Simulacijski sistem za indirektno vektorsko upravljanje asinhronim motorom. Metode upravljanja koje se koriste u frekventnim pretvaračima za upravljanje AC motorima

Vektorska kontrola

Vektorska kontrola je metoda za upravljanje sinhronim i asinhronim motorima, ne samo da generira harmonijske struje (napone) faza (skalarno upravljanje), već i omogućava kontrolu fluksa rotora. Prve implementacije principa vektorskog upravljanja i algoritama povećane tačnosti zahtijevaju korištenje senzora položaja (brzine) rotora.

Općenito, pod " vektorsko upravljanje Podrazumijeva se "interakcija upravljačkog uređaja sa takozvanim "prostornim vektorom", koji rotira frekvencijom motornog polja.

Vektorski upravljački matematički aparat

Wikimedia fondacija. 2010.

Pogledajte šta je "Vektorska kontrola" u drugim rječnicima:

Paus papir sa njim. Vektorregelung. Metoda kontrole brzine rotacije i/ili momenta elektromotora korištenjem djelovanja pretvarača električnog pogona na vektorske komponente struje statora elektromotora. U literaturi na ruskom jeziku u ... Wikipediji

Rješenje problema optimalnog upravljanja matematičke teorije, u kojem se kontrolno djelovanje u = u (t) formira u obliku funkcije vremena (pri čemu se pretpostavlja da u toku procesa nema informacija , osim onog datog na samom početku, sistemu ... ... Enciklopedija matematike

- (frekvencijski upravljani pogon, VFD, Variable Frequency Drive, VFD) sistem upravljanja brzinom rotora asinhronog (ili sinhronog) elektromotora. Sastoji se od stvarnog elektromotora i frekventnog pretvarača ... Wikipedia

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte CNC (višeznačna odrednica). Predlaže se spajanje ove stranice sa CNC-om. Objašnjenje razloga i diskusija na stranici Wikipedije: Ka ujedinjenju / 25 f ... Wikipedia

Stator i rotor indukcione mašine 0,75 kW, 1420 o/min, 50 Hz, 230 400 V, 3,4 2,0 ​​A Asinhrona mašina je električna mašina naizmenične struje ... Wikipedia

- (DPR) dio elektromotora. U kolektorskim motorima senzor položaja rotora je četka-kolektor jedinica, koja je ujedno i strujni komutator. Kod motora bez četkica senzor položaja rotora može biti različitih tipova... Wikipedia

DS3 DS3 010 Osnovni podaci Zemlja proizvodnje ... Wikipedia

Asinhrona mašina je električna mašina naizmenične struje, čija brzina rotora nije jednaka (manja) frekvenciji rotacije magnetnog polja stvorenog strujom u namotu statora. Asinhrone mašine su najčešće električne ... ... Wikipedia

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Pretvarač frekvencije. Ovaj članak bi trebao biti vikifikovan. Molimo, uredite prema pravilima oblikovanja članaka... Wikipedia

DS3 ... Wikipedia

Knjige

• Štedno vektorsko upravljanje asinhronim elektromotorima: pregled stanja i novi rezultati: Monografija, Borisevič AV Monografija je posvećena metodama povećanja energetske efikasnosti vektorskog upravljanja asinhronim elektromotorima. Razmatra se model asinhronog elektromotora i princip vektora ...

glavna ideja vektorsko upravljanje je kontrola ne samo veličine i frekvencije napona napajanja, već i faze. Drugim riječima, kontrolira se veličina i ugao vektora prostora. Vektorska kontrola u poređenju sa ima veće performanse. Vektorsko upravljanje eliminira gotovo sve nedostatke skalarnog upravljanja.

Prednosti vektorske kontrole:
• visoka preciznost kontrole brzine;
• glatko pokretanje i glatka rotacija motora u cijelom frekvencijskom rasponu;
• brza reakcija na promjene opterećenja: kada se opterećenje promijeni, praktički nema promjene brzine;
• povećan opseg kontrole i tačnost kontrole;
• gubici za grijanje i magnetizaciju se smanjuju i povećavaju.

Nedostaci vektorske kontrole uključuju:
• potreba za postavljanjem parametara;
• velike fluktuacije brzine pri konstantnom opterećenju;
• velika računska složenost.

Opći funkcionalni dijagram vektorskog upravljanja

Opšti blok dijagram sistema za kontrolu brzine naizmenične struje visokih performansi prikazan je na gornjoj slici. Osnova kola je veza magnetnog fluksa i petlje za kontrolu obrtnog momenta zajedno sa jedinicom za evaluaciju, koja se može implementirati na različite načine. U ovom slučaju, eksterna petlja za regulaciju brzine je u velikoj mjeri objedinjena i generiše kontrolne signale za regulatore momenta M* i vezu magnetnog fluksa Ψ* (preko jedinice za kontrolu protoka). Brzina motora se može mjeriti pomoću senzora (brzina/položaj) ili se može dobiti putem evaluatora kako bi se omogućila implementacija.

Klasifikacija metoda vektorske kontrole

Od sedamdesetih godina dvadesetog veka predložene su mnoge metode kontrole obrtnog momenta. Nisu svi u širokoj upotrebi u industriji. Stoga se u ovom članku raspravlja samo o najpopularnijim metodama upravljanja. Prikazane su metode upravljanja momentom za upravljačke sisteme i sa sinusoidnim povratnim EMF-om.

Postojeće metode kontrole momenta mogu se klasifikovati na različite načine.

Najčešće se metode kontrole zakretnog momenta dijele u sljedeće grupe:
• linearni (PI, PID) regulatori;
• nelinearni (histeresisni) regulatori.

Bilješka:

1. Nema povratnih informacija.
2. Sa povratnim informacijama.
3. U stabilnom stanju

Među vektorskim kontrolama, najčešće se koriste (FOC - upravljanje orijentirano na polje) i (DTC - direktna kontrola momenta).

Linearni regulatori obrtnog momenta

Linearni regulatori obrtnog momenta rade u sprezi sa naponom modulacije širine impulsa (PWM). Regulatori određuju potrebni vektor napona statora usrednjeni tokom perioda uzorkovanja. Vektor napona se konačno sintetizira PWM metodom, a u većini slučajeva se koristi modulacija vektora prostora (SPM). Za razliku od šema nelinearne kontrole momenta, gdje se signali obrađuju trenutnim vrijednostima, u shemama linearne kontrole momenta, linearni kontroler (PI) radi sa vrijednostima usrednjenim tokom perioda uzorkovanja. Stoga se brzina uzorkovanja može smanjiti sa 40 kHz za nelinearne regulatore momenta na 2-5 kHz za krugove linearne kontrole momenta.

Kontrola orijentirana na teren

Kontrola orijentirana na teren(FOC, engleski field oriented control, FOC) je metoda upravljanja koja upravlja naizmjeničnom strujom bez četkica (,), poput DC mašine sa nezavisnom pobudom, što podrazumijeva da se polje i može kontrolirati zasebno.

Upravljanje orijentisano na polje, koje su 1970. godine predložili Blaschke i Hasse, zasniva se na analogiji sa mehaničkim upravljanjem. Kod ovog motora, namotaji polja i armature su razdvojeni, veza fluksa se kontroliše strujom polja, a obrtni moment se nezavisno kontroliše regulacijom struje. Dakle, struja fluksa i obrtnog momenta su električni i magnetski odvojeni.

Opšti funkcionalni dijagram upravljanja bez senzora orijentisanog na polje 1

S druge strane, motori na naizmjeničnu struju bez četkica (,) najčešće imaju trofazni statorski namotaj, a vektor struje statora I s se koristi za kontrolu i veze fluksa i momenta. Dakle, struja pobude i struja armature ujedinjeni u vektor struje statora i ne može se kontrolisati zasebno. Isključivanje se može postići matematički - dekompozicijom trenutne vrijednosti vektora struje statora I s na dvije komponente: uzdužnu komponentu struje statora I sd (stvaranje polja) i poprečnu komponentu struje statora I sq (stvaranje momenta ) u rotirajućem dq koordinatnom sistemu orijentisanom duž polja rotora (R -FOC - rotor flux-oriented control) - slika iznad. Tako upravljanje AC motorom bez četkica postaje identično upravljanju i može se izvesti pomoću PWM pretvarača sa linearnim PI regulatorom i modulacijom vektora naponskog prostora.

U upravljanju orijentiranom na polje, moment i polje se kontroliraju indirektno kontroliranjem komponenti vektora struje statora.

Trenutne vrijednosti struja statora se pretvaraju u dq rotacionog koordinatnog sistema korištenjem Park transformacije αβ / dq, koja također zahtijeva informacije o položaju rotora. Polje se kontroliše preko uzdužne komponente struje I sd, dok se momentom kontroliše preko poprečne komponente struje I sq. Inverzna park transformacija (dq / αβ), modul matematičke koordinatne transformacije, izračunava referentne komponente vektora napona V sα * i V sβ *.

Za određivanje položaja rotora koristi se ili senzor položaja rotora ugrađen u elektromotor ili algoritam upravljanja bez senzora koji je implementiran u upravljački sistem, koji računa informacije o položaju rotora u realnom vremenu na osnovu podataka dostupnih u upravljačkom sistemu.

Blok dijagram direktne kontrole momenta sa modulacijom prostornog vektora sa kontrolom momenta i vezom fluksa sa povratnom spregom koji radi u pravougaonom koordinatnom sistemu orijentisanom duž polja statora prikazan je na donjoj slici. PI izlazi regulatora momenta i fluksa se tumače kao referentne komponente napona statora V ψ * i V M * u dq koordinatnom sistemu orijentisanom duž polja statora (upravljanje fluksno-orijentisanom statorom, S-FOC). Ove komande (konstantni naponi) se zatim pretvaraju u fiksni koordinatni sistem αβ, nakon čega se kontrolne vrijednosti V sα * i V sβ * upućuju modulu modulacije vektora prostora.

Funkcionalni dijagram direktne kontrole momenta sa modulacijom napona vektora prostora

Imajte na umu da se ovo kolo može posmatrati kao pojednostavljeno upravljanje orijentirano na polje statora (S-FOC) bez strujne kontrolne petlje, ili kao klasično kolo (PUM-TV, engleska prekidačka tablica DTC, ST DTC) u kojoj je zamijenjena uklopna tablica modulatorom (FDA), a histerezisni moment i regulator protoka zamijenjeni su linearnim PI kontrolerima.

U šemi direktne kontrole momenta sa modulacijom vektora prostora (PUM-FVM), moment i veza fluksa se direktno kontrolišu u zatvorenoj petlji, stoga je potrebna precizna procena fluksa i obrtnog momenta motora. Za razliku od klasičnog algoritma histereze, on radi na konstantnoj frekvenciji prebacivanja. Ovo značajno poboljšava karakteristike kontrolnog sistema: smanjuje talasanje obrtnog momenta i protoka, omogućava vam pouzdano pokretanje motora i rad pri malim brzinama. Međutim, to smanjuje dinamičke karakteristike pogona.

Nelinearni regulatori momenta

Prikazana grupa regulatora momenta odstupa od ideje transformacije koordinata i upravljanja po analogiji sa kolektorskim DC motorom, koji je osnova za. Nelinearni regulatori predlažu da se zasebno upravljanje zamijeni kontinuiranom (histerezisnom) kontrolom, što odgovara ideologiji rada (uključeno/isključeno) poluvodičkih uređaja invertera.

U poređenju sa upravljanjem orijentisanim na polje, šeme direktne kontrole obrtnog momenta imaju sledeće karakteristike:

Prednosti:
• jednostavna upravljačka shema;
• nema strujnih petlji i regulacije jednosmerne struje;
• nije potrebna transformacija koordinata;
• ne postoji posebna modulacija napona;
• senzor položaja nije potreban;
• dobra dinamika.

Nedostaci:
• potrebna je tačna procjena vektora veze magnetnog fluksa statora i momenta;
• snažno mreškanje obrtnog momenta i struje zbog nelinearnog (histerezisnog) regulatora i promjenjive frekvencije uključivanja ključeva;
• šum širokog spektra zbog promjenjive frekvencije prebacivanja.

Direktna kontrola momenta

Metodu direktne kontrole obrtnog momenta s uključenom tablicom prvi su opisali Takahashi i Noguchi u članku IEEJ predstavljenom u septembru 1984., a kasnije u članku IEEE objavljenom u septembru 1986. Shema klasične metode direktne kontrole momenta (DMP) mnogo je jednostavnija od one metode kontrole na terenu (), budući da nije potrebna transformacija koordinatnog sustava i mjerenje položaja rotora. Dijagram metode direktne kontrole momenta (slika ispod) sadrži estimator momenta i omjera fluksa statora, histerezne komparatore momenta i omjera fluksa, tablicu za uključivanje i pretvarač.

Princip metode direktna kontrola obrtnog momenta sastoji se u odabiru vektora napona za simultanu kontrolu i momenta i veze fluksa statora. Izmjerene struje statora i napon pretvarača se koriste za procjenu veze fluksa i momenta. Procijenjene vrijednosti veze fluksa statora i momenta uspoređene su s kontrolnim signalima veze fluksa statora ψ s * i momenta motora M *, respektivno, pomoću komparatora histereze. Potreban vektor napona upravljanja motorom se bira iz uklopne tabele na osnovu digitalizovanih grešaka veze fluksa d Ψ i momenta d M koji generišu histerezni komparatori, kao i na osnovu sektora položaja spojnice fluksa statora. vektor dobijen iz njegovog ugaonog položaja ... Tako se biranjem vektora iz tabele generišu impulsi S A, S B i S C za upravljanje prekidačima snage pretvarača.

Klasični krug za direktnu kontrolu obrtnog momenta sa stolom za uključivanje sa senzorom brzine

Postoje mnoge varijacije klasičnog kola za poboljšanje pokretanja, stanja preopterećenja, rada na vrlo malim brzinama, smanjenja talasa obrtnog momenta, rada promjenjive frekvencije prebacivanja i smanjenja buke.

Nedostatak klasične metode direktne kontrole obrtnog momenta je prisustvo velikog talasa struje u stacionarnom stanju. Problem se otklanja povećanjem radne frekvencije pretvarača iznad 40kHz, što povećava ukupnu cijenu upravljačkog sistema.

Direktna samokontrola

Depenbrock je u oktobru 1984. godine podnio prijavu patenta za metodu direktne samouprave. Blok dijagram direktne samokontrole je prikazan ispod.

Na osnovu komandi veze fluksa statora ψ s * i komponenti trenutne faze ψ sA, ψ sB i ψ sC, komparatori veze fluksa generišu digitalne signale d A, d B i d C, koji odgovaraju aktivnim stanjima napona (V 1 - V 6). Histerezni regulator momenta ima d M signal na izlazu, koji određuje nulta stanja. Dakle, regulator veze fluksa statora postavlja vremenski interval za aktivna naponska stanja koja pomiču vektor veze statorskog fluksa duž date putanje, a regulator momenta određuje vremenski interval za stanja nultog napona koja održavaju moment motora unutar tolerancijskog polja definiranog sa histereza.

Šema direktne samouprave

Karakteristične karakteristike šeme direktne samouprave su:
• nesinusoidni oblici veze fluksa i struje statora;
• vektor veze fluksa statora kreće se duž heksagonalne putanje;
• nema rezerve napona napajanja, mogućnosti pretvarača su u potpunosti iskorištene;
• frekvencija uključivanja pretvarača je niža od one kod direktne kontrole momenta sa prekidačem;
• odlična dinamika u konstantnim i poljem oslabljenim rasponima.

Imajte na umu da se rad metode direktne samokontrole može ponoviti sa krugom sa širinom histereze protoka od 14%.

Danas se kontrola brzine motora na naizmjeničnu struju s frekventnim pretvaračima široko koristi u gotovo svim industrijama.

U praksi se primjenjuju sistemi regulacije brzine za trofazne AC motore na osnovu dva različita principa upravljanja:
2. Vektorska kontrola.

Metode upravljanja koje se koriste u frekventnim pretvaračima za upravljanje AC motorima

Danas se kontrola brzine motora na naizmjeničnu struju s frekventnim pretvaračima široko koristi u gotovo svim industrijama. To je prvenstveno zasluga velikih dostignuća u oblasti energetske elektronike i mikroprocesorske tehnike na osnovu kojih su razvijeni frekventni pretvarači. S druge strane, objedinjavanje proizvodnje frekventnih pretvarača od strane proizvođača omogućilo je značajan utjecaj na njihovu cijenu i vratilo ih u prilično kratkom vremenskom periodu. Ušteda energije pri korištenju pretvarača za upravljanje asinhronim motorima u nekim slučajevima može doseći 40% ili više.
U praksi se primjenjuju sistemi regulacije brzine za trofazne AC motore na osnovu dva različita principa upravljanja:
1. U/f-regulacija (volt-frekvencija ili skalarna kontrola);
2. Vektorska kontrola.

U/f- regulacija brzine asinhronog električnog pogona

Skalarna kontrola ili V/f kontrola asinhronog motora je promjena brzine motora utjecajem na frekvenciju napona na statoru uz istovremeno mijenjanje modula ovog napona. Kod V/f regulacije, frekvencija i napon djeluju kao dvije upravljačke radnje, koje se obično regulišu zajedno. U ovom slučaju frekvencija se uzima kao nezavisan efekat, a vrednost napona na datoj frekvenciji se određuje na osnovu toga kako treba da se promeni oblik mehaničkih karakteristika pogona pri promeni frekvencije, odnosno od toga kako bi trebalo da se promeni kritični trenutak. mijenjati ovisno o frekvenciji. Za implementaciju ovakvog zakona regulacije potrebno je osigurati konstantnost odnosa U / f = const, gdje je U napon na statoru, a f frekvencija napona statora.
Sa konstantnim kapacitetom preopterećenja, nazivni faktor snage i efikasnost su motora u cijelom rasponu kontrole brzine praktički se ne mijenjaju.
Zakoni U / f regulacije uključuju zakone koji povezuju vrijednosti i frekvencije napona koji napaja motor (U / f = const, U / f2 = const i drugi). Njihova prednost je mogućnost istovremenog upravljanja grupom elektromotora. Skalarna kontrola se koristi za većinu praktičnih primjena frekventnog električnog pogona s rasponom kontrole brzine motora bez korištenja povratnog senzora do 1:40. Skalarni algoritmi upravljanja ne dozvoljavaju praćenje i kontrolu obrtnog momenta elektromotora, kao ni režima pozicioniranja. Najefikasnije područje primjene ove metode upravljanja: ventilatori, pumpe, transporteri itd.

Vektorska kontrola

Vektorsko upravljanje je metoda upravljanja sinhronim i asinhronim motorima, koja ne samo da generira harmonijske struje i fazne napone (skalarno upravljanje), već omogućava i kontrolu magnetskog fluksa motora. Vektorsko upravljanje se zasniva na konceptu napona, struja, veza toka kao prostornih vektora.
Osnovni principi su razvijeni 70-ih godina 20. vijeka. Kao rezultat temeljnih teorijskih istraživanja i napretka u oblasti energetske poluvodičke elektronike i mikroprocesorskih sistema, do danas su razvijeni vektorski upravljani električni pogoni koje masovno proizvode proizvođači pogonske tehnike širom svijeta.
Vektorskim upravljanjem u asinkronom elektromotornom pogonu u tranzijentnim procesima moguće je održati konstantnost veze fluksa rotora, za razliku od skalarnog upravljanja, gdje se veza fluksa rotora u prijelaznim procesima mijenja s promjenom struja statora i rotora, što dovodi do smanjenja brzine promjene elektromagnetnog momenta. U pogonu za vektorsku kontrolu, gdje se veza fluksa rotora može održavati konstantnim, elektromagnetski moment se mijenja jednako brzo kao što se komponenta struje statora brzo mijenja (analogno promjeni momenta kada se struja armature mijenja u DC mašini).
Kod vektorskog upravljanja u upravljačkoj vezi, podrazumijeva se prisustvo matematičkog modela upravljanog elektromotora. Načini vektorske kontrole mogu se klasificirati na sljedeći način:
1. Prema tačnosti matematičkog modela elektromotora koji se koristi u kontrolnoj vezi:
... Upotreba matematičkog modela bez dodatnih pojašnjavajućih mjerenja od strane upravljačkog uređaja parametara elektromotora (koriste se samo tipični podaci motora koje je unio korisnik);
Korištenje matematičkog modela sa dodatnim pojašnjavajućim mjerenjima pomoću upravljačkog uređaja za parametre elektromotora, tj. aktivni i reaktivni otpori statora/rotora, napon i struja motora.
2. Na osnovu prisustva ili odsustva povratne informacije o brzini (senzor brzine), vektorsko upravljanje se može podijeliti na:
Upravljanje motorom bez povratne informacije o brzini - u ovom slučaju upravljački uređaj koristi podatke matematičkog modela motora i vrijednosti dobivene mjerenjem struje statora i/ili rotora;
Kontrola motora s povratnom spregom - u ovom slučaju uređaj koristi ne samo vrijednosti dobijene pri mjerenju struje statora i/ili rotora elektromotora (kao u prethodnom slučaju), već i podatke o brzini (položaju) rotora od senzora, što u nekim upravljačkim zadacima omogućava povećanje tačnosti referentne brzine (položaja) elektromotorom.

Osnovni zakoni vektorske kontrole uključuju sljedeće:
a. Zakon koji osigurava konstantnost veze magnetskog fluksa statora ψ1 (koja odgovara konstantnosti Evesh / f).
b. Zakon koji osigurava konstantnost veze magnetnog fluksa vazdušnog raspora ψ0 (konstantnost E/f);
v. Zakon koji osigurava postojanost veze magnetskog fluksa rotora ψ2 (konstantnost Evnut/f).
Zakon održavanja konstantnosti veze fluksa statora ostvaruje se uz održavanje konstantnog omjera EMF statora i ugaone frekvencije polja. Glavni nedostatak ovog zakona je smanjen kapacitet preopterećenja motora kada radi na visokim frekvencijama. To je zbog povećanja induktivnog otpora statora i, posljedično, smanjenja veze fluksa u zračnom rasporu između statora i rotora s povećanjem opterećenja.
Održavanje konstantnog glavnog protoka povećava kapacitet preopterećenja motora, ali komplikuje hardversku implementaciju kontrolnog sistema i zahtijeva promjene u dizajnu mašine ili prisustvo posebnih senzora.
Dok se održava konstantna veza fluksa rotora, moment motora nema maksimum, međutim, s povećanjem opterećenja, glavni magnetni tok se povećava, što dovodi do zasićenja magnetnih kola i, prema tome, do nemogućnosti održavanja konstantne veze rotorskog fluksa. .

Uporedna procjena zakona regulacije brzine asinhronim električnim pogonom promjenom frekvencije napona na statoru

Na slici 1 prikazani su rezultati teorijskih studija energetskih performansi asinhronog motora snage Pn = 18,5 kW sa različitim zakonima regulacije frekvencije, koje su sprovedene u radu V.S. Petrushina i dr. AA. Tankova "Energetski indikatori asinhronog motora u frekventnom pretvaraču s različitim zakonima upravljanja." Tamo su dati i rezultati eksperimenta provedenog prilikom testiranja ovog motora (zakon kontrole frekvencije U / f = const). Motor je radio pri opterećenju sa konstantnim obrtnim momentom od 30,5 Nm u rasponu brzina od 500 - 2930 o/min.
Upoređujući dobijene zavisnosti, možemo zaključiti da je u zoni malih brzina pri korišćenju zakona upravljanja druge grupe efikasnost veća za 7-21%, a faktor snage manji za 3-7%. Kako se brzina povećava, razlike se smanjuju.

Slika 1. Promena efikasnosti (a) i cosφ (b) u kontrolnom opsegu: 1 - eksperimentalne zavisnosti; izračunate zavisnosti za različite zakone upravljanja: 2 - U / f = const, 3 - Evnesh / f = const, 4 - E / f = const, 5 - Evnut / f = const.
Dakle, zakoni vektorskog upravljanja osiguravaju ne samo bolju kontrolu elektromotornog pogona u statičkim i dinamičkim režimima, već i povećanje efikasnosti motora i, shodno tome, cijelog pogona. Međutim, svi zakoni s održavanjem stalne veze fluksa imaju svoje određene nedostatke.
Uobičajeni nedostatak zakona sa održavanjem konstantne veze protoka su: niska pouzdanost zbog prisustva senzora ugrađenih u motor, i gubici u čeliku kada motor radi sa momentom opterećenja manjim od nominalnog. Ovi gubici su uzrokovani potrebom održavanja konstantne nazivne veze protoka u različitim načinima rada.
Moguće je značajno povećati efikasnost motora regulacijom magnetnog fluksa statora (rotora) u zavisnosti od veličine momenta opterećenja (klizanja). Nedostaci ovog upravljanja su niske dinamičke karakteristike pogona, zbog velike vrijednosti vremenske konstante rotora, zbog čega se magnetni tok mašine obnavlja sa određenim zakašnjenjem i složenost tehničke implementacije upravljačkog sistema. .
U praksi je grupa zakona s konstantnim magnetskim fluksom postala široko rasprostranjena za dinamičke električne pogone koji rade sa konstantnim momentom otpora na osovini i sa čestim primjenama udarnog opterećenja. Dok se grupa zakona sa regulacijom magnetskog fluksa u funkciji opterećenja na vratilu koristi za niskodinamične elektromotorne pogone i za pogone sa “ventilatorskim” opterećenjem.

Da bi se ostvarila mogućnost kontrole momenta i brzine u savremenim elektromotorima, koriste se sledeće metode kontrole frekvencije, kao što su:

• Vector;
• Skalarni.

Najrasprostranjeniji su asinhroni električni pogoni sa skalarnim upravljanjem. Koristi se u pogonima kompresora, ventilatora, pumpi i drugih mehanizama kod kojih je potrebno održavati na određenom nivou ili brzinu rotacije osovine elektromotora (koristi se senzor brzine), ili neki tehnološki parametar (npr. , pritisak u cjevovodu, koristeći odgovarajući senzor).

Princip rada skalarnog upravljanja asinhronim motorom - amplituda i frekvencija napona napajanja se mijenjaju prema zakonu U / f ^ n = const, gdje je n> = 1. Kako će ova ovisnost izgledati u određenom slučaju ovisi o zahtjevima koje nameće opterećenje električnog pogona. U pravilu, frekvencija djeluje kao neovisni učinak, a napon na određenoj frekvenciji određen je vrstom mehaničkih karakteristika, kao i vrijednostima kritičnih i početnih trenutaka. Skalarna kontrola osigurava konstantan kapacitet preopterećenja indukcionog motora, neovisno o frekvenciji napona, a ipak, na prilično niskim frekvencijama, može doći do značajnog smanjenja momenta koji razvija motor. Maksimalna vrijednost skalarnog raspona upravljanja, pri kojoj je moguće regulisati vrijednost brzine rotacije rotora elektromotora, bez gubitka momenta otpora ne prelazi 1:10.

Skalarna kontrola indukcionog motora je prilično jednostavna za implementaciju, ali još uvijek postoje dva značajna nedostatka. Prvo, ako senzor brzine nije ugrađen na osovinu, tada je nemoguće regulirati vrijednost brzine rotacije osovine, jer ovisi o opterećenju koje djeluje na električni pogon. Instalacija senzora brzine lako rješava ovaj problem, ali ostaje još jedan značajan nedostatak - nemogućnost reguliranja vrijednosti okretnog momenta na osovini motora. Možete, naravno, ugraditi senzor zakretnog momenta, ali cijena takvih senzora u pravilu premašuje cijenu samog električnog pogona. Štoviše, čak i ako instalirate senzor za kontrolu momenta, proces upravljanja upravo ovog trenutka bit će nevjerojatno inercijski. Još jedno "ali" - skalarno upravljanje asinhronim motorom karakterizira činjenica da je nemoguće istovremeno kontrolisati brzinu i moment, stoga je potrebno regulirati vrijednost koja je najvažnija u datom trenutku zbog uslova tehnološki proces.

Da bi se otklonili nedostaci koje ima skalarno motorno upravljanje, SIEMENS je još 71. godine prošlog veka predložio uvođenje metode vektorske motorne kontrole. Prvi pogoni za vektorsko upravljanje koristili su motore sa ugrađenim senzorima protoka, što je značajno ograničilo opseg takvih pogona.

Upravljački sistem modernih električnih pogona sadrži matematički model motora koji omogućava izračunavanje brzine rotacije i momenta osovine. Štaviše, samo senzori fazne struje statora ugrađuju se kao neophodni senzori. Posebno razvijena struktura upravljačkog sistema omogućava neovisnost i praktično inercijsku kontrolu glavnih parametara - momenta osovine i brzine rotacije vratila.

Do danas su formirani sljedeći sistemi za vektorsko upravljanje asinhronim motorom:

• Bez senzora - nema senzora brzine na vratilu motora,
• Sistemi sa povratnom spregom o brzini.

Primjena metoda vektorske kontrole ovisi o primjeni pogona. Ako opseg mjerenja vrijednosti brzine ne prelazi 1:100, a zahtjevi za preciznošću variraju unutar ± 1,5%, tada se koristi upravljački sistem bez senzora. Ako se mjerenje brzine vrši u granicama dostizanja vrijednosti od 1:10000 i više, a nivo tačnosti mora biti dosta visok (±0,2% pri brzini manjoj od 1 Hz), ili je potrebno pozicionirati vratilo ili podesite obrtni moment na vratilu pri malim brzinama, tada se koristi sistem sa povratnom spregom brzine.

Prednosti vektorske metode upravljanja za asinhroni motor:

• Visok nivo tačnosti u regulaciji brzine rotacije vratila, uprkos mogućem odsustvu senzora brzine,
• Implementacija rotacije motora na niskim frekvencijama odvija se bez trzaja, glatko,
• Ako je ugrađen senzor brzine, moguće je postići nominalnu vrijednost momenta na vratilu čak i pri nultom broju okretaja,
• Brza reakcija na moguće promjene opterećenja - iznenadni udari opterećenja praktički nemaju utjecaja na brzinu električnog pogona,
• Visok nivo efikasnosti motora zbog smanjenih gubitaka usled magnetizacije i grejanja.

Unatoč očiglednim prednostima, metoda vektorske kontrole također ima određene nedostatke - velika složenost proračuna, potrebno je poznavanje parametara motora za rad. Osim toga, fluktuacije u vrijednosti brzine pri konstantnom opterećenju su mnogo veće nego kod skalarne metode upravljanja. Inače, postoje područja u kojima se električni pogoni koriste isključivo sa skalarnom metodom upravljanja. Na primjer, grupni električni pogon, u kojem jedan pretvarač napaja nekoliko motora.

Skalarna kontrola(frekvencija) - metoda upravljanja naizmjeničnom strujom bez četkica, koja se sastoji u održavanju konstantnog omjera napon/frekvencija (V / Hz) u cijelom rasponu radnih brzina, dok se samo kontrolira veličina i frekvencija napona napajanja.

Odnos V / Hz se izračunava na osnovu nominalnih vrijednosti (i frekvencije) AC motora koji se nadgleda. Održavanjem omjera V/Hz konstantnim, možemo održati magnetni fluks relativno konstantnim u jazu motora. Ako se omjer V/Hz poveća onda motor postaje preuzbuđen i obrnuto, ako se omjer smanji, motor je nedovoljno pobuđen.

Promjena napona napajanja elektromotora sa skalarnom kontrolom

Pri malim brzinama potrebno je kompenzirati pad napona na otporu statora, tako da je omjer V/Hz pri malim brzinama postavljen viši od nominalne vrijednosti. Skalarna metoda upravljanja najčešće se koristi za upravljanje asinhronim motorima.

Primjenjuje se na asinhrone motore

Kod skalarne metode upravljanja, brzina se kontrolira postavljanjem napona i frekvencije statora tako da se magnetsko polje u procjepu održava na željenoj vrijednosti. Da bi se održalo konstantno magnetsko polje u procjepu, omjer V / Hz mora biti konstantan pri različitim brzinama.

Sa povećanjem brzine, napon napajanja statora također bi trebao rasti proporcionalno. Međutim, sinhrona frekvencija asinhronog motora nije jednaka brzini rotacije osovine, već ovisi o opterećenju. Dakle, skalarni kontrolni sistem otvorene petlje ne može precizno kontrolisati brzinu u prisustvu opterećenja. Da bi se riješio ovaj problem, sistemu se može dodati povratna informacija o brzini, a samim tim i kompenzacija klizanja.

Nedostaci skalarnog upravljanja

Metoda skalarna kontrola relativno jednostavan za implementaciju, ali ima nekoliko značajnih nedostataka:
• prvo, ako senzor brzine nije ugrađen, brzina rotacije vratila se ne može kontrolisati, jer ovisi o opterećenju (prisustvo senzora brzine rješava ovaj problem), a u slučaju promjene opterećenja, kontrola se može u potpunosti izgubljen;
• drugo, nemoguće je upravljati. Naravno, ovaj se problem može riješiti pomoću senzora momenta, ali cijena njegove ugradnje je vrlo visoka i najvjerojatnije će biti veća od samog električnog pogona. U ovom slučaju, kontrola obrtnog momenta će biti vrlo inercijalna;
• takođe, obrtni moment i brzina se ne mogu kontrolisati u isto vreme.

Skalarna kontrola je dovoljna za većinu zadataka u kojima se koristi električni pogon s rasponom kontrole brzine motora do 1:10.

Kada je potrebna maksimalna brzina, koristi se mogućnost kontrole širokog raspona brzina i mogućnost kontrole obrtnog momenta elektromotora.