کنترل اسکالر و برداری موتورهای آسنکرون روش های اصلی کنترل درایو فرکانس

کنترل برداری (VC) مبتنی بر این واقعیت است که نه تنها بزرگی (ماژول) مختصات کنترل شده، بلکه موقعیت مکانی (بردار) آن نسبت به محورهای مختصات انتخاب شده نیز کنترل می شود.

برنج. 8.28. طرح محرک الکتریکی فرکانس بر اساس AIT (a) و وابستگی جریان استاتور به فرکانس جریان در روتور (b)

برای اجرای واحد کنترل، مقادیر لحظه ای ولتاژ، جریان و اتصال شار نظارت می شود. از طریق تبدیل های ریاضی، یک موتور القایی، که با تعداد زیادی اتصالات متقابل غیر خطی مشخص می شود، می تواند توسط یک مدل خطی با دو کانال کنترل - گشتاور و شار نمایش داده شود. چنین سهولت کنترل مستلزم تغییرات متعدد مختصات EP است که با توجه به سطح فعلی توسعه فناوری MT مانعی ندارد.

برای درک ماهیت AC، از نمودار شماتیک یک ماشین تعمیم یافته دو فاز، دو قطبی (شکل 8.29) استفاده خواهیم کرد، که یک ماشین متقارن با یک سیم پیچ استاتور فاز m و یک سیم پیچ روتور فاز i برای آن استفاده می کنیم. را می توان کاهش داد.

برنج. 8.29. نمودار شماتیک یک ماشین دو فاز دو فاز تعمیم یافته: 1 – استاتور. 2- روتور

فرض کنید سیستم مختصات با محورهای واقعی و فرضی دلخواه در فضا بچرخد، معادلات به شکل زیر خواهند بود:

, (8.27)

که در آن u S , Ш,i S , i 2 ,ψ S , ψ 2 \j7-s>V2 به ترتیب بردارهای ولتاژ، جریان و اتصالات شار استاتور 1 و روتور 2 هستند. j - تعیین محور خیالی؛ Z n - تعداد جفت قطب. L m - اندوکتانس متقابل بین سیم پیچ استاتور و روتور. / 2 - بردار مزدوج پیچیده i-i; 1t قسمت خیالی متغیر مختلط است؛ ωyu k سرعت زاویه ای روتور است. پیوندهای شار برابر هستند

, (8.29)

که در آن L s (L sa + L m) و L 2 (L 2<, +L m) – индуктивности фазных обмоток соответст-венно статора и ротора.

برنج. 8.30. طرح درایو الکتریکی فرکانس بر اساس AIT (a) و وابستگی جریان استاتور به فرکانس جریان در روتور (b)

معادلات (8.27) را می توان با استفاده از پیش بینی بردارهای تعمیم یافته روی محورهای مختصات و v، i.e. نوشت. به شکل اسکالر:

بسته به متغیرهای حالت مورد استفاده، معادلات گشتاور می تواند اشکال مختلفی داشته باشد. علاوه بر معادله فوق (8.28)، از عبارات زیر برای ممان الکترومغناطیسی استفاده می شود:

معادلات ماشینی تعمیم یافته برای سیستم مختصات uv(8.27) را می توان در هر سیستم مختصاتی نوشت. انتخاب محورهای مختصات به نوع ماشین (سنکرون، ناهمزمان) و اهداف مطالعه بستگی دارد. سیستم مختصات زیر کاربرد پیدا کرده اند: سیستم مختصات ثابت ap (©к = 0); سیستم مختصات سنکرون AC (soc = co) و سیستم مختصات dq در حال چرخش با روتور (co k = co). موقعیت نسبی بردارهای فشار خون متغیر در شکل نشان داده شده است. 8.30

انتقال از معادلات یک ماشین تعمیم یافته (8.27)، (8.28) به معادلات یک IM سه فاز واقعی با استفاده از معادلات تبدیل مختصات e.9 M - زاویه گشتاور، q> - زاویه بین جریان انجام می شود. و بردارهای ولتاژ). O، = در m + f - زاویه بردار ولتاژ (XY). 6" = 9" + 8 V - زاویه بردار جریان. فرمول های تبدیل مختصات در شرایطی به دست می آیند که توان هر دو ماشین ثابت باشد. آنها را می توان برای هر متغیر ثبت شده در هر محور به دست آورد.

تبدیل یک ماشین واقعی به یک ماشین تعمیم یافته مستقیم و تبدیل یک ماشین تعمیم یافته به یک ماشین واقعی را معکوس می گویند. به عنوان مثال، فرمول های تبدیل مستقیم ولتاژهای فاز استاتور u sa , Шь, u sc به معادلات m, u$ در محورهای ap نمودار برداری به شکل زیر است:

برای در نظر گرفتن کنترل برداری، یک سیستم مختصات XY انتخاب می شود که در فضا با سرعت میدان می چرخد، یعنی. o) k = coo، دومی به عنوان سرعت بردار پیوند شار روتور در نظر گرفته می شود. \j/2- سرعت چرخش بردارهای پیوند ولتاژ، جریان و شار فقط در حالت های حالت پایدار یکسان و در فرآیندهای گذرا متفاوت است. اصل کنترل برداری این است که

برنج. 8.30 موقعیت نسبی بردارهای نمودار ADVector متغیر: % = 8 2 + در r - زاویه جریان.

فرمول های تبدیل معکوس

USB =(~Usa+A/ЗU45)/ 2، U sc =(-М yu -л/ЗUф)/ 2 . (8.33)

بردار یک متغیر (جریان، ولتاژ و غیره) به روشی خاص در فضا قرار دارد. قرار دادن بردار پیوند شار vj7 2 در امتداد محور واقعی X سیستم مختصات سنکرون که با سرعت میدان می‌چرخد بسیار مؤثر است. در این مورد، معادلات یک IM با یک روتور قفس سنجابی شکل دارند

0= -ω 2 + R 2 K 2 i sy ,

M e = 3/2 Z II K 2 ψ 2 i sy . (8.34)

که در آن K 2 = L s - کیلوگرم L m; Kg = b m / bg، cog = coo - co - فرکانس لغزش یا فرکانس جریان روتور با تجزیه و تحلیل معادلات (8.34)، می توان به شباهت هایی با معادلات DMT پی برد: گشتاور در (8.34) متناسب با جفت شار روتور است و جزء بردار جریان استاتور i sy، و کوپلینگ جریان متناسب با مولفه isx/u است. این امکان را فراهم می کند، مانند یک DPT، جریان و گشتاور را به طور جداگانه کنترل کنید، یعنی. اصل VU فشار خون را با متغیرهای سینوسی آن به DPT نزدیک می کند. VU امکان استفاده از روش های کنترل فرعی را در سنتز می دهد که به طور گسترده در EC های DC استفاده می شود. تفاوت (نه به نفع واحد کنترل) این است که کنترل مستقل جریان، گشتاور و سرعت توسط متغیرهای واقعی موتور انجام نمی شود، بلکه به یک سیستم مختصات متفاوت تبدیل می شود.

2. با سرعت چرخش 810 دقیقه -1:

نمودار عملکردی کنترل برداری IM شکل. 8.31: z – وظیفه; U – کنترل؛ سیستم عامل - بازخورد سرعت؛ س – سرعت؛ / I – جاری; x، y – - تعلق متغیرها به یک سیستم مختصات همزمان. αα، β р - تعلق متغیرها به یک سیستم مختصات ثابت. f – پیوند شار. a، bb، c - شاخص های فاز.

برنج. 8.31. نمودار عملکردی کنترل بردار IM

مدار بر اساس اصل تنظیم فرعی است و شامل سه مدار است:

1) سرعت (خارجی)؛ شامل یک سنسور سرعت BR و یک تنظیم کننده سرعت چرخش (گشتاور) AR.

2) پیوند شار (شار مغناطیسی) با تنظیم کننده شار Av|/Uψ و کانال سیستم عامل که دارای مقدار خروجی u است.

3) اجزای فعال و راکتیو 4e بردار جریان استاتور با تنظیم کننده های AA2 و AA1.

سیگنال سیستم عامل برای جریان استاتور توسط یک حسگر جریان UA انجام می شود که جریان فاز موتور را در دو فاز اندازه گیری می کند، به عنوان مثال A و B، و سیگنال های u ia و ы، * را تولید می کند. برای تبدیل این سیگنال ها به یک سیستم مختصات ثابت، از مبدل عملکردی U1 استفاده کنید که مطابق با فرمول (8.32) تبدیل مختصات مستقیم cosф = U pho /U ph عمل می کند، که در مبدل A2 به شما امکان می دهد از مختصات ثابت حرکت کنید. a p αβ به مختصات XY طبق فرمول های زیر:

u iβ =1/√3 (u iα +u ib).

اتصال شار را می توان با استفاده از دستگاه های مختلف اندازه گیری کرد، به عنوان مثال، یک سیم پیچ اندازه گیری که در همان شکاف های سیم پیچ برق قرار می گیرد. پرکاربردترین سنسورهای هال هستند که در شکاف هوای موتور قرار گرفته اند. سیگنال‌های حسگر Uy در مبدل عملکردی U2 طبق فرمول (8.32) به سیگنال‌های fa و Yfr یک سیستم مختصات ثابت تبدیل می‌شوند. مقادیر به دست آمده باید به یک سیستم مختصات XY تبدیل شوند که در فضا با سرعت میدان موتور می چرخد.

برای این منظور، یک ماژول پیوند شار روتور در ژنراتور منافذ D اختصاص داده شده است

در قالب یک سیگنال مربوطه و f

سیگنال های ولتاژ و fa، «fr، Uix، u iy با کمیت های فیزیکی مربوطه متناسب هستند.

تفاوت بین سیگنال‌های تنظیم پیوند شار m zf و OS m f به ورودی تنظیم‌کننده اتصال شار UψАу، یعنی. "u.F = "z.f - m F، و در خروجی Ау سیگنالی برای تنظیم جریان استاتور در امتداد محور X، یعنی u 3 ix تولید می شود. تفاوت سیگنال u 3 ix - Uix، که از تنظیم کننده جریان AA1 عبور می کند، می چرخد. تبدیلات مشابهی در کانال کنترل در امتداد محور Y رخ می دهد، با این تفاوت که یک تنظیم کننده سرعت (گشتاور) AR در اینجا نصب شده است که سیگنال خروجی آن توسط سیگنال ماژول اتصال شار Uψм f به تقسیم می شود. یک سیگنال فرمان جریان را در امتداد محور Y بدست آورید. در خروجی تنظیم کننده AA2 جزء جریان استاتور در امتداد محور G، یک سیگنال u,y تولید می شود که همراه با سیگنال u,* به ورودی ها تغذیه می شود. از Bblock A1 که مطابق با دو معادله اول عمل می کند (8.34) در خروجی بلوک A1، سیگنال های تبدیل شده u x و y را به دست می آوریم که در آنها هیچ تاثیر متقابلی از مدارهای کنترلی جریان های مؤلفه در طول مسیر وجود ندارد. محورهای XylY سیگنال‌های کنترل x و y که در سیستم مختصات دوار XY ثبت می‌شوند، در مبدل مختصات A3 طبق معادلات به سیگنال‌های کنترلی اینورتر در سیستم مختصات ثابت aB αβ تبدیل می‌شوند.

U ix = u iα cosφ + u iβ sinφ,;

U yα = u x cosφ - u y sinφ،

U yβ = u x cosφ - u y sinφ. (8.36)

برای کنترل کلیدهای برق اینورتر در یک سیستم مختصات سه فاز، لازم است با استفاده از پاسخ فرکانسی، سیگنال‌های uy a Ua، U U b uy، U Ucmu را مطابق با فرمول‌های تبدیل معکوس به دست آوریم. 8.33):

به لطف تبدیل مختصات، دو کانال کنترل در سیستم کنترل بردار CEP متمایز می شوند: پیوند شار (شار مغناطیسی) و سرعت چرخش (گشتاور). از این نظر، سیستم کنترل برداری شبیه یک درایو الکتریکی DC با کنترل سرعت دو ناحیه ای است.

برای تبدیل مکرر مختصات EP مطابق با فرمول های فوق، از میکرو کنترلرهای تخصصی کلاس DSP که در زمان واقعی کار می کنند استفاده می شود. این امکان به دست آوردن موتورهای الکتریکی عمیقاً کنترل شده با سرعت بالا را با استفاده از یک موتور قفس سنجابی ناهمزمان می دهد.

راه حل های ساختاری زیادی برای کنترل برداری وجود دارد. نمودار عملکردی VU AD شکل. 8.31 متعلق به کلاس واحد کنترل مستقیم است که در آن کوپلینگ جریان (شار مغناطیسی) به طور مستقیم اندازه گیری می شود. با VU غیر مستقیم، موقعیت روتور IM و پارامترهای الکتریکی (جریان، ولتاژ) اندازه گیری می شود. چنین سیستم هایی به دو دلیل گسترده شده اند:

1) اندازه گیری جریان کار فشرده است.

2) سنسور موقعیت در بسیاری از دستگاه های الکترونیکی صنعتی مورد نیاز است (به عنوان مثال، دستگاه های الکترونیکی موقعیت مکانی ماشین های CNC و دستکاری های خودکار).

اگر نیازی به اندازه گیری موقعیت روتور نباشد، از یک واحد کنترل به اصطلاح "بدون حسگر" استفاده می شود (هیچ سنسور موقعیت روتور وجود ندارد) که به روش های محاسباتی پیچیده تری نیاز دارد.

برنج. 8.32. نمودار اتصال دستگاه الکترونیکی کامل.

یک موتور الکتریکی با VU دامنه وسیعی از کنترل سرعت (تا 10000) را فراهم می کند و در بسیاری از موارد جایگزین موتورهای الکتریکی با قابلیت تنظیم گسترده با موتورهای DC کلکتوری می شود.

طرح کامل دستگاه الکترونیکی شکل. 8.32 تولید شده توسط بسیاری از شرکت ها شامل: پایانه های قدرت: R, S, T (LI, L2, L3) – پایانه های برق. U، V، W (Tl، T2، ТЗ) - خروجی مبدل فرکانس؛ PD, P - اتصال سلف در پیوند DC میانی. P، RB - مقاومت ترمز خارجی؛ P، N - ماژول ترمز خارجی؛ G–- زمین حفاظتی.

پایانه های کنترل: L - ترمینال "مشترک" برای ورودی ها و خروجی های آنالوگ. N - منبع تغذیه پتانسیومتر تنظیم فرکانس؛ O – ترمینال تنظیم فرکانس خروجی ولتاژ؛ 01، 02 - ترمینال اضافی برای تنظیم فرکانس خروجی با توجه به جریان و ولتاژ. AM - خروجی پالس (ولتاژ)؛ AMI - خروجی آنالوگ (جریان)؛ P24 - ترمینال برق؛ SM1، PS، 12C، AL0 - ترمینال "مشترک". PLC - ترمینال مشترک برای منبع تغذیه خارجی؛ FW–- چرخش رو به جلو؛ 1، 2، 3، 4، 5 - ورودی های گسسته قابل برنامه ریزی؛ PA - ترمینال خروجی قابل برنامه ریزی 11. 12A - ترمینال خروجی قابل برنامه ریزی 12؛ AL1، AL2 - رله زنگ؛ TN - ورودی ترمیستور.

پایانه های کنترل: L - ترمینال "مشترک" برای ورودی ها و خروجی های آنالوگ. N - منبع تغذیه پتانسیومتر تنظیم فرکانس؛ O - ترمینال تنظیم فرکانس خروجی ولتاژ؛ 01، 02 - ترمینال اضافی برای تنظیم فرکانس خروجی با توجه به جریان و ولتاژ. AM - خروجی پالس (ولتاژ)؛ AMI - خروجی آنالوگ (جریان)؛ P24 - ترمینال برق؛ SM1، PS، 12C، AL0 - ترمینال "مشترک". PLC - ترمینال مشترک برای منبع تغذیه خارجی؛ FW - چرخش رو به جلو؛ 1، 2، 3، 4، 5 - ورودی های گسسته قابل برنامه ریزی. PA - ترمینال خروجی قابل برنامه ریزی 11؛ 12A - ترمینال خروجی قابل برنامه ریزی 12؛ AL1، AL2 - رله زنگ؛ TN - ورودی ترمیستور.

کنترل سوالات

1. میدان مغناطیسی دوار را با منبع متقارن با تعدادی فاز غیر از سه نشان دهید، مثلاً با m = 2، m = 6.

2. کنترل سرعت توسط ولتاژ در مدار استاتور در حین کار مداوم چه پیامدهای منفی دارد؟

3. تنظیم سرعت با تغییر ولتاژ برای کدام مکانیسم ها ارجح است؟

4. به چه دلیل کنترل فرکانس سرعت IM اقتصادی ترین است؟

5. آیا هنگام تنظیم فرکانس باید ولتاژ را تنظیم کرد و چرا؟

6. هنگام تنظیم فرکانس فشار خون بالاتر از مقدار اسمی چه محدودیت هایی وجود دارد؟

7. چه نوع مبدل های فرکانس برای منبع تغذیه IM را می شناسید؟ شکل موج ولتاژ را روی موتور بدهید.

8. چه روش هایی برای سوئیچینگ تریستورها می شناسید؟

9. ولتاژ مبدل های ساکن به چه روش هایی تنظیم می شود؟

10. تفاوت معنی داری بین اینورترهای جریان و ولتاژ چیست؟

11. آیا ترمز احیا کننده در سیستم درایو فرکانس امکان پذیر است؟ برای این در سیستم AIN-BP و سیستم NPC-BP چه چیزی لازم است؟

12. آیا می توان فرکانس تامین IM بالاتر از فرکانس شبکه در سیستم NPCH-IM بدست آورد؟

13. چه دستگاه های الکترونیکی فرکانس کامل را می شناسید؟

14. هدف از خازن در پیوند DC در مبدل فرکانس مبتنی بر اینورتر ولتاژ مستقل هنگام کار بر روی IM چیست؟

15. مقدار ضریب قدرت را برای یک موتور الکتریکی فرکانس با قدرت موتور هنگامی که توسط یک اینورتر ولتاژ مستقل تغذیه می شود و برای توان موتور هنگام تغذیه از شبکه (در مقادیر فرکانس و بار یکسان) مقایسه کنید.

16- در کنترل برداری از چه سیستم مختصاتی استفاده می شود؟

17. چرا در کنترل برداری، تبدیل متغیرها از یک سیستم مختصات به سیستم دیگر ضروری است؟

18. آیا کنترل برداری بدون سنسورهای شار مغناطیسی IM امکان پذیر است؟

19. نمودار تنظیم کننده ولتاژ تریستور - - سیستم موتور الکتریکی ناهمزمان (TRN - - سیستم IM) را رسم کنید.

20. با تغییر زاویه کنترل TPH، مشخصات مکانیکی IM چگونه تغییر خواهد کرد؟

21. ممان مقاومت شفت موتور الکتریکی در سیستم TRN- – IM در چه محدوده ای می تواند تغییر کند؟ مساحت تقریبی مقادیر مجاز آن را روی نمودارهای مشخصات مکانیکی رسم کنید.

22. نموداری برای اتصال یک مقاومت اضافی به مدار روتور IM در هنگام تنظیم پالس رسم کنید.

23. تلفات انرژی در IM با کنترل پالس مقاومت اضافی هنگام تنظیم سرعت IM چگونه تغییر می کند؟

24. یک نمای تقریبی از مشخصات مکانیکی IM با کنترل پالس مقاومت اضافی در مقادیر مختلف چرخه وظیفه سوئیچینگ تریستور ترسیم کنید.

25. اصل عملکرد یک آبشار شیر ناهمزمان (AVC) را توضیح دهید.

26. در نمودار نشان دهید که چگونه ویژگی های مکانیکی AVK با تغییر زاویه پیشروی اینورتر تغییر می کند.

27. در صورت تغییر فرکانس در مورد قوانین مختلف تغییر ممان مقاومت با سرعت، ولتاژ روی استاتور IM چگونه باید تغییر کند؟

28. در موردی که گشتاور مقاومتی به سرعت بستگی ندارد، نمای تقریبی از مشخصات مکانیکی برای کنترل سرعت فرکانس را نشان دهید.

29- انواع TFCها را برای تنظیم فرکانس سرعت فشار خون نام ببرید. در مورد کدام TFC، می توان سرعت را فقط در ناحیه مقادیر پایین آن تنظیم کرد.

30. منظور از "کنترل برداری" IM چیست؟

33. یک IM 4 قطبی سه فاز که سیم پیچ استاتور آن به یک "ستاره" متصل است، دارای داده های اسمی زیر است: P 2 = 11.2 کیلو وات، p = 1500 دقیقه -1، U = 380 V، f = 50 هرتز پارامترهای موتور داده شده است: r=0.66 Ohm. r 2 = 0.38 اهم، x = 1.14 اهم، x "2 = 1.71 اهم، x m = 33.2 اهم. موتور با تغییر همزمان ولتاژ و فرکانس تنظیم می شود. نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت و برابر نسبت نگه داشته می شود. مقادیر اسمی

34. حداکثر گشتاور M max و مربوطه را محاسبه کنید. سرعت w m ax برای فرکانس های 50 و 30 هرتز.

35. مرحله 1 را بدون توجه به مقاومت استاتور (r = 0) تکرار کنید.

امروزه کنترل سرعت موتورهای AC با استفاده از مبدل های فرکانس تقریباً در تمام صنایع به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.

در عمل، سیستم های کنترل سرعت برای موتورهای AC سه فاز بر اساس دو اصل کنترل متفاوت استفاده می شود:
2. کنترل برداری.

روش های کنترل مورد استفاده در مبدل های فرکانس برای کنترل موتورهای AC

امروزه کنترل سرعت موتورهای AC با استفاده از مبدل های فرکانس تقریباً در تمام صنایع به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. این در درجه اول به دلیل دستاوردهای بزرگ در زمینه الکترونیک قدرت و فناوری ریزپردازنده است که بر اساس آن مبدل های فرکانس توسعه یافتند. از سوی دیگر، یکسان سازی تولید مبدل های فرکانس توسط سازندگان این امکان را به وجود آورده است که به طور قابل توجهی بر هزینه آنها تأثیر بگذارد و آنها را وادار به پرداخت هزینه های خود در بازه های زمانی نسبتاً کوتاه کند. صرفه جویی در منابع انرژی هنگام استفاده از مبدل برای کنترل موتورهای ناهمزمان در برخی موارد می تواند به 40٪ یا بیشتر برسد.
در عمل، سیستم های کنترل سرعت برای موتورهای AC سه فاز بر اساس دو اصل کنترل متفاوت استفاده می شود:
1. کنترل U/f (کنترل فرکانس ولت یا اسکالر).
2. کنترل برداری.

U/f- کنترل سرعت درایو الکتریکی ناهمزمان

کنترل اسکالر یا کنترل V/f یک موتور ناهمزمان، تغییر در سرعت موتور با تأثیرگذاری بر فرکانس ولتاژ روی استاتور و همزمان تغییر بزرگی این ولتاژ است. با تنظیم V/f، فرکانس و ولتاژ به عنوان دو عمل کنترل عمل می کنند که معمولاً با هم تنظیم می شوند. در این حالت، فرکانس به عنوان یک تأثیر مستقل در نظر گرفته می شود و مقدار ولتاژ در یک فرکانس معین بر اساس نحوه تغییر نوع ویژگی های مکانیکی درایو در هنگام تغییر فرکانس تعیین می شود، به عنوان مثال، بسته به اینکه چگونه ممان بحرانی باید تغییر کند. روی فرکانس برای اجرای چنین قانون کنترلی، باید از ثبات نسبت U/f=const اطمینان حاصل کرد که در آن U ولتاژ روی استاتور و f فرکانس ولتاژ استاتور است.
در ظرفیت اضافه بار ثابت، ضریب توان نامی و راندمان موتور در کل محدوده کنترل سرعت چرخش عملاً تغییر نمی کند.
قوانین تنظیم U/f شامل قوانین مربوط به بزرگی ها و فرکانس های ولتاژ تامین کننده موتور (U/f=const، U/f2=const و غیره) است. مزیت آنها توانایی کنترل همزمان گروهی از موتورهای الکتریکی است. کنترل اسکالر برای اکثر کاربردهای عملی درایوهای فرکانس با محدوده کنترل سرعت موتور بدون استفاده از سنسور بازخورد تا 1:40 استفاده می شود. الگوریتم های کنترل اسکالر اجازه نظارت و کنترل گشتاور موتور الکتریکی و همچنین حالت موقعیت یابی را نمی دهند. موثرترین حوزه کاربرد این روش کنترلی: فن، پمپ، نوار نقاله و غیره.

کنترل برداری

کنترل برداری روشی برای کنترل موتورهای سنکرون و ناهمزمان است که نه تنها جریان هارمونیک و ولتاژ فاز تولید می کند (کنترل اسکالر)، بلکه کنترل شار مغناطیسی موتور را نیز فراهم می کند. کنترل برداری بر اساس ایده ولتاژها، جریان ها و پیوندهای شار به عنوان بردارهای فضایی است.
اصول اولیه در دهه 70 قرن بیستم توسعه یافت. در نتیجه تحقیقات نظری اساسی و موفقیت در زمینه الکترونیک نیمه هادی قدرت و سیستم های ریزپردازنده، امروزه درایوهای الکتریکی با کنترل برداری ساخته شده اند که توسط سازندگان تجهیزات محرک در سراسر جهان به تولید انبوه می رسند.
با کنترل برداری در یک درایو الکتریکی ناهمزمان در فرآیندهای گذرا، می توان یک اتصال شار روتور ثابت را حفظ کرد، برخلاف کنترل اسکالر، که در آن اتصال شار روتور در فرآیندهای گذرا با تغییر جریان استاتور و روتور تغییر می کند، که منجر به یک کاهش سرعت تغییر گشتاور الکترومغناطیسی در یک درایو کنترل برداری، که در آن می توان اتصال شار روتور را ثابت نگه داشت، گشتاور الکترومغناطیسی به همان سرعتی که جزء جریان استاتور تغییر می کند تغییر می کند (مشابه با تغییر گشتاور زمانی که جریان آرمیچر در ماشین DC تغییر می کند).
با کنترل برداری، پیوند کنترل به معنای وجود یک مدل ریاضی از یک درایو الکتریکی قابل تنظیم است. حالت های کنترل برداری را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد:
1. با توجه به دقت مدل ریاضی موتور الکتریکی استفاده شده در لینک کنترل:
. استفاده از یک مدل ریاضی بدون اندازه گیری های شفاف اضافی توسط دستگاه کنترل پارامترهای موتور الکتریکی (فقط داده های موتور معمولی وارد شده توسط کاربر استفاده می شود).
استفاده از یک مدل ریاضی با اندازه گیری های شفاف کننده اضافی توسط یک دستگاه کنترل پارامترهای موتور الکتریکی، به عنوان مثال. مقاومت های استاتور/روتور فعال و راکتیو، ولتاژ و جریان موتور.
2. بر اساس وجود یا عدم وجود بازخورد سرعت (سنسور سرعت)، کنترل برداری را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:
کنترل موتور بدون بازخورد سرعت - در این مورد، دستگاه کنترل از داده های مدل ریاضی موتور و مقادیر به دست آمده با اندازه گیری جریان استاتور و/یا روتور استفاده می کند.
کنترل موتور با بازخورد سرعت - در این مورد، دستگاه نه تنها از مقادیر به‌دست‌آمده با اندازه‌گیری جریان استاتور و/یا روتور موتور الکتریکی (مانند مورد قبلی)، بلکه از داده‌های سرعت روتور نیز استفاده می‌کند. (موقعیت) از سنسور، که در برخی از کارهای کنترلی به شما امکان می دهد دقت تنظیم سرعت (موقعیت) درایو الکتریکی را افزایش دهید.

قوانین اساسی کنترل برداری شامل موارد زیر است:
آ. قانون تضمین ثبات پیوند شار مغناطیسی استاتور ψ1 (مطابق با ثبات Evnesh /f).
ب قانون تضمین ثبات پیوند شار مغناطیسی شکاف هوا ψ0 (ثابت E/f).
V. قانون تضمین ثبات اتصال شار مغناطیسی روتور ψ2 (ثابت Evnut/f).
قانون حفظ یک اتصال شار استاتور ثابت با حفظ نسبت ثابت emf استاتور به فرکانس زاویه ای میدان اجرا می شود. عیب اصلی این قانون کاهش ظرفیت اضافه بار موتور هنگام کار در فرکانس های بالا است. این به دلیل افزایش راکتانس القایی استاتور و در نتیجه کاهش پیوند شار در شکاف هوا بین استاتور و روتور با افزایش بار است.
حفظ جریان اصلی ثابت ظرفیت اضافه بار موتور را افزایش می دهد، اما اجرای سخت افزاری سیستم کنترل را پیچیده می کند و نیاز به تغییر در طراحی ماشین یا وجود سنسورهای ویژه دارد.
هنگام حفظ یک اتصال شار روتور ثابت، گشتاور موتور حداکثر ندارد، اما با افزایش بار، شار مغناطیسی اصلی افزایش می‌یابد که منجر به اشباع مدارهای مغناطیسی و در نتیجه عدم امکان حفظ شار روتور ثابت می‌شود. پیوند.

ارزیابی مقایسه ای قوانین کنترل سرعت توسط درایو الکتریکی ناهمزمان با تغییر فرکانس ولتاژ در استاتور

شکل 1 نتایج مطالعات نظری نشانگرهای انرژی یک موتور ناهمزمان با قدرت Рн = 18.5 کیلووات را تحت قوانین مختلف کنترل فرکانس نشان می دهد که در کار V.S. پتروشین و دکتری. A.A. Tankov "نشانگرهای انرژی یک موتور ناهمزمان در یک درایو الکتریکی فرکانس تحت قوانین کنترل مختلف." نتایج آزمایش انجام شده هنگام آزمایش این موتور نیز در آنجا آورده شده است (قانون کنترل فرکانس U/f = const). موتور در یک بار با گشتاور ثابت 30.5 نیوتن متر در محدوده سرعت 500 - 2930 دور در دقیقه کار می کرد.
با مقایسه وابستگی های به دست آمده، می توان نتیجه گرفت که در منطقه کم سرعت، هنگام استفاده از قوانین کنترل گروه دوم، راندمان 7-21٪ بیشتر و ضریب توان 3-7٪ کمتر است. با افزایش سرعت، تفاوت ها کاهش می یابد.

عکس. 1. تغییر در بازده (a) و cosφ (b) در محدوده کنترل: 1 - وابستگی های تجربی. وابستگی های محاسبه شده برای قوانین کنترل مختلف: 2 - U/f = const، 3 - Evnesh /f = const، 4 - E/f= const، 5 - Evnesh /f= const.
بنابراین، قوانین کنترل برداری نه تنها کنترل بهتر درایو الکتریکی در حالت استاتیک و دینامیک را فراهم می کند، بلکه باعث افزایش راندمان موتور و بر این اساس، کل درایو می شود. با این حال، تمام قوانینی که یک پیوند شار ثابت را حفظ می کنند دارای اشکالات خاصی هستند.
یک عیب رایج قوانین حفظ اتصال شار ثابت این است: قابلیت اطمینان پایین به دلیل وجود سنسورهای تعبیه شده در موتور، و تلفات در فولاد زمانی که موتور با گشتاور بار کمتر از مقدار نامی کار می کند. این تلفات به دلیل نیاز به حفظ یک پیوند شار اسمی ثابت در حالت‌های عملیاتی مختلف ایجاد می‌شوند.
راندمان موتور را می توان با تنظیم شار مغناطیسی استاتور (روتور) بسته به مقدار گشتاور بار (لغزش) به میزان قابل توجهی افزایش داد. معایب چنین کنترلی ویژگی های دینامیکی پایین درایو، به دلیل مقدار زیاد ثابت زمانی روتور، که به دلیل آن شار مغناطیسی دستگاه با کمی تاخیر بازیابی می شود، و پیچیدگی اجرای فنی کنترل است. سیستم.
در عمل، گروهی از قوانین با شار مغناطیسی ثابت برای درایوهای الکتریکی پویا که با ممان مقاومت ثابت روی شفت و با اعمال بار شوک مکرر کار می کنند، گسترده شده است. در حالی که گروهی از قوانین با تنظیم شار مغناطیسی به عنوان تابعی از بار روی شفت برای درایوهای الکتریکی با دینامیک پایین و برای درایوهای با بار "فن" استفاده می شود.

طبق آخرین آمار، تقریباً 70 درصد از کل برق تولید شده در جهان توسط درایوهای الکتریکی مصرف می شود. و هر سال این درصد در حال افزایش است.

با یک روش صحیح انتخاب شده برای کنترل موتور الکتریکی، می توان حداکثر بازده، حداکثر گشتاور روی شفت ماشین الکتریکی را به دست آورد و در عین حال عملکرد کلی مکانیزم را افزایش داد. موتورهای الکتریکی کارآمد حداقل برق مصرف می کنند و حداکثر کارایی را ارائه می دهند.

برای موتورهای الکتریکی که توسط یک اینورتر تغذیه می شوند، راندمان تا حد زیادی به روش انتخاب شده برای کنترل ماشین الکتریکی بستگی دارد. تنها با درک شایستگی‌های هر روش، مهندسان و طراحان سیستم محرک می‌توانند حداکثر عملکرد را از هر روش کنترلی دریافت کنند.
محتوا:

روش های کنترل

بسیاری از افرادی که در زمینه اتوماسیون کار می کنند، اما از نزدیک در توسعه و اجرای سیستم های محرک الکتریکی دخالت ندارند، بر این باورند که کنترل موتور الکتریکی شامل مجموعه ای از دستورات است که با استفاده از یک رابط از یک کنترل پنل یا رایانه شخصی وارد می شود. بله، از نظر سلسله مراتب کلی کنترل یک سیستم خودکار، این درست است، اما راه هایی برای کنترل خود موتور الکتریکی نیز وجود دارد. این روش ها هستند که بیشترین تأثیر را بر عملکرد کل سیستم خواهند داشت.

برای موتورهای آسنکرون متصل به مبدل فرکانس، چهار روش کنترل اصلی وجود دارد:

• U/f – ولت بر هرتز؛
• U/f با رمزگذار؛
• کنترل برداری حلقه باز.
• کنترل بردار حلقه بسته.

هر چهار روش از مدولاسیون عرض پالس PWM استفاده می کنند که عرض سیگنال ثابت را با تغییر عرض پالس ها برای ایجاد سیگنال آنالوگ تغییر می دهد.

مدولاسیون عرض پالس با استفاده از یک ولتاژ باس DC ثابت به مبدل فرکانس اعمال می شود. با باز و بسته شدن سریع (به طور صحیح تر، سوئیچینگ) پالس های خروجی تولید می کنند. با تغییر عرض این پالس ها در خروجی، یک "سینوسوئید" با فرکانس مورد نظر به دست می آید. حتی اگر شکل ولتاژ خروجی ترانزیستورها پالسی باشد، جریان همچنان به شکل سینوسی به دست می آید، زیرا موتور الکتریکی دارای اندوکتانس است که بر شکل جریان تأثیر می گذارد. تمام روش های کنترل بر اساس مدولاسیون PWM هستند. تفاوت بین روش های کنترل فقط در روش محاسبه ولتاژ عرضه شده به موتور الکتریکی است.

در این حالت، فرکانس حامل (با رنگ قرمز نشان داده شده است) حداکثر فرکانس سوئیچینگ ترانزیستورها را نشان می دهد. فرکانس حامل برای اینورترها معمولاً در محدوده 2 کیلوهرتز تا 15 کیلوهرتز است. مرجع فرکانس (به رنگ آبی نشان داده شده است) سیگنال فرمان فرکانس خروجی است. برای اینورترهای مورد استفاده در سیستم های محرک الکتریکی معمولی، معمولاً از 0 هرتز تا 60 هرتز متغیر است. هنگامی که سیگنال‌های دو فرکانس روی یکدیگر قرار می‌گیرند، سیگنالی برای باز کردن ترانزیستور (با رنگ مشکی) صادر می‌شود که ولتاژ برق را به موتور الکتریکی می‌رساند.

روش کنترل U/F

کنترل ولت در هر هرتز، که بیشتر به عنوان U/F شناخته می شود، شاید ساده ترین روش کنترل باشد. به دلیل سادگی و حداقل تعداد پارامترهای مورد نیاز برای کار، اغلب در سیستم های محرک الکتریکی ساده استفاده می شود. این روش کنترلی نیازی به نصب اجباری رمزگذار و تنظیمات اجباری برای درایو الکتریکی با فرکانس متغیر ندارد (اما توصیه می شود). این منجر به کاهش هزینه برای تجهیزات کمکی (حسگرها، سیم‌های بازخورد، رله‌ها و غیره) می‌شود. کنترل U/F اغلب در تجهیزات فرکانس بالا استفاده می شود، به عنوان مثال، اغلب در ماشین های CNC برای هدایت چرخش دوک استفاده می شود.

مدل گشتاور ثابت دارای گشتاور ثابت در کل محدوده سرعت با همان نسبت U/F است. مدل نسبت گشتاور متغیر ولتاژ تغذیه کمتری در سرعت های پایین دارد. این برای جلوگیری از اشباع ماشین الکتریکی ضروری است.

U/F تنها راه برای تنظیم سرعت موتور الکتریکی ناهمزمان است که امکان کنترل چندین درایو الکتریکی از یک مبدل فرکانس را فراهم می کند. بر این اساس، تمام ماشین ها به طور همزمان شروع و متوقف می شوند و در یک فرکانس کار می کنند.

اما این روش کنترل چندین محدودیت دارد. به عنوان مثال، هنگام استفاده از روش کنترل U/F بدون رمزگذار، مطلقاً هیچ اطمینانی وجود ندارد که شفت یک ماشین ناهمزمان بچرخد. علاوه بر این، گشتاور راه اندازی یک ماشین الکتریکی در فرکانس 3 هرتز به 150٪ محدود می شود. بله، گشتاور محدود برای جا دادن بیشتر تجهیزات موجود بیش از اندازه کافی است. به عنوان مثال تقریباً همه فن ها و پمپ ها از روش کنترل U/F استفاده می کنند.

این روش به دلیل مشخصات شلتر نسبتاً ساده است. تنظیم سرعت معمولاً در محدوده 2٪ - 3٪ حداکثر فرکانس خروجی است. پاسخ سرعت برای فرکانس های بالاتر از 3 هرتز محاسبه می شود. سرعت پاسخ مبدل فرکانس با سرعت پاسخ آن به تغییرات فرکانس مرجع تعیین می شود. هرچه سرعت پاسخ بالاتر باشد، درایو الکتریکی سریعتر به تغییرات تنظیم سرعت پاسخ می دهد.

محدوده کنترل سرعت هنگام استفاده از روش U/F 1:40 است. با ضرب این نسبت در حداکثر فرکانس کاری درایو الکتریکی، مقدار حداقل فرکانسی را که ماشین الکتریکی می تواند در آن کار کند، بدست می آوریم. به عنوان مثال، اگر حداکثر مقدار فرکانس 60 هرتز و محدوده 1:40 باشد، حداقل مقدار فرکانس 1.5 هرتز خواهد بود.

الگوی U/F رابطه بین فرکانس و ولتاژ را در حین کار درایو فرکانس متغیر تعیین می کند. بر اساس آن، منحنی تنظیم سرعت چرخش (فرکانس موتور) علاوه بر مقدار فرکانس، مقدار ولتاژ عرضه شده به پایانه های ماشین الکتریکی را نیز تعیین می کند.

اپراتورها و تکنسین ها می توانند الگوی کنترل U/F مورد نظر را با یک پارامتر در یک مبدل فرکانس مدرن انتخاب کنند. قالب های از پیش نصب شده در حال حاضر برای برنامه های خاص بهینه شده اند. همچنین فرصت هایی برای ایجاد الگوهای خود وجود دارد که برای یک درایو فرکانس متغیر خاص یا سیستم موتور الکتریکی بهینه می شوند.

دستگاه هایی مانند فن ها یا پمپ ها دارای گشتاور بار هستند که به سرعت چرخش آنها بستگی دارد. گشتاور متغیر (تصویر بالا) الگوی U/F از خطاهای کنترل جلوگیری می کند و کارایی را بهبود می بخشد. این مدل کنترلی با کاهش ولتاژ در ماشین الکتریکی، جریان های مغناطیسی را در فرکانس های پایین کاهش می دهد.

مکانیسم های گشتاور ثابت مانند نوار نقاله ها، اکسترودرها و سایر تجهیزات از روش کنترل گشتاور ثابت استفاده می کنند. با بار ثابت، جریان مغناطیسی کامل در تمام سرعت ها مورد نیاز است. بر این اساس، مشخصه دارای یک شیب مستقیم در کل محدوده سرعت است.

روش کنترل U/F با رمزگذار

در صورت نیاز به افزایش دقت کنترل سرعت چرخش، یک رمزگذار به سیستم کنترل اضافه می شود. معرفی بازخورد سرعت با استفاده از رمزگذار به شما امکان می دهد دقت کنترل را تا 0.03٪ افزایش دهید. ولتاژ خروجی همچنان با الگوی U/F مشخص شده تعیین می شود.

این روش کنترلی به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد، زیرا مزایایی که در مقایسه با توابع استاندارد U/F ارائه می دهد حداقل است. گشتاور راه اندازی، سرعت پاسخ و محدوده کنترل سرعت همگی با U/F استاندارد یکسان هستند. علاوه بر این، هنگام افزایش فرکانس های عملیاتی، ممکن است مشکلاتی در عملکرد رمزگذار ایجاد شود، زیرا تعداد دورهای محدودی دارد.

کنترل برداری حلقه باز

کنترل برداری حلقه باز (VC) برای کنترل گسترده تر و پویاتر سرعت یک ماشین الکتریکی استفاده می شود. هنگام راه اندازی از مبدل فرکانس، موتورهای الکتریکی می توانند گشتاور راه اندازی 200 درصد گشتاور نامی را در فرکانس 0.3 هرتز ایجاد کنند. این به طور قابل توجهی فهرست مکانیسم هایی را گسترش می دهد که در آن ها می توان از یک درایو الکتریکی ناهمزمان با کنترل برداری استفاده کرد. این روش همچنین به شما امکان می دهد گشتاور دستگاه را در هر چهار ربع کنترل کنید.

گشتاور توسط موتور محدود می شود. این برای جلوگیری از آسیب به تجهیزات، ماشین آلات یا محصولات ضروری است. مقدار گشتاورها بسته به جهت چرخش ماشین الکتریکی (به جلو یا عقب) و بسته به اینکه موتور الکتریکی اجرا می کند به چهار ربع مختلف تقسیم می شود. محدودیت ها را می توان برای هر ربع به صورت جداگانه تنظیم کرد یا کاربر می تواند گشتاور کلی را در مبدل فرکانس تنظیم کند.

حالت موتور یک ماشین ناهمزمان ارائه می شود که میدان مغناطیسی روتور از میدان مغناطیسی استاتور عقب بماند. اگر میدان مغناطیسی روتور شروع به پیشی گرفتن از میدان مغناطیسی استاتور کند، دستگاه با آزادسازی انرژی وارد حالت ترمز احیا می شود؛ به عبارت دیگر، موتور ناهمزمان به حالت ژنراتور تغییر می کند.

به عنوان مثال، یک ماشین درب بطری ممکن است از محدود کننده گشتاور در ربع 1 (جهت رو به جلو با گشتاور مثبت) برای جلوگیری از سفت شدن بیش از حد درب بطری استفاده کند. مکانیسم به جلو حرکت می کند و از گشتاور مثبت برای سفت کردن درب بطری استفاده می کند. اما دستگاهی مانند آسانسور با وزنه تعادلی سنگین تر از کابین خالی از ربع 2 (چرخش معکوس و گشتاور مثبت) استفاده می کند. اگر کابین به طبقه بالا برود، گشتاور بر خلاف سرعت خواهد بود. این برای محدود کردن سرعت بلند کردن و جلوگیری از سقوط آزاد وزنه ضروری است، زیرا وزن آن از کابین سنگین تر است.

بازخورد جریان در این مبدل های فرکانس به شما امکان می دهد محدودیت هایی را برای گشتاور و جریان موتور الکتریکی تعیین کنید، زیرا با افزایش جریان، گشتاور نیز افزایش می یابد. ولتاژ خروجی اینورتر ممکن است در صورتی که مکانیسم به گشتاور بیشتری نیاز داشته باشد افزایش یابد یا در صورت رسیدن به حداکثر مقدار مجاز آن کاهش یابد. این باعث می شود که اصل کنترل برداری یک ماشین ناهمزمان در مقایسه با اصل U/F انعطاف پذیرتر و پویاتر باشد.

همچنین مبدل های فرکانس با کنترل برداری و حلقه باز دارای پاسخ سرعت 10 هرتز سریع تری هستند که امکان استفاده از آن را در مکانیزم های دارای بار ضربه ای ممکن می سازد. به عنوان مثال، در سنگ شکن ها، بار به طور مداوم در حال تغییر است و به حجم و ابعاد سنگ در حال پردازش بستگی دارد.

برخلاف الگوی کنترل U/F، کنترل برداری از یک الگوریتم برداری برای تعیین حداکثر ولتاژ کاری موثر موتور الکتریکی استفاده می کند.

کنترل برداری VU این مشکل را به دلیل وجود بازخورد در جریان موتور حل می کند. به عنوان یک قاعده، بازخورد جریان توسط ترانسفورماتورهای جریان داخلی خود مبدل فرکانس تولید می شود. مبدل فرکانس با استفاده از مقدار جریان بدست آمده، گشتاور و شار ماشین الکتریکی را محاسبه می کند. بردار اصلی جریان موتور از نظر ریاضی به بردار جریان مغناطیسی (I d) و گشتاور (I q) تقسیم می شود.

اینورتر با استفاده از داده ها و پارامترهای ماشین الکتریکی، بردارهای جریان مغناطیسی (I d) و گشتاور (I q) را محاسبه می کند. برای دستیابی به حداکثر عملکرد، مبدل فرکانس باید Id و I q را با زاویه 90 0 از هم جدا نگه دارد. این مهم است زیرا sin 90 0 = 1، و مقدار 1 نشان دهنده حداکثر مقدار گشتاور است.

به طور کلی، کنترل برداری یک موتور القایی کنترل دقیق تری را فراهم می کند. تنظیم سرعت تقریباً ± 0.2٪ از حداکثر فرکانس است و محدوده تنظیم به 1:200 می رسد که می تواند هنگام کار در سرعت های پایین گشتاور را حفظ کند.

کنترل بازخورد برداری

کنترل برداری بازخورد از همان الگوریتم کنترلی مانند VAC حلقه باز استفاده می کند. تفاوت اصلی وجود یک رمزگذار است که به درایو فرکانس متغیر اجازه می دهد تا 200٪ گشتاور شروع را در 0 دور در دقیقه ایجاد کند. این نکته صرفاً برای ایجاد یک لحظه اولیه هنگام حرکت از آسانسورها، جرثقیل ها و سایر ماشین آلات بالابر به منظور جلوگیری از نشست بار ضروری است.

وجود سنسور بازخورد سرعت به شما امکان می دهد زمان پاسخگویی سیستم را به بیش از 50 هرتز افزایش دهید و همچنین محدوده کنترل سرعت را تا 1:1500 افزایش دهید. همچنین وجود بازخورد به شما امکان می دهد نه سرعت ماشین الکتریکی، بلکه گشتاور را کنترل کنید. در برخی مکانیسم ها، مقدار گشتاور است که از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، ماشین سیم پیچ، مکانیسم های گرفتگی و غیره. در چنین دستگاه هایی لازم است که گشتاور دستگاه تنظیم شود.

شناخته شده ترین روش صرفه جویی در انرژی، کاهش سرعت موتور AC است. از آنجایی که توان با مکعب سرعت شفت متناسب است، کاهش اندک سرعت می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی شود. همه می دانند که این چقدر برای تولید مرتبط است. اما چگونه می توان به این امر دست یافت؟ ما به این سؤالات و سؤالات دیگر پاسخ خواهیم داد، اما ابتدا اجازه دهید در مورد انواع کنترل موتورهای آسنکرون صحبت کنیم.

درایو الکتریکی AC یک سیستم الکترومکانیکی است که به عنوان اساس اکثر فرآیندهای تکنولوژیکی عمل می کند. نقش مهمی در آن متعلق به مبدل فرکانس (FC) است که "نواختن ویولن اصلی دوئت" - موتور ناهمزمان (IM) را بازی می کند.

کمی فیزیک ابتدایی

از مدرسه، ما یک ایده واضح داریم که ولتاژ اختلاف پتانسیل بین دو نقطه است و فرکانس مقداری برابر با تعداد دوره هایی است که جریان قادر است به معنای واقعی کلمه در یک ثانیه از آن عبور کند.

به عنوان بخشی از فرآیند تکنولوژیکی، اغلب لازم است که پارامترهای عملیاتی شبکه را تغییر دهیم. برای این منظور مبدل های فرکانس: اسکالر و برداری وجود دارد. چرا به آن ها می گویند؟ بیایید با این واقعیت شروع کنیم که ویژگی های خاص هر نوع از نام آنها مشخص می شود. بیایید اصول اولیه فیزیک ابتدایی را به خاطر بسپاریم و به خودمان اجازه دهیم IF را برای سادگی کوتاهتر صدا کنیم. "Vectornik" جهت خاصی دارد و از قوانین بردارها پیروی می کند. "Scalarnik" هیچ کدام از این ها را ندارد، بنابراین الگوریتم کنترل آن به طور طبیعی بسیار ساده است. به نظر می رسد اسامی قطعی شده است. حال بیایید در مورد چگونگی ارتباط مقادیر فیزیکی مختلف از فرمول های ریاضی با یکدیگر صحبت کنیم.

به یاد داشته باشید که به محض کاهش سرعت، گشتاور افزایش می یابد و بالعکس؟ این بدان معنی است که هرچه چرخش روتور بیشتر باشد، شار بیشتری از استاتور عبور می کند و در نتیجه ولتاژ بیشتری القا می شود.

همین اصل در اصل عملکرد در سیستم های مورد نظر ما نهفته است، فقط در "اسکالر" میدان مغناطیسی استاتور کنترل می شود و در "بردار" برهمکنش میدان های مغناطیسی استاتور و روتور نقش مهمی ایفا می کند. در مورد دوم، این فناوری امکان بهبود پارامترهای فنی عملکرد سیستم رانش را فراهم می کند.

تفاوت های فنی بین مبدل ها

تفاوت های زیادی وجود دارد، بیایید اساسی ترین آنها را برجسته کنیم، و بدون شبکه علمی کلمات. برای یک درایور فرکانس اسکالر (بدون حسگر)، رابطه U/F خطی است و محدوده کنترل سرعت بسیار کوچک است. به هر حال، به همین دلیل است که در فرکانس های پایین ولتاژ کافی برای حفظ گشتاور وجود ندارد و گاهی اوقات لازم است مشخصه ولتاژ-فرکانس (VFC) را با شرایط کاری تنظیم کنید، همین اتفاق در حداکثر فرکانس بالای 50 هرتز می افتد. .

هنگام چرخش شفت در محدوده سرعت گسترده و فرکانس پایین و همچنین برآورده کردن الزامات کنترل گشتاور خودکار، از روش کنترل برداری با بازخورد استفاده می شود. این تفاوت دیگری را نشان می دهد: اسکالر معمولا چنین بازخوردی ندارد.

کدام شرایط اضطراری را انتخاب کنیم؟ استفاده از یک یا دستگاه دیگر عمدتاً بر اساس دامنه استفاده از درایو الکتریکی هدایت می شود. اما در موارد خاص انتخاب نوع مبدل فرکانس بدون انتخاب می شود. اولا: تفاوت واضح و قابل توجهی در قیمت وجود دارد (اسکالرها بسیار ارزان تر هستند، نیازی به هسته های محاسباتی گران قیمت نیست). بنابراین، تولید ارزانتر گاهی اوقات بر فرآیند تصمیم گیری بیشتر است. ثانیاً: مناطقی از کاربرد وجود دارد که فقط استفاده از آنها ممکن است، به عنوان مثال، در خطوط نقاله، که در آن چندین موتور الکتریکی به طور همزمان از یک (VFD) کنترل می شوند.

روش اسکالر

یک درایو الکتریکی ناهمزمان با کنترل سرعت اسکالر (یعنی VFC) امروزه رایج ترین است. اساس روش این است که سرعت موتور تابعی از فرکانس خروجی است.

کنترل موتور اسکالر انتخاب بهینه برای مواردی است که بار متغیر وجود ندارد و نیازی به دینامیک خوب نیست. اسکالر برای کار کردن به هیچ سنسوری نیاز ندارد. هنگام استفاده از این روش، مانند کنترل برداری، نیازی به یک پردازنده دیجیتال گران قیمت نیست.

این روش اغلب برای کنترل خودکار فن ها، کمپرسورها و سایر واحدها استفاده می شود.در اینجا لازم است که سرعت چرخش محور موتور با استفاده از یک سنسور یا یک نشانگر مشخص دیگر (به عنوان مثال، دمای مایع، کنترل شده) حفظ شود. توسط دستگاه ردیاب مناسب).

با کنترل اسکالر، تغییر فرکانس دامنه در ولتاژ تغذیه با فرمول U/fn = const تعیین می شود. این اجازه می دهد تا شار مغناطیسی ثابت در موتور وجود داشته باشد. این روش بسیار ساده است، پیاده سازی آسان است، اما بدون برخی از اشکالات قابل توجه نیست:

• امکان کنترل همزمان گشتاور و سرعت وجود ندارد، بنابراین مقداری که از نقطه نظر فناوری بیشترین اهمیت را دارد انتخاب می شود.
• محدوده کنترل سرعت باریک و گشتاور کم در سرعت های پایین؛
• عملکرد ضعیف با تغییر بار پویا

روش برداری چیست؟

روش برداری

این در فرآیند بهبود بوجود آمد و در مواقعی استفاده می شود که لازم باشد حداکثر سرعت، تنظیم در محدوده سرعت گسترده و قابلیت کنترل گشتاور روی شفت وجود داشته باشد.

در جدیدترین مدل های درایوهای الکتریکی، یک مدل ریاضی از موتور از این نوع وارد سیستم کنترل (CS) می شود که قابلیت محاسبه گشتاور موتور و سرعت چرخش محور را دارد. در این حالت فقط نصب سنسورهای جریان فاز استاتور مورد نیاز است.

امروزه آنها دارای تعداد کافی مزیت هستند:

• دقت بالا؛
• بدون تکان، چرخش صاف فشار خون؛
• طیف گسترده ای از مقررات؛
• پاسخ سریع به تغییرات بار؛
• اطمینان از حالت کار موتور، که در آن تلفات ناشی از گرمایش و مغناطیس کاهش می یابد، و این منجر به افزایش بازدهی گرامی می شود!

مزایا البته واضح است، اما روش کنترل برداری بدون معایب نیست، مانند پیچیدگی محاسباتی و نیاز به دانستن شاخص های فنی موتور. علاوه بر این، دامنه های بزرگتر از نوسانات سرعت نسبت به "اسکالر" تحت بار ثابت مشاهده می شود. وظیفه اصلی در ساخت مبدل فرکانس ("بردار") ارائه گشتاور بالا در سرعت چرخش کم است.

نمودار یک سیستم کنترل برداری با واحد مدولاسیون عرض پالس (PWM) چیزی شبیه به این است:

در نمودار نشان داده شده، جسم کنترل شده یک موتور ناهمزمان است که به یک سنسور (DS) روی شفت متصل است. بلوک های نشان داده شده در واقع پیوندهایی در زنجیره سیستم کنترل هستند که بر روی کنترلر پیاده سازی شده اند. بلوک BZP مقادیر متغیرها را تنظیم می کند. بلوک های منطقی (BRP) و (BVP) متغیرهای معادله را تنظیم و محاسبه می کنند. خود کنترلر و سایر قسمت های مکانیکی سیستم در کابینت برق قرار دارند.

آپشن با میکروکنترلر فرکانس

مبدل فرکانس جریان/ولتاژ برای تنظیم صاف مقادیر پایه و همچنین سایر شاخص های عملکرد تجهیزات طراحی شده است. با استفاده از مدل های ریاضی برنامه ریزی شده در میکروکنترلر داخلی، همزمان به عنوان یک «اسکالر» و «بردار» عمل می کند. دومی در یک پانل مخصوص نصب شده است و یکی از گره های شبکه اطلاعاتی سیستم اتوماسیون است.

بلوک کنترل/ مبدل فرکانس جدیدترین فناوری است که در مدار با آنها از سلف استفاده می شود که شدت نویز ورودی را کاهش می دهد. لازم به ذکر است که توجه ویژه ای به این موضوع در خارج از کشور می شود.در عمل داخلی، استفاده از فیلترهای EMC همچنان یک حلقه ضعیف باقی مانده است، زیرا حتی یک چارچوب نظارتی معقول وجود ندارد. ما بیشتر اوقات از خود فیلترها در جاهایی استفاده می کنیم که به آنها نیاز نیست، و در جایی که واقعاً مورد نیاز هستند، به دلایلی فراموش می شوند.

نتیجه

واقعیت این است که یک موتور الکتریکی در عملکرد عادی از شبکه تمایل به داشتن پارامترهای استاندارد دارد؛ این همیشه قابل قبول نیست. این واقعیت با معرفی مکانیسم های چرخ دنده مختلف برای کاهش فرکانس به فرکانس مورد نیاز از بین می رود. امروزه دو سیستم کنترلی تشکیل شده است: یک سیستم بدون حسگر و یک سیستم حسگر با بازخورد. تفاوت اصلی آنها در دقت کنترل است. البته دقیق ترین مورد دوم است.

چارچوب موجود از طریق استفاده از سیستم‌های مختلف کنترل IM مدرن گسترش می‌یابد که کیفیت تنظیم بهتر و ظرفیت اضافه بار بالا را فراهم می‌کند. این عوامل برای تولید مقرون به صرفه، عمر طولانی تجهیزات و مصرف انرژی به صرفه اهمیت زیادی دارند.

کنترل برداری

کنترل برداریروشی برای کنترل موتورهای سنکرون و ناهمزمان است که نه تنها جریان هارمونیک (ولتاژ) فازها را تولید می کند (کنترل اسکالر)، بلکه کنترل شار مغناطیسی روتور را نیز فراهم می کند. اولین پیاده سازی اصل کنترل برداری و الگوریتم های با دقت بالا نیاز به استفاده از حسگرهای موقعیت (سرعت) روتور دارد.

به طور کلی، تحت " کنترل برداری" به تعامل دستگاه کنترل با به اصطلاح "بردار فضایی" اشاره دارد که با فرکانس میدان موتور می چرخد.

دستگاه ریاضی کنترل برداری

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "کنترل برداری" در فرهنگ های دیگر چیست:

کاغذ ردیابی با او. Vektorregelung. روشی برای کنترل سرعت چرخش و/یا گشتاور یک موتور الکتریکی با استفاده از تأثیر مبدل محرک الکتریکی بر اجزای برداری جریان استاتور موتور الکتریکی. در ادبیات روسی زبان در ... ویکی پدیا

راه حل مسئله کنترل بهینه تئوری ریاضی، که در آن عمل کنترلی u=u(t) به شکل تابعی از زمان تشکیل می شود (بنابراین فرض می شود که در طول فرآیند هیچ اطلاعاتی جز آنچه در همان زمان داده شده است وجود ندارد. شروع وارد سیستم می شود... ... دایره المعارف ریاضی

- (درایو کنترل فرکانس، PNC، درایو فرکانس متغیر، VFD) سیستم برای کنترل سرعت روتور موتور الکتریکی ناهمزمان (یا سنکرون). از خود موتور الکتریکی و مبدل فرکانس ... ویکی پدیا

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به CNC (معانی) مراجعه کنید. این صفحه برای ادغام با CNC پیشنهاد شده است. توضیح دلایل و بحث در صفحه ویکی پدیا: به سوی اتحاد/25 ف... ویکی پدیا

استاتور و روتور یک ماشین ناهمزمان 0.75 کیلو وات، 1420 دور در دقیقه، 50 هرتز، 230-400 ولت، 3.4 2.0 A ماشین ناهمزمان یک ماشین الکتریکی جریان متناوب است ... ویکی پدیا

- (DPR) بخشی از یک موتور الکتریکی. در موتورهای الکتریکی کموتاتور، سنسور موقعیت روتور یک واحد کموتاتور برس است که یک کلید جریان نیز می باشد. در الکتروموتورهای براشلس سنسور موقعیت روتور می تواند انواع مختلف ... ویکی پدیا

DS3 DS3 010 اطلاعات پایه کشور سازنده ... ویکی پدیا

ماشین ناهمزمان یک ماشین الکتریکی جریان متناوب است که سرعت روتور آن برابر (کمتر از) سرعت چرخش میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان سیم پیچ استاتور نیست. ماشین های ناهمزمان رایج ترین برق... ... ویکی پدیا

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به مبدل فرکانس مراجعه کنید. این مقاله باید ویکی شده باشد. لطفا فرمتش رو طبق قوانین قالب بندی مقالات ... ویکی پدیا

DS3 ... ویکی پدیا

کتاب ها

• کنترل برداری صرفه جویی در انرژی موتورهای الکتریکی ناهمزمان: بررسی وضعیت و نتایج جدید: مونوگراف، Borisevich A.V.. مونوگراف به روش هایی برای افزایش بهره وری انرژی کنترل برداری موتورهای الکتریکی ناهمزمان اختصاص داده شده است. مدل الکتروموتور ناهمزمان در نظر گرفته شده و اصل بردار...