کنترل موتور برداری. تفاوت های فنی بین مبدل های برداری و اسکالر

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 روتور را نیز فراهم می کند. اولین اجرای اصل کنترل برداری و الگوریتم های افزایش دقت مستلزم استفاده از سنسورهای موقعیت (سرعت) روتور است.

به طور کلی، تحت " کنترل برداری"برهم کنش دستگاه کنترل با به اصطلاح "بردار فضایی" که با فرکانس میدان موتور می چرخد، درک می شود.

دستگاه ریاضی کنترل برداری

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "کنترل برداری" در فرهنگ های دیگر چیست:

ردیابی کاغذ با آن. Vektorregelung. روشی برای کنترل سرعت چرخش و / یا گشتاور یک موتور الکتریکی با استفاده از عمل مبدل درایو الکتریکی بر روی اجزای برداری جریان استاتور یک 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 صورت تابعی از زمان تشکیل می شود (بنابراین فرض می شود که در طول فرآیند هیچ اطلاعاتی وجود ندارد. ، به جز موردی که در همان ابتدا به سیستم داده شد ... ... دایره المعارف ریاضیات

- (درایو کنترل شده با فرکانس، VFD، درایو فرکانس متغیر، VFD) سیستم کنترل سرعت روتور موتور الکتریکی ناهمزمان (یا سنکرون). متشکل از موتور الکتریکی واقعی و مبدل فرکانس ... ویکی پدیا

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

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

- (DPR) بخشی از موتور الکتریکی. در موتورهای کلکتور، سنسور موقعیت روتور یک واحد جمع کننده براش است که یک کموتاتور جریان نیز می باشد. در موتورهای 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) فرکانس چرخش میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان در سیم پیچ استاتور نیست. ماشین های ناهمزمان رایج ترین ... ... ویکی پدیا هستند

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به مبدل فرکانس مراجعه کنید. این مقاله باید ویکی شود. لطفاً طبق قوانین قالب بندی مقاله ترتیب دهید ... ویکی پدیا

DS3 ... ویکی پدیا

کتاب ها

• کنترل برداری صرفه جویی در انرژی موتورهای الکتریکی ناهمزمان: مروری بر وضعیت و نتایج جدید: مونوگراف، Borisevich AV. این مقاله به روش های افزایش بهره وری انرژی در کنترل برداری موتورهای الکتریکی ناهمزمان اختصاص دارد. مدلی از موتور الکتریکی ناهمزمان در نظر گرفته شده است و اصل بردار ...

کنترل اسکالر(فرکانس) - روشی برای کنترل جریان متناوب بدون جاروبک، که شامل حفظ نسبت ولتاژ / فرکانس ثابت (V / Hz) در کل محدوده سرعت عملیاتی است، در حالی که فقط مقدار و فرکانس ولتاژ منبع تغذیه را کنترل می کند.

نسبت V / Hz بر اساس مقادیر نامی (و فرکانس) موتور AC در حال نظارت محاسبه می شود. با ثابت نگه داشتن نسبت V/Hz، می توانیم شار مغناطیسی را در شکاف موتور نسبتاً ثابت نگه داریم. اگر نسبت V/Hz افزایش یابد، موتور بیش از حد تحریک می شود و بالعکس اگر نسبت کاهش یابد، موتور کمتر برانگیخته می شود.

تغییر ولتاژ تغذیه موتور الکتریکی با کنترل اسکالر

در سرعت های پایین، لازم است افت ولتاژ در مقاومت استاتور جبران شود، بنابراین نسبت V / هرتز در سرعت های پایین بالاتر از مقدار اسمی تنظیم می شود. روش کنترل اسکالر بیشترین کاربرد را برای کنترل موتورهای القایی دارد.

برای موتورهای القایی کاربرد دارد

با روش کنترل اسکالر سرعت با تنظیم ولتاژ و فرکانس استاتور کنترل می شود تا میدان مغناطیسی در شکاف در مقدار مورد نظر حفظ شود. برای حفظ یک میدان مغناطیسی ثابت در شکاف، نسبت V / Hz باید در سرعت های مختلف ثابت باشد.

با افزایش سرعت، ولتاژ تغذیه استاتور نیز باید به طور متناسب افزایش یابد. با این حال، فرکانس سنکرون یک موتور القایی برابر با سرعت چرخش شفت نیست، بلکه به بار بستگی دارد. بنابراین، یک سیستم کنترل اسکالر حلقه باز نمی تواند سرعت را در حضور بار به طور دقیق کنترل کند. برای حل این مشکل می توان بازخورد سرعت و در نتیجه جبران لغزش را به سیستم اضافه کرد.

معایب کنترل اسکالر

روش کنترل اسکالرپیاده سازی نسبتاً ساده است، اما چندین معایب قابل توجه دارد:
• اولاً اگر سنسور سرعت نصب نشده باشد نمی توان سرعت چرخش شفت را کنترل کرد زیرا به بار بستگی دارد (وجود سنسور سرعت این مشکل را حل می کند) و در صورت تغییر بار می توان کنترل را کاملاً انجام داد. کم شده؛
• ثانیاً مدیریت آن غیرممکن است. البته این مشکل با استفاده از سنسور گشتاور قابل حل است، اما هزینه نصب آن بسیار بالاست و به احتمال زیاد از خود محرک الکتریکی نیز بیشتر خواهد بود. در این حالت، کنترل گشتاور بسیار اینرسی خواهد بود.
• همچنین، گشتاور و سرعت را نمی توان همزمان کنترل کرد.

کنترل اسکالر برای اکثر کارهایی که در آنها از یک درایو الکتریکی با محدوده کنترل دور موتور تا 1:10 استفاده می شود، کافی است.

در مواقعی که حداکثر سرعت مورد نیاز است، از قابلیت کنترل طیف وسیعی از سرعت ها و توانایی کنترل گشتاور موتور الکتریکی استفاده می شود.

هرگونه تغییر یا حفظ سرعت ثابت درایو الکتریکی، تنظیم هدفمند گشتاور ایجاد شده توسط موتور را فراهم می کند. ممان در نتیجه برهمکنش شار (پیوند شار) ایجاد شده توسط یک قسمت از موتور با جریان در قسمت دیگر ایجاد می شود و توسط حاصلضرب برداری این دو بردار مولد گشتاور فضایی تعیین می شود. بنابراین، مقدار گشتاور ایجاد شده توسط موتور توسط ماژول های هر بردار و زاویه فضایی بین آنها تعیین می شود.

هنگام ساخت سیستم های کنترل اسکالرفقط مقادیر عددی (ماژول‌های) بردارهای مولد لحظه کنترل و تنظیم شدند، اما موقعیت مکانی آنها کنترل نشد. اصل کنترل برداریدر این واقعیت نهفته است که سیستم کنترل مقدار عددی و موقعیت بردارهای مولد گشتاور را در فضا نسبت به یکدیگر کنترل می کند. از این رو، وظیفه کنترل برداری عبارت است از تعیین و تنظیم اجباری مقادیر لحظه ای جریان ها در سیم پیچ های موتور به گونه ای که بردارهای تعمیم یافته جریان ها و پیوندهای شار موقعیتی را در فضا اشغال کنند که ایجاد الکترومغناطیسی مورد نیاز را تضمین می کند. لحظه

گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده توسط موتور:

جایی که m فاکتور طراحی است. ، 2 - فضایی

بردارهای جریان یا پیوندهای شار تشکیل دهنده لحظه؛ ایکس -زاویه فضایی بین بردارهای مولد گشتاور.

همانطور که از (6.53) به شرح زیر است، حداقل مقادیر جریان (پیوندهای شار) تشکیل دهنده گشتاور برای مقدار گشتاور مورد نیاز در صورت بردارها خواهد بود. ایکسو 2 عمود بر هم هستند، i.e. X = °.

در سیستم های کنترل برداری نیازی به تعیین موقعیت فضایی مطلق بردارها و 2 در رابطه با محورهای استاتور یا روتور نیست. تعیین موقعیت یک بردار نسبت به دیگری ضروری است. بنابراین یکی از بردارها به صورت گرفته می شود پایه،و موقعیت دیگری زاویه را کنترل می کند ایکس.

بر این اساس، هنگام ساخت سیستم های کنترل برداری، توصیه می شود از توصیف ریاضی فرآیندهای الکترومغناطیسی و الکترومکانیکی، بیان شده در مختصات گره خورده به بردار پایه (مختصات) استفاده کنید. و- v). چنین توصیف ریاضی در § 1.6 آورده شده است.

اگر بردار پایه بگیریم و محور مختصات را جهت دهیم وبرای این بردار، پس از (1.46)، سیستم معادلات زیر را بدست می آوریم:

در این معادلات؟ v =، از آنجایی که بردار با محور مختصات منطبق است و

در شکل 6.31 یک نمودار برداری از جریان ها و اتصالات شار در محورها ارائه می کند. و- مختصات جهت گیری v ^ ودر امتداد بردار پیوند روتور. از نمودار برداری بر می آید که

برنج. B.31. نمودار برداری پیوندهای شار و جریان در محورها u-vدر م

با ثبات (یا تغییر کند) n جداسازی روتور d "V u / dt =در نتیجه من و =و Г = yji u + i v = i v

در این حالت بردار جریان روتور جیعمود بر اتصال شار روتور. از آنجایی که شار نشتی روتور 0 به طور قابل توجهی کمتر از شار در شکاف ماشین است. H، tسپس با یک اتصال شار ثابت روتور، می توانیم فرض کنیم که بردار جریان استاتور بر روی محور مختصات v من vبرابر است با | / "| یا /

مزیت سیستم مختصات اتخاذ شده u-vبرای ساختن یک سیستم کنترل برداری گشتاور و سرعت یک موتور القایی، گشتاور موتور (6.54) به عنوان حاصل ضرب اسکالر دو بردار متقابل عمود بر هم تعریف می شود: پیوند شار روتور * P و جزء فعال جریان استاتور. چنین تعریفی از گشتاور معمولی است، به عنوان مثال، برای موتورهای DC تحریک مستقل، راحت ترین برای ساخت یک سیستم کنترل خودکار است.

سیستم کنترل بردارینمودار ساختاری چنین مدیریتی بر اساس اصول زیر است:

• ? سیستم کنترل دو کاناله شامل یک کانال برای تثبیت اتصال شار روتور و یک کانال برای تنظیم سرعت (گشتاور) است.
• ? هر دو کانال باید مستقل باشند، یعنی. تغییر در مقادیر تنظیم شده یک کانال نباید روی کانال دیگر تأثیر بگذارد.
• ? کانال کنترل سرعت (گشتاور) جزء جریان / v استاتور را کنترل می کند. الگوریتم عملکرد حلقه کنترل گشتاور همانند سیستم های کنترل سرعت برده موتورهای DC است (به بند 5.6 مراجعه کنید) - سیگنال خروجی کنترل کننده سرعت مرجع گشتاور موتور است. تقسیم مقدار این وظیفه بر مدول پیوند شار روتور وما وظیفه مولفه جریان استاتور را دریافت می کنیم من v (شکل 6.32);
• ? هر کانال شامل یک حلقه داخلی از جریان / v و من وبا تنظیم کننده های فعلی که کیفیت مورد نیاز مقررات را ارائه می دهند.
• ? مقادیر جریان به دست آمده من v و من وبا استفاده از تبدیل مختصات به مقادیر تبدیل می شوند من یکو / p یک سیستم مختصات ثابت دو فاز a - (3 و سپس در تنظیم جریانهای واقعی در سیم پیچ های استاتور در سیستم مختصات سه فاز الف-ب-ج;
• ? سیگنال های سرعت، زاویه چرخش روتور، جریان در سیم پیچ های استاتور لازم برای محاسبات و تشکیل فیدبک ها توسط حسگرهای مناسب اندازه گیری شده و سپس با استفاده از تبدیل مختصات معکوس، به مقادیر این مقادیر مربوط به محورهای مختصات تبدیل می شوند. u-v.

برنج.

این سیستم کنترل، کنترل سریع گشتاور و در نتیجه سرعت را در وسیع ترین محدوده ممکن (بیش از 10000: 1) فراهم می کند. در این حالت، مقادیر لحظه ای لحظه یک موتور القایی می تواند به طور قابل توجهی از مقدار پاسپورت لحظه بحرانی فراتر رود.

به منظور مستقل ساختن کانال‌های کنترلی از یکدیگر، سیگنال‌های جبران‌کننده متقاطع e K0MPU و e compm باید در ورودی هر کانال معرفی شوند (شکل 6.32 را ببینید). مقدار این سیگنال ها از معادلات مدار استاتور (6.54) بدست می آید. بیان و ChK 1u از طریق جریان ها و اندوکتانس های مربوطه (1.4) و در نظر گرفتن اینکه وقتی محور جهت گیری می شود ودر امتداد بردار پیوند شار روتور H / | y = 0 دریافت می کنیم:

کجا پیدا کنیم

جایی که ضریب اتلاف

جایگزینی (6.55) در (6.54) و در نظر گرفتن آن در سیستم کنترل در نظر گرفته شده d x V 2u / dt = 0، دریافت می کنیم

یا

ثابت های زمانی ثابت؛ e و و e v - EMF چرخش در امتداد محورها تو- v

برای تنظیم مقادیر مستقل من وو / v باید جبران شود e وو e vمعرفی ولتاژهای جبرانی:

برای اجرای اصول کنترل برداری، لازم است که مدول و موقعیت زاویه ای بردار پیوند شار روتور را به طور مستقیم با یک مدل ریاضی (تخمین) اندازه گیری یا محاسبه کرد. نمودار عملکردی کنترل برداری یک موتور القایی با اندازه گیری مستقیم جریان در شکاف هوای دستگاه با استفاده از سنسورهای هال در شکل نشان داده شده است. 6.33.

برنج. B.ZZ.نمودار عملکردی کنترل بردار مستقیم یک موتور ناهمزمان

مدار شامل دو کانال کنترل است: یک کانال برای تنظیم (تثبیت) پیوند شار روتور * Р 2 و یک کانال کنترل سرعت. کانال اول شامل یک حلقه اتصال شار روتور خارجی است که شامل یک کنترل کننده پیوند شار PI RP و بازخورد اتصال شار است که سیگنال آن با استفاده از سنسورهای هال تولید می شود که جریان را در شکاف ماشین اندازه گیری می کند. ایکس؟ تیدر امتداد محورهای ai (3. مقادیر شار واقعی سپس در بلوک PP به مقادیر پیوند شار روتور در امتداد محورهای a و p محاسبه می شود و با استفاده از فیلتر برداری VF، مدول شار روتور محاسبه می شود. بردار پیوند یافت می شود که به عنوان یک سیگنال بازخورد منفی به تنظیم کننده پیوند شار RP تغذیه می شود و به عنوان یک تقسیم کننده در کانال کنترل سرعت استفاده می شود.

در کانال اول، مدار پیوند شار تابع مدار جریان داخلی است من و،حاوی یک کنترل کننده جریان PI RT1 و بازخورد در مورد مقدار واقعی جریان / 1i، محاسبه شده از مقادیر واقعی جریان های فاز استاتور با استفاده از مبدل فاز PF2 و مبدل مختصات KP1. خروجی رگولاتور جریان PT1 مرجع ولتاژ است یو لو،که سیگنال جبران کانال دوم به آن اضافه می شود e kshpi(6.57). سیگنال مرجع ولتاژ دریافتی با استفاده از مبدل های مختصات KP2 و فاز PF2 به مقادیر مشخص شده و فازهای ولتاژ در خروجی مبدل فرکانس تبدیل می شود.

کانال تنظیم اتصال شار روتور یک اتصال شار ثابت Ch * 2 را در تمام حالت های عملکرد درایو در مقدار تنظیم شده x P 2 حفظ می کند. در صورت نیاز به تضعیف میدان، H * ^ می‌تواند در محدوده‌های خاصی با نرخ تغییر کمی تغییر کند.

کانال دوم برای تنظیم سرعت (گشتاور) موتور طراحی شده است. این شامل یک حلقه سرعت خارجی و یک حلقه جریان داخلی / 1u تابع آن است. مرجع سرعت از ژنراتور شدت ZI می آید که شتاب و مقدار سرعت مورد نیاز را تعیین می کند. بازخورد سرعت با استفاده از سنسور سرعت DS یا سنسور موقعیت زاویه ای روتور انجام می شود.

کنترل‌کننده سرعت رایانه شخصی بسته به نیاز درایو الکتریکی به‌عنوان متناسب یا متناسب-انتگرال پذیرفته می‌شود. خروجی تنظیم کننده سرعت اشاره به گشتاور ایجاد شده توسط موتور L / معکوس است. از آنجایی که گشتاور برابر با حاصل ضرب جریان توسط اتصال شار روتور Ch / 2 است، پس مقدار تنظیم گشتاور در واحد تقسیم OBD تقسیم می شود. جرمدر H / 2، مقدار مرجع فعلی را دریافت می کنیم که به ورودی تنظیم کننده جریان PT2 تغذیه می شود. پردازش سیگنال بیشتر مشابه کانال اول است. در نتیجه، مرجعی برای ولتاژ منبع تغذیه موتور در فازها دریافت می کنیم که مقدار و موقعیت مکانی را در هر لحظه زمانی بردار ولتاژ استاتور تعمیم یافته تعیین می کند!؟ توجه داشته باشید که سیگنال‌های مربوط به متغیرهای مختصات - سیگنال‌های جریان مستقیم هستند و سیگنال‌های منعکس‌کننده جریان و ولتاژ در مختصات هوا، سیگنال‌های جریان متناوب هستند که نه تنها مدول، بلکه فرکانس و فاز ولتاژ و جریان مربوطه را تعیین می‌کنند.

سیستم کنترل برداری در نظر گرفته شده در حال حاضر به صورت دیجیتال بر اساس ریزپردازنده ها اجرا می شود. طرح‌های ساختاری مختلفی برای کنترل برداری توسعه داده شده‌اند و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند که در جزئیات با آنچه در نظر گرفته شده متفاوت است. بنابراین، در حال حاضر، مقادیر واقعی اتصالات شار توسط سنسورهای شار مغناطیسی اندازه گیری نمی شود، بلکه بر اساس مدل ریاضی موتور، بر اساس جریان و ولتاژ فاز اندازه گیری شده محاسبه می شود.

به طور کلی، کنترل برداری را می توان به عنوان موثرترین روش برای کنترل موتورهای AC ارزیابی کرد که دقت و سرعت کنترل بالایی را ارائه می دهد.

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 برق 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 اساس اکثر فرآیندهای صنعتی است. نقش مهمی در آن متعلق به مبدل فرکانس (FC) است که با عنوان "بازی ویولن اصلی دوئت" - موتور ناهمزمان (AM) مطابقت دارد.

چند فیزیک پایه

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 عبور کند.

به عنوان بخشی از فرآیند فناوری، اغلب لازم است که پارامترهای عملیاتی شبکه را تغییر دهید. برای این منظور مبدل های فرکانس وجود دارد: اسکالر و برداری. چرا به آن ها می گویند؟ برای شروع، ویژگی های خاص هر نوع از نام آنها مشخص می شود. اجازه دهید مبانی فیزیک ابتدایی را به یاد بیاوریم و برای سادگی، مبدل فرکانس را به روشی کوتاه تر صدا کنیم. «بردار» جهت خاصی دارد و از قوانین بردارها تبعیت می کند. "اسکالر" هیچ کدام از اینها را ندارد، بنابراین الگوریتم روش کنترل آن به طور طبیعی بسیار ساده است. به نظر می رسد اسامی قطعی شده است. حال در مورد اینکه چگونه مقادیر فیزیکی مختلف از فرمول های ریاضی با یکدیگر مرتبط هستند.

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

همین امر 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 دارد. در دومی. در مورد، این فناوری اجازه می دهد تا پارامترهای فنی سیستم رانش را بهبود بخشد.

تفاوت های فنی مبدل ها

تفاوت های زیادی وجود دارد، بیایید ابتدایی ترین آنها را برجسته کنیم، و بدون شبکه علمی کلمات. در مبدل فرکانس اسکالر (بدون حسگر)، وابستگی U/F خطی است و محدوده کنترل سرعت نسبتاً کوچک است. به هر حال، بنابراین، در فرکانس های پایین ولتاژ کافی برای حفظ گشتاور وجود ندارد و گاهی اوقات لازم است که مشخصه ولت-فرکانس (HFC) را برای شرایط کاری تنظیم کنید، در فرکانس حداکثر بالای 50 هرتز نیز همین اتفاق می افتد.

هنگامی که شفت در محدوده وسیعی با سرعت بالا و فرکانس پایین می چرخد، و همچنین زمانی که الزامات کنترل گشتاور خودکار برآورده می شود، از روش کنترل برداری با بازخورد استفاده می شود. این یک تفاوت دیگر است: اسکالر معمولا چنین بازخوردی ندارد.

چه نوع اورژانسی را انتخاب کنیم؟ در استفاده از یک یا دستگاه دیگر، عمدتا توسط محدوده درایو الکتریکی هدایت می شود. اما در موارد خاص انتخاب نوع مبدل فرکانس غیر متغیر می شود. اول: تفاوت واضح و قابل توجهی در قیمت وجود دارد (اسکالرها بسیار ارزان تر هستند، نیازی به هسته های محاسباتی گران قیمت نیست). بنابراین، کاهش قیمت تمام شده تولید گاهی بر تصمیم گیری در مورد انتخاب سنگینی می کند. 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 (به عنوان مثال، HFC) امروزه رایج ترین است. این روش مبتنی بر این واقعیت است که سرعت موتور تابعی از فرکانس خروجی است.

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

این روش اغلب برای کنترل خودکار، فن، کمپرسور 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، نظارت شود). توسط دستگاه ردیابی مربوطه) نگهداری می شود.

با کنترل اسکالر، تغییر فرکانس دامنه در ولتاژ تغذیه با فرمول U / fn = const تعیین می شود. این یک شار مغناطیسی ثابت در موتور را تضمین می کند. این روش بسیار ساده است، اجرای آن آسان است، اما بدون برخی از اشکالات قابل توجه نیست:

• تنظیم همزمان گشتاور و سرعت امکان پذیر نیست، بنابراین، مقداری انتخاب می شود که از نظر فناوری مهم ترین باشد.
• محدوده باریک تنظیم سرعت و گشتاور کم در سرعت های پایین؛
• عملکرد ضعیف با تغییر بار پویا

روش برداری چیست؟

روش برداری

این در فرآیند بهبود ایجاد شده است و برای نیاز به تحقق حداکثر سرعت، تنظیم در محدوده سرعت گسترده و گشتاور قابل کنترل روی شفت اعمال می شود.

در جدیدترین مدل های درایوهای الکتریکی، یک مدل ریاضی از موتور از این نوع وارد سیستم کنترل (CS) می شود که قادر به محاسبه گشتاور موتور و سرعت چرخش شفت می باشد. 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 برای گرمایش و مغناطیس کاهش می یابد، و این منجر به افزایش بازدهی مطلوب می شود!

مزایا البته واضح است، اما روش کنترل برداری عاری از معایبی مانند پیچیدگی محاسباتی و نیاز به آگاهی از پارامترهای فنی فشار خون نیست. علاوه بر این، دامنه نوسانات با سرعت بالا در یک بار ثابت بزرگتر از "اسکالر" است. وظیفه اصلی در ساخت مبدل فرکانس ("بردار") ارائه گشتاور بالا در سرعت چرخش کم است.

یک مدار کنترل برداری با واحد مدولاسیون عرض پالس (PWM AVI) به شکل زیر 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 کنترل هستند که بر روی کنترلر پیاده سازی شده اند. بلوک BZP مقادیر متغیرها را تنظیم می کند. بلوک های منطقی (BRP) و (BVP) معادلات متغیر را تنظیم و محاسبه می کنند. خود کنترلر و سایر قسمت های مکانیکی سیستم در کابینت برق قرار دارند.

آپشن با میکروکنترلر فرکانس

مبدل جریان / ولتاژ فرکانس برای تنظیم صاف مقادیر اساسی و همچنین سایر شاخص های عملکرد تجهیزات طراحی شده است. با استفاده از مدل‌های ریاضی برنامه‌ریزی‌شده در میکروکنترلر داخلی، همزمان به‌عنوان یک «اسکالر» و «بردار» عمل می‌کند. دومی در یک پانل مخصوص نصب شده و یکی از گره های شبکه اطلاعاتی سیستم اتوماسیون است.

بلوک کنترل / مبدل فرکانس جدیدترین فناوری است، در مدار از چوک استفاده می کنند و شدت نویز ورودی را کاهش می دهد. لازم به ذکر است که در خارج از کشور به این موضوع توجه ویژه ای می شود، در حالی که در عمل داخلی، استفاده از فیلترهای EMC همچنان یک حلقه ضعیف است، زیرا حتی چارچوب نظارتی معقولی وجود ندارد. خود فیلترها بیشتر در جاهایی که مورد نیاز نیستند استفاده می شوند و 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. تا به امروز، دو سیستم کنترل تشکیل شده است: یک سیستم بدون حسگر و یک سیستم حسگر با بازخورد. تفاوت اصلی آنها دقت کنترل است. دقیق ترین، البته، دوم است.

چارچوب موجود با استفاده از سیستم های مختلف کنترل AM مدرن در حال گسترش است که کیفیت بهبود یافته تنظیم و ظرفیت اضافه بار بالا را ارائه می دهد. این عوامل برای تولید مقرون به صرفه، عمر تجهیزات و بهره وری انرژی از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

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

با انتخاب صحیح روش 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 مبدل فرکانس تغذیه می شوند، کارایی تا حد زیادی به روش انتخابی کنترل یک ماشین الکتریکی بستگی دارد. تنها با درک محاسن هر روش کنترلی می توان مهندسان و طراحان را به بهترین نحو از هر روش کنترلی بهره برد.
محتوا:

روش های کنترل

بسیاری از افرادی که در زمینه اتوماسیون کار می کنند، اما از نزدیک با توسعه و اجرای سیستم های محرک الکتریکی مواجه نیستند، معتقدند که کنترل یک 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 هنوز راه هایی برای کنترل خود موتور الکتریکی وجود دارد. این روش ها هستند که بیشترین تأثیر را بر عملکرد کل سیستم خواهند داشت.

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

• U / f - ولت در هر هرتز؛
• U / F با رمزگذار؛
• کنترل بردار 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 برای ایجاد یک سیگنال آنالوگ تغییر می دهد.

مدولاسیون عرض پالس با استفاده از 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 کند. 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 صورت سینوسی به دست می آید، زیرا موتور الکتریکی دارای اندوکتانس است که بر شکل جریان تأثیر می گذارد. همه 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 بین 2 کیلوهرتز تا 15 کیلوهرتز است. مرجع فرکانس (به رنگ آبی نشان داده شده است) سیگنال مرجع فرکانس خروجی است. برای اینورترهای مورد استفاده در سیستم های محرک الکتریکی معمولی، معمولاً در محدوده 0 هرتز - 60 هرتز است. هنگامی که سیگنال های دو فرکانس بر روی یکدیگر قرار می گیرند، سیگنالی برای باز کردن ترانزیستور (که با رنگ مشکی مشخص شده است) صادر می شود که ولتاژ برق موتور الکتریکی را تامین می کند.

روش کنترل U / F

کنترل ولت بر هرتز، که اغلب به عنوان U/F شناخته می شود، شاید ساده ترین راه برای تنظیم باشد. به دلیل سادگی و حداقل تعداد پارامترهای مورد نیاز برای عملکرد، اغلب در سیستم های محرک الکتریکی بدون عارضه استفاده می شود. این روش کنترلی نیازی به نصب اجباری رمزگذار و تنظیمات اجباری برای درایو فرکانس متغیر ندارد (اما توصیه می شود). این منجر به کاهش هزینه برای تجهیزات جانبی (حسگرها، سیم های بازخورد، رله ها و غیره) می شود. کنترل U / F اغلب در تجهیزات با فرکانس بالا استفاده می شود، به عنوان مثال، اغلب در ماشین های CNC برای به حرکت درآوردن چرخش دوک استفاده می شود.

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

U/F تنها راه برای تنظیم سرعت موتور الکتریکی ناهمزمان است که امکان تنظیم 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 ماشین القایی در حال چرخش است. علاوه بر این، گشتاور راه اندازی یک ماشین الکتریکی در فرکانس 3 هرتز به 150٪ محدود می شود. بله، گشتاور محدود برای اکثر کاربردهای تجهیزات موجود بیش از حد 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 "شل" تر آن 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 یک مبدل فرکانس با سرعت پاسخ آن به تغییر فرکانس مرجع تعیین می شود. هرچه سرعت پاسخ بالاتر باشد، پاسخ درایو به تغییر در مرجع سرعت سریعتر است.

محدوده تنظیم 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 فرکانس 60 هرتز و محدوده 1:40 باشد، حداقل فرکانس 1.5 هرتز است.

الگوی U/F نسبت فرکانس و ولتاژ را در حین کار درایو فرکانس متغیر تعیین می کند. به گفته وی، منحنی تنظیم سرعت چرخش (فرکانس موتور الکتریکی) 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 تعریف شده از قبل برای برنامه های خاص بهینه شده اند. همچنین فرصت هایی برای ایجاد الگوهای خود وجود دارد که برای یک سیستم VFD خاص یا 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 تنظیم جریان های مغناطیسی را در فرکانس های پایین با کاهش ولتاژ در سراسر ماشین الکتریکی 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، یک رمزگذار به سیستم کنترل اضافه می شود. معرفی بازخورد سرعت با استفاده از رمزگذار دقت کنترل را تا 0.03٪ بهبود می بخشد. ولتاژ خروجی همچنان با الگوی تنظیم شده U / F تعیین می شود.

این روش کنترلی مورد استفاده گسترده قرار نگرفته است، زیرا مزایای آن در مقایسه با توابع استاندارد U / F حداقل است. گشتاور شروع، سرعت پاسخ و محدوده کنترل سرعت همگی با استاندارد U/F یکسان هستند. علاوه بر این، هنگامی که فرکانس های عملیاتی افزایش می یابد، ممکن است مشکلاتی در عملکرد رمزگذار ایجاد شود، زیرا تعداد دورهای محدودی دارد.

کنترل بردار حلقه باز

کنترل برداری حلقه باز (VU) 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 یک درایو الکتریکی ناهمزمان با کنترل برداری می تواند اعمال شود. این روش همچنین به ماشین اجازه می دهد تا گشتاور در هر چهار ربع کنترل شود.

محدود کردن گشتاور توسط موتور انجام می شود. این برای جلوگیری از آسیب به تجهیزات، ماشین آلات یا محصولات است. مقدار ممان ها بسته به جهت چرخش ماشین الکتریکی (به جلو یا عقب) و بسته به اینکه موتور الکتریکی در حال تحقق است یا خیر، به چهار ربع مختلف تقسیم می شود. محدودیت ها را می توان برای هر ربع به طور جداگانه تنظیم کرد یا کاربر می تواند گشتاور کل را در مبدل فرکانس تنظیم کند.

حالت موتور ماشین القایی 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 خروجی انرژی وارد حالت ترمز احیا کننده می شود، به عبارت دیگر، موتور ناهمزمان به حالت ژنراتور می رود.

به عنوان مثال، یک دستگاه درب بطری ممکن است از محدود کننده گشتاور در ربع 1 (جهت گشتاور مثبت به سمت جلو) برای جلوگیری از سفت شدن بیش از حد درب بطری استفاده کند. مکانیزم یک حرکت رو به جلو انجام می دهد و از لحظه مثبت برای سفت کردن درب بطری استفاده می کند. با این حال، دستگاهی مانند آسانسور با وزنه تعادل سنگین‌تر از کابین خالی از ربع 2 (چرخش معکوس و حرکت مثبت) استفاده می‌کند. اگر ماشین به طبقه بالا بلند شود، گشتاور بر خلاف سرعت خواهد بود. این برای محدود کردن سرعت بلند کردن و جلوگیری از سقوط آزادانه وزنه تعادل است زیرا 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 افزایش می یابد. ولتاژ خروجی اینورتر می تواند در صورتی که مکانیزم به اعمال گشتاور بیشتری نیاز داشته باشد به سمت بالا تغییر کند یا در صورت رسیدن به حداکثر مقدار مجاز آن کاهش یابد. این باعث می شود که اصل کنترل برداری 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 سریع تری هستند - 10 هرتز که امکان استفاده از آن را در مکانیسم هایی با بارهای ضربه ای ممکن می کند. 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 جریان موتور حل می کند. به عنوان یک قاعده، بازخورد جریان توسط ترانسفورماتورهای جریان داخلی خود مبدل فرکانس تشکیل می شود. مبدل فرکانس بر اساس مقدار جریان بدست آمده، گشتاور و شار ماشین الکتریکی را محاسبه می کند. بردار پایه 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 کارایی، مبدل فرکانس باید Id و I q را با زاویه 90 درجه 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 به شدت کنترل می شود. تنظیم سرعت تقریباً ± 0.2٪ از حداکثر فرکانس است و محدوده تنظیم به 1: 200 می رسد که باعث می شود هنگام کار در سرعت های پایین گشتاور حفظ شود.

کنترل برداری بازخورد

کنترل برداری حلقه بسته از الگوریتم کنترلی مشابه VU حلقه باز استفاده می کند. تفاوت اصلی در رمزگذار است که به VFD اجازه می دهد تا 200٪ گشتاور شروع را در 0 دور در دقیقه ایجاد کند. این نکته صرفاً برای ایجاد یک لحظه اولیه هنگام راه اندازی آسانسورها، جرثقیل ها و سایر ماشین آلات بالابر به منظور جلوگیری از افتادگی بار ضروری است.

وجود سنسور بازخورد سرعت به شما امکان می دهد زمان پاسخگویی سیستم را 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 یک ماشین الکتریکی، بلکه گشتاور را کنترل کنید. در برخی مکانیسم ها، مقدار لحظه ای است که از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان مثال، ماشین سیم پیچ، مکانیسم های بسته شدن و غیره. در این گونه دستگاه ها تنظیم لحظه ای ماشین ضروری است.