frecvență. Conform acesteia, curba de setare a vitezei de rotație (frecvența motorului) va determina, pe lângă valoarea frecvenței, și valoarea tensiunii furnizate la bornele mașinii electrice.
Operatorii și tehnicienii pot selecta modelul de control U/F dorit cu un singur parametru într-un convertor de frecvență modern. Șabloanele preinstalate sunt deja optimizate pentru aplicații specifice. Există, de asemenea, oportunități de a crea propriile șabloane care vor fi optimizate pentru o anumită unitate de frecvență variabilă sau sistem de motor electric.
Dispozitivele precum ventilatoarele sau pompele au un cuplu de sarcină care depinde de viteza lor de rotație. Cuplul variabil (imaginea de mai sus) al modelului U/F previne erorile de control și îmbunătățește eficiența. Acest model de control reduce curenții de magnetizare la frecvențe joase prin reducerea tensiunii pe mașina electrică.
Mecanismele cu cuplu constant, cum ar fi transportoare, extrudere și alte echipamente, folosesc o metodă de control constant al cuplului. Cu sarcină constantă, este necesar un curent de magnetizare complet la toate vitezele. În consecință, caracteristica are o pantă dreaptă pe întregul interval de viteză.
Metoda de control U/F cu encoder
Dacă este necesar să se mărească precizia controlului vitezei de rotație, la sistemul de control este adăugat un encoder. Introducerea feedback-ului de viteză folosind un encoder vă permite să creșteți precizia controlului la 0,03%. Tensiunea de ieșire va fi în continuare determinată de modelul U/F specificat.
Această metodă de control nu este utilizată pe scară largă, deoarece avantajele pe care le oferă în comparație cu funcțiile U/F standard sunt minime. Cuplul de pornire, viteza de răspuns și domeniul de control al vitezei sunt toate identice cu U/F standard. În plus, atunci când frecvențele de funcționare cresc, pot apărea probleme cu funcționarea codificatorului, deoarece are un număr limitat de rotații.
Control vectorial în buclă deschisă
Controlul vectorial în buclă deschisă (VC) este utilizat pentru controlul mai larg și mai dinamic al vitezei unei mașini electrice. La pornirea de la un convertor de frecvență, motoarele electrice pot dezvolta un cuplu de pornire de 200% din cuplul nominal la o frecvență de numai 0,3 Hz. Acest lucru extinde în mod semnificativ lista de mecanisme în care poate fi utilizată o acționare electrică asincronă cu control vectorial. Această metodă vă permite, de asemenea, să controlați cuplul mașinii în toate cele patru cadrane.
Cuplul este limitat de motor. Acest lucru este necesar pentru a preveni deteriorarea echipamentelor, utilajelor sau produselor. Valoarea cuplurilor este împărțită în patru cadrane diferite, în funcție de sensul de rotație al mașinii electrice (înainte sau înapoi) și în funcție de implementarea motorului electric. Limitele pot fi setate pentru fiecare cadran individual, sau utilizatorul poate seta cuplul total în convertizorul de frecvență.
Modul motor al unei mașini asincrone va fi prevăzut ca câmpul magnetic al rotorului să rămână în urma câmpului magnetic al statorului. Dacă câmpul magnetic al rotorului începe să depășească câmpul magnetic al statorului, atunci mașina va intra în modul de frânare regenerativă cu eliberare de energie; cu alte cuvinte, motorul asincron va comuta în modul generator.
De exemplu, o mașină de acoperire a sticlei poate utiliza limitarea cuplului în cadranul 1 (direcția înainte cu cuplu pozitiv) pentru a preveni strângerea excesivă a capacului sticlei. Mecanismul se deplasează înainte și folosește cuplul pozitiv pentru a strânge capacul sticlei. Dar un dispozitiv precum un ascensor cu o contragreutate mai grea decât vagonul gol va folosi cadranul 2 (rotație inversă și cuplu pozitiv). Dacă cabina se ridică la ultimul etaj, atunci cuplul va fi opus vitezei. Acest lucru este necesar pentru a limita viteza de ridicare și pentru a preveni căderea liberă a contragreutății, deoarece este mai grea decât cabina.
Feedback-ul de curent în aceste convertoare de frecvență vă permite să stabiliți limite ale cuplului și curentului motorului electric, deoarece pe măsură ce curentul crește, cuplul crește și el. Tensiunea de ieșire a invertorului poate crește dacă mecanismul necesită un cuplu mai mare sau poate scădea dacă este atinsă valoarea maximă admisă. Acest lucru face ca principiul controlului vectorial al unei mașini asincrone să fie mai flexibil și mai dinamic în comparație cu principiul U/F.
De asemenea, convertizoarele de frecvență cu control vectorial și buclă deschisă au un răspuns la viteză mai rapid de 10 Hz, ceea ce face posibilă utilizarea în mecanisme cu sarcini de șoc. De exemplu, la concasoarele de roci, sarcina este în continuă schimbare și depinde de volumul și dimensiunile rocii care sunt prelucrate.
Spre deosebire de modelul de control U/F, controlul vectorial folosește un algoritm vectorial pentru a determina tensiunea maximă efectivă de funcționare a motorului electric.
Controlul vectorial al VU rezolvă această problemă datorită prezenței feedback-ului asupra curentului motorului. De regulă, feedback-ul de curent este generat de transformatoarele de curent interne ale convertizorului de frecvență însuși. Folosind valoarea curentului obținut, convertizorul de frecvență calculează cuplul și fluxul mașinii electrice. Vectorul curent al motorului de bază este împărțit matematic într-un vector de curent de magnetizare (I d) și cuplu (I q).
Folosind datele și parametrii mașinii electrice, invertorul calculează vectorii curentului de magnetizare (I d) și ai cuplului (I q). Pentru a obține performanțe maxime, convertizorul de frecvență trebuie să țină I d și I q separate printr-un unghi de 90 0. Acest lucru este semnificativ deoarece sin 90 0 = 1, iar o valoare de 1 reprezintă valoarea maximă a cuplului.
În general, controlul vectorial al unui motor cu inducție oferă un control mai strict. Reglarea vitezei este de aproximativ ± 0,2% din frecvența maximă, iar domeniul de reglare ajunge la 1:200, ceea ce poate menține cuplul atunci când rulează la viteze mici.
Controlul feedback-ului vectorial
Controlul vectorului de feedback utilizează același algoritm de control ca și VAC în buclă deschisă. Principala diferență este prezența unui encoder, care permite variatorului de frecvență să dezvolte un cuplu de pornire de 200% la 0 rpm. Acest punct este pur și simplu necesar pentru a crea un moment inițial la deplasarea lifturilor, macaralelor și a altor mașini de ridicat, pentru a preveni tasarea încărcăturii.
Prezența unui senzor de feedback al vitezei vă permite să măriți timpul de răspuns al sistemului la mai mult de 50 Hz, precum și să extindeți domeniul de control al vitezei la 1:1500. De asemenea, prezența feedback-ului vă permite să controlați nu viteza mașinii electrice, ci cuplul. În unele mecanisme, valoarea cuplului este de mare importanță. De exemplu, mașină de bobinat, mecanisme de înfundare și altele. În astfel de dispozitive este necesar să se regleze cuplul mașinii.
Pentru a implementa capacitatea de a regla cuplul și viteza, unitățile electrice moderne folosesc următoarele metode de control al frecvenței, cum ar fi:
- Vector;
- Scalar.
Cele mai răspândite sunt acţionările electrice asincrone cu control scalar. Este utilizat în acţionarea compresoarelor, ventilatoarelor, pompelor şi a altor mecanisme în care este necesar să se menţină la un anumit nivel fie viteza de rotaţie a arborelui motorului electric (se foloseşte un senzor de viteză), fie un parametru tehnologic (de exemplu, presiune într-o conductă, folosind un senzor adecvat).
Principiul de funcționare al controlului scalar al unui motor asincron este că amplitudinea și frecvența tensiunii de alimentare se modifică conform legii U/f^n = const, unde n>=1. Cum va arăta această dependență într-un caz particular depinde de cerințele impuse de sarcina transmisiei electrice. De regulă, frecvența acționează ca o influență independentă, iar tensiunea la o anumită frecvență este determinată de tipul caracteristicii mecanice, precum și de valorile cuplurilor critice și de pornire. Datorită controlului scalar, se asigură o capacitate constantă de suprasarcină a unui motor asincron, independent de frecvența tensiunii, și totuși la frecvențe destul de joase poate apărea o reducere semnificativă a cuplului dezvoltat de motor. Valoarea maximă a domeniului de control scalar la care este posibilă reglarea vitezei de rotație a rotorului motorului electric fără a pierde momentul de rezistență nu depășește 1:10.
Controlul scalar al unui motor cu inducție este destul de simplu de implementat, dar există încă două dezavantaje semnificative. În primul rând, dacă un senzor de viteză nu este instalat pe arbore, atunci este imposibil să se regleze valoarea vitezei de rotație a arborelui, deoarece aceasta depinde de sarcina care acționează asupra acționării electrice. Instalarea unui senzor de viteză rezolvă cu ușurință această problemă, dar rămâne un alt dezavantaj semnificativ - incapacitatea de a regla valoarea cuplului pe arborele motorului. Puteți, desigur, să instalați un senzor de cuplu, dar costul unor astfel de senzori, de regulă, depășește costul unității electrice în sine. Mai mult, chiar dacă instalați un senzor de control al cuplului, procesul de control al acestui cuplu se va dovedi a fi incredibil de inerțial. Un alt „dar” - controlul scalar al unui motor asincron se caracterizează prin faptul că este imposibil să se regleze simultan viteza și cuplul, deci este necesar să se regleze valoarea care este cea mai importantă la un moment dat datorită condițiilor tehnologice. proces.
Pentru a elimina deficiențele controlului motor scalar, încă în anul 71 al secolului trecut, SIEMENS a propus introducerea unei metode de control motor vectorial. Primele acționări electrice cu control vectorial au folosit motoare care aveau senzori de debit încorporați, ceea ce a limitat în mod semnificativ domeniul de aplicare al acestor unități.
Sistemul de control al acționărilor electrice moderne conține un model matematic al motorului, care permite calcularea vitezei de rotație și a cuplului arborelui. În plus, doar senzorii de curent de fază a statorului motorului sunt instalați ca senzori necesari. Structura special concepută a sistemului de control asigură independența și controlul practic fără inerție al parametrilor principali - cuplul arborelui și viteza de rotație a arborelui.
Până în prezent, s-au format următoarele sisteme de control vectorial pentru motoarele asincrone:
- Fără senzor - nu există senzor de viteză pe arborele motorului,
- Sisteme cu feedback de viteză.
Utilizarea metodelor de control vectorial depinde de aplicarea acționării electrice. Dacă intervalul de măsurare a vitezei nu depășește 1:100, iar cerințele de precizie variază cu ±1,5%, atunci se utilizează un sistem de control fără senzori. Dacă măsurarea vitezei se efectuează în intervalul de valori care ating 1: 10000 sau mai mult, iar nivelul de precizie trebuie să fie destul de mare (±0,2% la viteze sub 1 Hz), sau este necesar să poziționați arborele sau controlați cuplul pe arbore la turații mici, apoi se folosește un sistem cu feedback de turație.
Avantajele metodei vectoriale de control al unui motor asincron:
- Nivel ridicat de precizie la reglarea vitezei arborelui, în ciuda posibilei absențe a unui senzor de viteză,
- Motorul se rotește la frecvențe joase fără smucituri, fără probleme,
- Dacă este instalat un senzor de viteză, este posibilă atingerea valorii nominale a cuplului pe arbore chiar și la turație zero,
- Răspuns rapid la posibilele modificări de sarcină - supratensiunile bruște de sarcină nu au practic niciun efect asupra vitezei de acționare electrică,
- Nivel ridicat de eficiență a motorului datorită pierderilor reduse datorate magnetizării și încălzirii.
În ciuda avantajelor evidente, metoda de control vectorial are și anumite dezavantaje - complexitate mai mare a calculelor; cunoașterea parametrilor motorului este necesară pentru funcționare. În plus, fluctuațiile valorii vitezei la o sarcină constantă sunt mult mai mari decât în cazul metodei de control scalar. Apropo, există zone în care acționările electrice sunt utilizate exclusiv cu o metodă de control scalar. De exemplu, o unitate electrică de grup în care un convertor alimentează mai multe motoare.
