Simulacijski sustav neizravnog vektorskog upravljanja asinkronim motorom. Metode upravljanja koje se koriste u frekvencijskim pretvaračima za upravljanje AC motorima

Vektorska kontrola

Vektorska kontrola je metoda upravljanja sinkronim i asinkronim motorima, ne samo generirajući harmonijske struje (napone) faza (skalarno upravljanje), već također osiguravajući kontrolu magnetskog toka rotora. Prve primjene načela vektorska kontrola a algoritmi povećane točnosti zahtijevaju korištenje senzora položaja (brzine) rotora.

U opći slučaj pod, ispod " vektorska kontrola" odnosi se na interakciju upravljačkog uređaja s tzv. "prostornim vektorom", koji se vrti s frekvencijom polja motora.

Matematički aparat vektorskog upravljanja

Zaklada Wikimedia. 2010.

Pogledajte što je "Vektorska kontrola" u drugim rječnicima:

Paus papir s njim. Vektorregelung. Metoda upravljanja brzinom vrtnje i/ili momentom elektromotora korištenjem utjecaja pretvarača električnog pogona na vektorske komponente struje statora elektromotora. U literaturi na ruskom jeziku u ... Wikipedia

Rješenje problema optimalna kontrola matematička teorija, u kojoj je upravljačko djelovanje u=u(t) oblikovano u obliku funkcije vremena (pri čemu se pretpostavlja da tijekom procesa u sustav ne ulazi nikakva informacija osim one koja je dana na samom početku... . .. Matematička enciklopedija

- (frequency controlled drive, PNC, Variable Frequency Drive, VFD) sustav za upravljanje brzinom rotora asinkronog (ili sinkronog) elektromotora. Sastoji se od samog elektromotora i pretvarača frekvencije... Wikipedia

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte CNC (značenja). Predlaže se spajanje ove stranice s CNC-om. Obrazloženje razloga i rasprava na stranici Wikipedije: Prema ujedinjenju/25 f... Wikipedia

Stator i rotor asinkronog stroja 0,75 kW, 1420 o/min, 50 Hz, 230-400 V, 3,4 2,0 ​​A Asinkroni stroj je električni auto naizmjenična struja... Wikipedia

- (DPR) dio elektromotora. U kolektorski elektromotori Senzor položaja rotora je komutator četkice, koji je također strujni prekidač. Kod elektromotora bez četkica senzor položaja rotora može biti različiti tipovi... Wikipedia

DS3 DS3 010 Osnovni podaci Država izgradnje ... Wikipedia

Asinkroni stroj je električni stroj izmjenične struje čija brzina rotora nije jednaka (manja od) brzine vrtnje magnetsko polje, koju stvara struja namota statora. Asinkroni strojevi najčešći su električni... ... Wikipedia

Ovaj izraz ima i druga značenja, pogledajte Frekvencijski pretvarač. Ovaj bi članak trebao biti Wikificiran. Molimo da ga formatirate prema pravilima za oblikovanje članaka... Wikipedia

DS3 ... Wikipedia

knjige

• Vektorsko upravljanje asinkronim elektromotorima koji štedi energiju: pregled stanja i novi rezultati: Monografija, Borisevich A.V. Monografija je posvećena metodama povećanja energetske učinkovitosti vektorskog upravljanja asinkronim elektromotorima. Razmatrani model asinkroni elektromotor i princip vektora...

glavna ideja vektorska kontrola je kontrolirati ne samo veličinu i frekvenciju napona napajanja, već i fazu. Drugim riječima, veličina i kut prostornog vektora su kontrolirani. Vektorska kontrola ima više visoke performanse. Vektorsko upravljanje uklanja gotovo sve nedostatke skalarnog upravljanja.

Prednosti vektorske kontrole:
• visoka točnost regulacija brzine;
• glatko pokretanje i glatka rotacija motora u cijelom frekvencijskom rasponu;
• brza reakcija na promjene opterećenja: kada se opterećenje promijeni, praktički nema promjene brzine;
• povećani raspon upravljanja i točnost upravljanja;
• gubici zbog zagrijavanja i magnetiziranja su smanjeni i .

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

Opći funkcionalni dijagram vektorskog upravljanja

Opći blok dijagram visokoučinkovitog AC sustava upravljanja brzinom prikazan je na gornjoj slici. Osnova kruga je veza magnetskog toka i krugovi za kontrolu momenta zajedno s jedinicom za procjenu koja se može implementirati različiti putevi. U ovom slučaju, vanjska petlja za regulaciju brzine je u velikoj mjeri objedinjena i generira upravljačke signale za regulatore momenta M * i spoj magnetskog toka Ψ * (preko jedinice za regulaciju protoka). Brzina motora može se mjeriti senzorom (brzina/položaj) ili dobiti pomoću estimatora koji omogućuje implementaciju.

Podjela metoda suzbijanja vektora

Od sedamdesetih godina dvadesetog stoljeća predložene su mnoge metode kontrole momenta. Nisu svi naširoko korišteni u industriji. Stoga se u ovom članku govori samo o najpopularnijim metodama upravljanja. Razmotrene metode upravljanja zakretnim momentom prikazane su za sustave upravljanja sa sinusoidnom povratnom EMF.

Postojeće metode upravljanja zakretnim momentom mogu se klasificirati na različite načine.

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

Bilješka:

1. Nema povratnih informacija.
2. S povratnom informacijom.
3. U stabilnom stanju

Od vektorskog upravljanja najviše se koriste (FOC - field oriented control) i (DTC - direct torque control).

Linearni regulatori momenta

Linearni regulatori zakretnog momenta rade zajedno s modulacija širine impulsa(PWM) napon. Regulatori određuju potrebni vektor napona statora u prosjeku tijekom razdoblja uzorkovanja. Vektor napona konačno se sintetizira PWM metodom, u većini slučajeva koristi se modulacija prostornih vektora (SVM). Za razliku od nelinearnih krugova upravljanja momentom, gdje se signali obrađuju na temelju trenutnih vrijednosti, u linearni sklopovi kontrola momenta, linearni regulator (PI) radi s prosječnim vrijednostima tijekom razdoblja uzorkovanja. Stoga se frekvencija uzorkovanja može smanjiti s 40 kHz za ne- linearni regulatori moment do 2-5 kHz u krugovima linearnog regulatora momenta.

Kontrola orijentirana na polje

Kontrola orijentirana na polje(POA, engleski field oriented control, FOC) - metoda upravljanja koja upravlja izmjeničnom strujom bez četkica (,) poput stroja istosmjerna struja s neovisnom pobudom, što znači da se polje i može zasebno kontrolirati.

Upravljanje usmjereno na polje, koje su 1970. godine predložili Blaschke i Hasse, temelji se na analogiji s upravljanjem s mehaničkim prekidačem. U ovom motoru, namoti polja i armature su odvojeni, spoj fluksa kontrolira struja polja, a moment se neovisno kontrolira regulacijom struje. Dakle, veza toka i struje zakretnog momenta su električno i magnetski odvojene.

Opći funkcionalni dijagram kontrole usmjerene na polje bez senzora 1

S druge strane, izmjenični motori bez četkica ( , ) najčešće imaju trofazni namot statora, a vektor struje statora I s služi za upravljanje i tokom i momentom. Dakle, struja polja i struja armature spojeno u vektor struje statora i ne može se zasebno kontrolirati. Razdvajanje se može postići matematički – razlaganjem trenutna vrijednost vektor struje statora I s na dvije komponente: uzdužnu komponentu struje statora I sd (stvara polje) i transverzalnu komponentu struje statora I sq (stvara moment) u rotirajućem dq koordinatnom sustavu orijentiranom duž polja rotora (R -FOC - rotor flux-oriented control) - slika gore. Tako upravljanje izmjeničnim motorom bez četkica postaje identično upravljanju i može se postići korištenjem PWM pretvarača s linearnim PI regulatorom i prostorno vektorskom modulacijom napona.

U regulaciji orijentiranoj na polje, momentom i poljem upravlja se neizravno upravljanjem komponentama vektora struje statora.

Trenutne vrijednosti struja statora pretvaraju se u dq rotirajući koordinatni sustav pomoću Parkove transformacije αβ/dq, koja također zahtijeva informacije o položaju rotora. Polje se kontrolira uzdužnom komponentom struje I sd, dok se momentom upravlja poprečnom komponentom struje I sq. Obrnuta pretvorba Park (dq/αβ), matematički modul za transformaciju koordinata, omogućuje vam izračunavanje referentnih komponenti 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 implementiran u sustav upravljanja, koji izračunava informacije o položaju rotora u realnom vremenu na temelju podataka dostupnih u sustavu upravljanja.

Blok dijagram izravne regulacije momenta s prostorno-vektorskom modulacijom s podešavanjem veze momenta i fluksa s povratnom spregom koja djeluje u pravokutnom koordinatnom sustavu orijentiranom duž polja statora prikazan je na donjoj slici. Izlazi PI regulatora zakretnog momenta i spoja toka tumače se kao referentne komponente napona statora V ψ * i V M * u dq koordinatnom sustavu orijentiranom duž polja statora (engleski stator flux-oriented control, S-FOC). Ove naredbe ( stalni naponi) zatim se pretvaraju u fiksni koordinatni sustav αβ, nakon čega se upravljačke vrijednosti V sα * i V sβ * dostavljaju modulu prostorne vektorske modulacije.

Funkcionalni dijagram izravna kontrola momenta s modulacijom napona prostornog vektora

imajte na umu da ovu shemu može se smatrati pojednostavljenim statorskim poljem orijentiranim upravljanjem (S-FOC) bez strujne regulacijske petlje ili klasičnim sklopom (PUM-TV, engleski switching table DTC, ST DTC) u kojem je sklopna tablica zamijenjena modulatorom ( FVM), a regulator momenta histereze i protok zamijenjeni su linearnim PI regulatorima.

U izravnom upravljanju zakretnim momentom s prostornom vektorskom modulacijom (DTC-FCM), okretni moment i veza fluksa izravno se kontroliraju u zatvorenoj petlji, tako da je neophodna točna procjena fluksa i zakretnog momenta motora. Za razliku od klasičnog algoritma histereze, on radi na konstantnoj frekvenciji prebacivanja. To značajno poboljšava performanse kontrolnog sustava: smanjuje okretni moment i pulsacije protoka, omogućujući vam pouzdano pokretanje motora i rad pri malim brzinama. Ali istodobno se smanjuju dinamičke karakteristike voziti.

Nelinearni regulatori momenta

Predstavljena skupina regulatora momenta polazi od ideje transformacije koordinata i upravljanja po analogiji s kolektorski motor istosmjerna struja, koja je osnova za. Nelinearni regulatori predlažu zamjenu odvojenog upravljanja kontinuiranim (histereznim) upravljanjem, što odgovara ideologiji rada (on-off) poluvodičkih uređaja pretvarača.

U usporedbi s upravljanjem orijentiranim na polje, sheme izravne kontrole zakretnog momenta imaju sljedeće karakteristike:

Prednosti:
• jednostavan sklop upravljanje;
• nema strujnih krugova niti upravljanja istosmjernom strujom;
• nije potrebna transformacija koordinata;
• nema zasebne modulacije napona;
• nije potreban senzor položaja;
• dobra dinamika.

Mane:
• potrebna je točna procjena vektora veze i momenta magnetskog toka statora;
• jake pulzacije zakretnog momenta i struje zbog nelinearnog (histereznog) regulatora i promjenjive frekvencije prebacivanja sklopki;
• buka iz širok raspon zbog promjenjive frekvencije preklapanja.

Izravna kontrola momenta

Metodu izravne kontrole momenta s inkluzijskom tablicom prvi su opisali Takahashi i Noguchi u IEEJ dokumentu predstavljenom u rujnu 1984., a kasnije u IEEE dokumentu objavljenom u rujnu 1986. Shema klasična metoda izravna kontrola momenta (DTC) mnogo je jednostavnija od metode terenske kontrole (), budući da ne zahtijeva transformaciju koordinatnih sustava i mjerenje položaja rotora. Dijagram metode izravne regulacije zakretnog momenta (slika dolje) sadrži estimator zakretnog momenta i toka statora, komparatore zakretnog momenta i toka histereze, sklopnu tablicu i pretvarač.

Princip metode izravna kontrola momenta sastoji se u odabiru vektora napona za simultanu kontrolu momenta i spoja toka statora. Izmjerene struje statora i naponi pretvarača koriste se za procjenu spoja toka i momenta. Procijenjene vrijednosti spoja fluksa statora i momenta uspoređuju se s upravljačkim signalima spoja fluksa statora ψ s * i momenta motora M *, redom, putem komparatora histereze. Potreban vektor upravljačkog napona motora odabire se iz tablice uključivanja na temelju digitaliziranih pogrešaka tokospoja d Ψ i momenta d M koje generiraju komparator histereze, kao i na temelju sektora položaja vektora tokospoja statora dobivenog na temelju njegovog kutnog položaja . Dakle, impulsi SA, S B i SC za kontrolu tipke za napajanje pretvarači se generiraju odabirom vektora iz tablice.

Klasični krug izravne regulacije zakretnog momenta s preklopnom tablicom sa senzorom brzine

Postoje mnoge varijacije klasičnog kruga usmjerene na poboljšanje pokretanja, uvjeta preopterećenja i rada na vrlo visokoj razini niske brzine, smanjenje valovitosti zakretnog momenta, rad na promjenjivim frekvencijama prebacivanja i smanjenje razine buke.

Nedostatak klasične metode izravne regulacije momenta je prisutnost velikih strujnih valova čak iu stacionarnom stanju. Problem se rješava povećanjem radna frekvencija pretvarača iznad 40 kHz, što povećava ukupnu cijenu sustava upravljanja.

Neposredna samouprava

Depenbrock je u listopadu 1984. podnio patentnu prijavu za metodu izravne samouprave. Dolje je prikazan blok dijagram neposredne samouprave.

Na temelju naredbi za povezivanje toka statora ψ s * i komponenti faze struje ψ sA, ψ sB i ψ sC, komparatori za povezivanje toka generiraju digitalni signali d A, d B i d C, koji odgovaraju aktivnim naponskim stanjima (V 1 – V 6). Histerezni regulator momenta ima izlazni signal d M, koji određuje nulta stanja. Dakle, regulator flukspola statora postavlja vremensko razdoblje aktivna stanja naponi koji pomiču vektor veze toka statora duž zadane putanje, a regulator zakretnog momenta određuje vremenski period nultog napona koji održava zakretni moment motora u polju tolerancije određenom histerezom.

Izravna shema samouprave

Karakteristične značajke sheme izravne samouprave su:
• nesinusoidni oblici fluksovega i struje statora;
• vektor veze toka statora kreće se duž heksagonalne putanje;
• nema rezerve napona napajanja, mogućnosti pretvarača su u potpunosti iskorištene;
• frekvencija preklapanja pretvarača niža je od frekvencije izravnog upravljanja zakretnim momentom s sklopnom tablicom;
• izvrsna dinamika u konstantnom i oslabljenom polju polja.

Imajte na umu da se izvedba metode izravne samokontrole može reproducirati pomoću kruga sa širinom histereze fluksa od 14%.

Danas se regulacija brzine AC motora pomoću frekvencijskih pretvarača široko koristi u gotovo svim industrijama.

U praksi se koriste sustavi za regulaciju brzine trofazni motori AC na temelju dva različita načela kontrole:
2. Vektorska kontrola.

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

Danas se regulacija brzine AC motora pomoću frekvencijskih pretvarača široko koristi u gotovo svim industrijama. To je prvenstveno zbog velikih postignuća u tom području energetska elektronika i mikroprocesorska tehnika na čijoj su osnovi razvijeni frekvencijski pretvarači. S druge strane, objedinjavanje proizvodnje frekvencijskih pretvarača od strane proizvođača omogućilo je da se značajno utječe na njihovu cijenu i da se sami isplati u relativno kratkim vremenskim razdobljima. Ušteda energetskih resursa pri korištenju pretvarača za upravljanje asinkronim motorima u nekim slučajevima može doseći 40% ili više.
U praksi se sustavi upravljanja brzinom za trofazne AC motore koriste na temelju dva različita principa upravljanja:
1. U/f regulacija (volt-frekvencijska ili skalarna regulacija);
2. Vektorska kontrola.

U/f- regulacija brzine vrtnje asinkronog elektromotornog pogona

Skalarna kontrola odnosno V/f regulacija asinkroni motor- to je promjena brzine motora utjecajem na frekvenciju napona na statoru uz istovremeno mijenjanje modula tog napona. Kod V/f regulacije, frekvencija i napon djeluju kao dva upravljačka djelovanja, koja se obično reguliraju zajedno. U ovom slučaju, frekvencija se uzima kao neovisni utjecaj, a vrijednost napona na danoj frekvenciji određuje se na temelju toga kako bi se tip mehaničkih karakteristika pogona trebao promijeniti kada se promijeni frekvencija, tj. kako bi se kritični moment trebao promijeniti ovisno o na frekvenciji. Za realizaciju takvog zakona upravljanja potrebno je osigurati stalnost omjera U/f=const, gdje je U napon na statoru, a f frekvencija napona statora.
Pri stalnom kapacitetu preopterećenja, nazivni faktor snage i učinkovitost motora u cijelom rasponu regulacije brzine vrtnje praktički se ne mijenjaju.
Zakoni regulacije U/f uključuju zakone koji se odnose na veličine i frekvencije napona koji napaja motor (U/f=const, U/f2=const i drugi). Njihova prednost je mogućnost istovremenog upravljanja grupom elektromotora. Skalarna regulacija koristi se za većinu praktičnih primjena frekventnih pretvarača s rasponom regulacije brzine motora bez uporabe senzora povratne sprege do 1:40. Algoritmi skalarnog upravljanja ne dopuštaju praćenje i kontrolu momenta elektromotora, kao ni načina pozicioniranja. Najučinkovitije područje primjene ovu metodu kontrole: ventilatori, pumpe, transporteri itd.

Vektorska kontrola

Vektorsko upravljanje je metoda upravljanja sinkronim i asinkronim motorima, koja ne samo da generira harmonijske struje i fazne napone (skalarno upravljanje), već također omogućuje upravljanje magnetskim tokom motora. Vektorska kontrola temelji se na ideji napona, struja i veza toka kao prostornih vektora.
Osnovni principi razvijeni su 70-ih godina 20. stoljeća. Kao rezultat temeljnih teorijskih istraživanja i napretka u području energetske poluvodičke elektronike i mikroprocesorski sustavi, danas su razvijeni električni pogoni s vektorskim upravljanjem koje proizvođači pogonske opreme diljem svijeta masovno proizvode.
Vektorskim upravljanjem u asinkronom elektromotornom pogonu u prijelaznim procesima moguće je održavati konstantan tokovni spoj rotora, za razliku od skalarnog upravljanja, gdje se tokovni spoj rotora u prijelaznim procesima mijenja promjenom struje statora i rotora, što dovodi do smanjenje brzine promjene elektromagnetskog momenta. U vektorskom upravljačkom pogonu, gdje se veza toka rotora može održavati konstantnom, elektromagnetski moment se mijenja jednako brzo kao što se mijenja komponenta struje statora (analogno promjeni momenta kada se struja armature mijenja u istosmjernom stroju).
S vektorskim upravljanjem, upravljačka veza podrazumijeva prisutnost matematičkog modela podesivog električnog pogona. Načini vektorske kontrole mogu se klasificirati na sljedeći način:
1. Prema točnosti matematičkog modela elektromotora koji se koristi u upravljačkoj vezi:
. Korištenje matematičkog modela bez dodatnih razjašnjavajućih mjerenja upravljačkog uređaja parametara elektromotora (koriste se samo tipični podaci o motoru koje unese korisnik);
Korištenje matematičkog modela s dodatnim razjašnjavajućim mjerenjima pomoću uređaja za upravljanje parametrima elektromotora, tj. aktivan i reaktancija stator/rotor, napon i struja motora.
2. Na temelju prisutnosti ili odsutnosti povratne informacije o brzini (senzor brzine), vektorsko upravljanje može se podijeliti na:
Upravljanje motorom bez povratne veze po brzini – u ovom slučaju upravljački uređaj koristi podatke iz matematičkog modela motora i vrijednosti dobivene mjerenjem struje statora i/ili rotora;
Upravljanje motorom s povratnom informacijom o brzini - u ovom slučaju uređaj koristi ne samo vrijednosti dobivene mjerenjem struje statora i/ili rotora elektromotora (kao u prethodnom slučaju), već i podatke o brzini rotora (položaj) od senzora, što vam u nekim kontrolnim zadacima omogućuje povećanje točnosti postavke brzine (položaja) električnog pogona.

Osnovni zakoni kontrole vektora uključuju sljedeće:
A. Zakon koji osigurava konstantnost spoja magnetskog toka statora ψ1 (što odgovara konstantnosti Evnesh /f).
b. Zakon koji osigurava stalnost veze magnetskog toka zračnog raspora ψ0 (konstantnost E/f);
V. Zakon koji osigurava stalnost spoja magnetskog toka rotora ψ2 (konstantnost Evnut/f).
Zakon o održavanju konstantne statorske fluks veze provodi se održavanjem konstantnog omjera statorske EMF i kutne frekvencije polja. Glavni nedostatak ovog zakona je smanjena sposobnost preopterećenja motora pri radu na visoke frekvencije. To je zbog povećanja induktivna reaktancija statora i, posljedično, smanjenje fluks veze u zračnom rasporu između statora i rotora s povećanjem opterećenja.
Održavanje konstantnog glavnog protoka povećava kapacitet preopterećenja motora, ali komplicira hardversku implementaciju upravljačkog sustava i zahtijeva ili promjene u dizajnu stroja ili prisutnost posebnih senzora.
Pri održavanju stalnog spoja toka rotora, moment motora nema maksimum, međutim, s povećanjem opterećenja glavni magnetski tok raste, što dovodi do zasićenja magnetskih krugova i, posljedično, do nemogućnosti održavanja konstantnog toka rotora. veza.

Usporedna ocjena zakonitosti regulacije brzine vrtnje asinkronim električnim pogonom promjenom frekvencije napona na statoru

Slika 1 prikazuje rezultate teorijskih istraživanja energetskih pokazatelja asinkronog motora snage Rn = 18,5 kW pod različitim zakonima upravljanja frekvencijom, koja su provedena u radu V.S. Petrushin i dr. sc. A.A. Tankov „Pokazivači energije asinkronog motora u frekvencijski električni pogon pod različitim zakonima kontrole." Tu su dani i rezultati pokusa provedenog pri ispitivanju ovog motora (zakon regulacije frekvencije U/f = const). Motor je radio pod opterećenjem s konstantnim okretnim momentom od 30,5 Nm u rasponu broja okretaja 500 - 2930 o/min.
Uspoređujući dobivene ovisnosti, možemo zaključiti da je u zoni male brzine, pri korištenju zakona upravljanja druge skupine, učinkovitost veća za 7-21%, a faktor snage 3-7% manji. Kako se brzina povećava, razlike se smanjuju.

Sl. 1. Promjena učinkovitosti (a) i cosφ (b) u kontrolnom području: 1 - eksperimentalne ovisnosti; izračunate ovisnosti za različite zakone upravljanja: 2 - U/f = const, 3 - Evnesh /f = const, 4 - E/f= const, 5 - Evnesh /f= const.
Dakle, zakoni vektorske kontrole osiguravaju ne samo bolja kontrola električni pogon u statičkom i dinamičkom režimu rada, ali i povećanje učinkovitosti motora i sukladno tome cjelokupnog pogona. Međutim, svi zakoni koji održavaju stalnu vezu toka imaju svoje određene nedostatke.
Uobičajeni nedostatak zakona koji održavaju stalno povezivanje toka je: niska pouzdanost zbog prisutnosti senzora ugrađenih u motor i gubici u čeliku kada motor radi s momentom opterećenja manjim od nazivnog. Ti su gubici uzrokovani potrebom da se održi stalni nazivni tok spoja na razni modovi raditi.
Učinkovitost motora može se značajno povećati regulacijom magnetskog toka statora (rotora) ovisno o veličini momenta opterećenja (klizanja). Nedostaci takvog upravljanja su niske dinamičke karakteristike pogona, zbog velike vrijednosti vremenske konstante rotora, zbog čega se magnetski tok stroja obnavlja s određenim kašnjenjem, te složenost tehničke izvedbe upravljanja. sustav.
U praksi je skupina zakona s konstantnim magnetskim tokom postala široko rasprostranjena za dinamičke električne pogone koji rade s konstantnim momentom otpora na vratilu i s čestim primjenom udarnih opterećenja. Dok se kod niskodinamičkih električnih pogona i kod pogona s „ventilatorskim“ opterećenjem koristi skupina zakona s regulacijom magnetskog toka u ovisnosti o opterećenju osovine.

Za provedbu mogućnosti regulacije momenta i brzine koriste se moderni električni pogoni sljedeće metode kontrola frekvencije, kao što su:

• Vektor;
• Skalar.

Najrasprostranjeniji su asinkroni elektromotori sa skalarnim upravljanjem. Koristi se u pogonima kompresora, ventilatora, pumpi i drugih mehanizama u kojima je potrebno održavati na određenoj razini ili brzinu vrtnje osovine elektromotora (koristi se senzor brzine), ili neki tehnološki parametar (npr. tlak u cjevovodu, pomoću odgovarajućeg senzora).

Princip rada skalarnog upravljanja asinkronim motorom je da se amplituda i frekvencija napona napajanja mijenjaju prema zakonu U/f^n = const, gdje je n>=1. Kako će to izgledati ovu ovisnost u pojedinom slučaju ovisi o zahtjevima koje nameće opterećenje električnog pogona. U pravilu, frekvencija djeluje kao neovisni utjecaj, a napon na određenoj frekvenciji određen je vrstom mehaničke karakteristike, kao i vrijednostima kritičnog i početnog momenta. Zahvaljujući skalarnoj regulaciji, osigurana je konstantna sposobnost preopterećenja asinkronog motora, neovisno o frekvenciji napona, a opet na prilično niske frekvencije može doći do značajnog smanjenja momenta koji razvija motor. Maksimalna vrijednost Raspon skalarne regulacije, u kojem je moguće regulirati vrijednost brzine vrtnje rotora elektromotora, bez gubitka momenta otpora ne prelazi 1:10.

Skalarno upravljanje asinkronim motorom vrlo je jednostavno za implementaciju, ali ipak postoje dva značajna nedostatka. Prvo, ako senzor brzine nije instaliran na osovini, tada je nemoguće regulirati vrijednost brzine vrtnje osovine, jer ovisi o opterećenju koje djeluje na električni pogon. Ugradnja senzora brzine jednostavno rješava ovaj problem, ali ostaje još jedan značajan nedostatak - nedostatak mogućnosti reguliranja vrijednosti momenta na osovini motora. Možete, naravno, instalirati senzor zakretnog momenta, ali trošak takvih senzora u pravilu premašuje cijenu samog električnog pogona. Štoviše, čak i ako instalirate senzor za kontrolu zakretnog momenta, proces kontrole tog momenta će se pokazati nevjerojatno inercijskim. Još jedno "ali" - skalarno upravljanje asinkronim motorom karakterizira činjenica da je nemoguće istovremeno regulirati brzinu i moment, stoga je potrebno regulirati vrijednost koja ovaj trenutak vrijeme je najvažnije zbog uvjeta tehnološkog procesa.

Kako bi se otklonili nedostaci skalarnog upravljanja motorom, SIEMENS je još 71. godine prošlog stoljeća predložio uvođenje vektorske metode upravljanja motorom. Prvi električni pogoni s vektorskim upravljanjem koristili su motore koji su imali ugrađene senzore protoka, što je značajno ograničavalo opseg takvih pogona.

Sustav upravljanja suvremenih električnih pogona sadrži matematički model motora, što vam omogućuje izračunavanje brzine vrtnje i momenta osovine. Štoviše, kao potrebni senzori ugrađeni su samo senzori fazne struje statora motora. Posebno dizajnirana struktura upravljačkog sustava osigurava neovisnost i praktički bez inercije kontrolu glavnih parametara - momenta osovine i brzine vrtnje osovine.

DO danas formirana sljedeće sustave vektorsko upravljanje asinkronim motorom:

• Bez senzora – nema senzora brzine na osovini motora,
• Sustavi s povratnom spregom po brzini.

Korištenje metoda vektorskog upravljanja ovisi o primjeni električnog pogona. Ako raspon mjerenja brzine ne prelazi 1:100, a zahtjevi točnosti variraju unutar ±1,5%, tada se koristi sustav upravljanja bez senzora. Ako se mjerenje brzine provodi u rasponu vrijednosti koje dosežu 1: 10000 ili više, a razina točnosti mora biti prilično visoka (±0,2% pri brzinama ispod 1 Hz), ili je potrebno pozicionirati osovine ili kontrolirati okretni moment na osovini pri malim brzinama, tada se koristi sustav s povratnom spregom po brzini.

Prednosti vektorske metode upravljanja asinkronim motorom:

• Visoka razina točnost pri reguliranju brzine vrtnje osovine, unatoč moguća odsutnost senzor brzine,
• Motor se vrti na niskim frekvencijama bez trzaja, glatko,
• Ako je ugrađen senzor brzine, tada se nominalna vrijednost zakretnog momenta na osovini može postići čak i na nuli vrijednost brzine,
• Brza reakcija na moguće promjene opterećenja - nagli skokovi opterećenja nemaju praktički nikakvog utjecaja na brzinu električnog pogona,
• Visoka razina učinkovitosti motora zbog smanjenih gubitaka zbog magnetizacije i zagrijavanja.

Bez obzira na očite prednosti Metoda vektorskog upravljanja ima i određene nedostatke - veliku složenost proračuna, za rad je potrebno poznavanje parametara motora. Osim toga, fluktuacije u vrijednosti brzine pri konstantnom opterećenju mnogo su veće nego kod skalarne metode upravljanja. Usput, 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 izmjeničnom strujom bez četkica, koja se sastoji od održavanja konstantnog omjera napon/frekvencija (V/Hz) u cijelom radnom rasponu brzine, dok se kontrolira samo veličina i frekvencija napona napajanja.

Omjer V/Hz izračunava se na temelju nazivne vrijednosti (i frekvencije) AC motora koji se prati. Održavanjem omjera V/Hz konstantnim, možemo održavati relativno konstantan magnetski tok u motornom rasporu. Ako se omjer V/Hz poveća, tada motor postaje prepobuđen i obrnuto, ako se omjer smanji, motor je u podpobuđenom stanju.

Promjena napona napajanja motora sa skalarnom regulacijom

Pri malim brzinama potrebno je kompenzirati pad napona na otporu statora, tako da se omjer V/Hz pri malim brzinama postavlja na više od nazivne vrijednosti. Za upravljanje asinkronim elektromotorima najviše se koristi skalarna metoda upravljanja.

Primijenjeno na asinkrone motore

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

Kako se brzina povećava, napon napajanja statora također mora rasti proporcionalno. Međutim, sinkrona frekvencija asinkronog motora nije jednaka brzini osovine, već ovisi o opterećenju. Stoga, skalarni sustav upravljanja otvorenom petljom ne može točno kontrolirati brzinu kada je prisutno opterećenje. Da bi se riješio ovaj problem, sustav se može dodati Povratne informacije brzinu, a time i kompenzaciju klizanja.

Nedostaci skalarne kontrole

metoda skalarna kontrola relativno jednostavan za implementaciju, ali ima nekoliko značajne nedostatke:
• prvo, ako senzor brzine nije instaliran, ne možete kontrolirati brzinu vrtnje vratila, jer ovisi o opterećenju (prisutnost senzora brzine rješava ovaj problem), au slučaju promjene opterećenja, možete potpuno izgubiti kontrolirati;
• drugo, ne može se kontrolirati. Naravno, ovaj se problem može riješiti ugradnjom senzora zakretnog momenta, ali cijena njegove ugradnje je vrlo visoka i najvjerojatnije će biti veća od samog električnog pogona. U ovom će slučaju kontrola momenta biti vrlo inercijalna;
• također je nemoguće kontrolirati moment i brzinu u isto vrijeme.

Skalarno upravljanje je dostatno za većinu zadataka u kojima se koristi električni pogon s rasponom upravljanja brzinom motora do 1:10.

Kada je potrebna maksimalna izvedba, mogućnost prilagodbe širok raspon koriste se brzine i mogućnost upravljanja momentom elektromotora.