Векторное управление электродвигателем «на пальцах»

Основные функции векторного частотника и сферы его применения

Основная функция частотных преобразователей (ЧП) — выравнивание частоты промышленного тока в необходимый для двигателя. Главные задачи направленного ЧП — во взаимодействии с электродвигателем от момента запуска до полной остановки, а также защита механизма, экономия электроэнергии.

У векторного частотника следующие преимущества:

• наиболее полный учет динамики (момент, частота, скорость, угол поворота) асинхронного двигателя с повышением КПД;
• стабильный контроль момента на валу электродвигателя;
• быстрая реакция на изменение нагрузки, может оперировать мгновенными величинами;
• широкий диапазон частот, с которыми можно работать. Например, с механизмами на малых оборотах (замедленный ход) или в определенных моментах;
• справляется с любой работой «скалярника».

Векторный тип частотников применяют в разных механизмах и отраслях:

• в системах быстрого действия — вальцевые станки, лебедки, лифты, специальные механизмы, а также в производство станков;
• в компрессорах;
• в стиральных машинах в промышленности;
• в металлообработке (в оборудовании для обкатки);
• в экструдерах;
• в полиграфии;
• в оборудовании для производства проволоки;
• в термопластавтоматах для литья под давлением;
• в многоуровневых автостоянках.

Благодаря векторной направленности получаем стабильную работу на малых скоростях вращения.

Если нужно выполнить сложную и точную работу с переменой скорости и крутящего момента, лучше выбрать преобразователь частоты «векторник».

Описание самостоятельного подключения

Предлагаем рассмотреть, как можно самому собрать и подключить простой самодельный инверторный преобразователь частоты для небольшого трехфазного электродвигателя в виде подробной инструкции.

Рассмотрим создание ПЧ на примере двигателя с частотой 400Гц и напряжением электрической сети 27 Вольт. Обмотки соединены в звезду, благодаря чему средняя точка каждой выведена наружу, это позволяет существенно упростить микросхему: нужно три выходных сигнала, и один выходной ключ на каждую из фаз. Электрическая схема подключения показана на фото ниже:

Фото — Схема подключения

Данное устройство состоит из таких компонентов: генератор, формирующий импульсы, ключи на составных транзисторах и электрического двигателя.

Фото — Частотный преобразователь схема 1

Руководство, по которому можно подключить преобразователь частоты двигателя, имеет вид упрощенной схемы. На чертеже изображен двигатель, который управляется несколькими ключами. Механические контакты показаны как элементы полупроводникового типа. Питается двигатель при помощи постоянного напряжения. Естественно нельзя одновременно открывать нижние и верхние ключи, иначе произойдет короткое замыкание, и мощность ВПЧ потока упадет до нуля, чтобы это предотвратить, нужно подключить преобразователь таким образом, чтобы при открытии нижнего ключа верхний закрывался. Для осуществления такой технологии используются специальные контроллеры, образующие мертвую зону.

Временной интервал для мертвой зоны нужно рассчитать таким образом, чтобы гарантировать успешное закрытие всех транзисторов верхнего ряда, только тогда вероятность образования сквозных токов будет сведена к минимуму.

Ключами с гальванической связью управляет драйвер на составном резисторе, для этого часто устанавливают дополнительный оптрон для каждого ключа или канала (как и показано на схеме), эта деталь на данном чертеже выполняет роль еще одного инвертора.

Чтобы питать каждый драйвер, нужно использовать специальный выпрямитель, который в свою очередь, запитан от обмотки привода. Возможно, это является одним из недостатков схемы. Для управления длительности мертвой зоны данный преобразователь напряжения и частоты использует конденсатор.

Этот прибор относится к типу универсал, его можно подсоединять к любым двигателям, мощность которые не превышает 10 кВт.

Методы управления

У векторного типа контроля и управления моментом выделяют два метода:

1. Линейный метод работает с ШИМ-напряжением. Регулятор оперирует с усредненными дискретными значениями, а не с моментальными. В большей части процессов используют пространственно-векторную модуляцию. К линейному методу относят несколько подвидов:

• полеориентированное управление;
• прямое управление моментом с ПВМ напряжения;
• прямое управление моментом с ПВМ потока.

• Нелинейный метод разрабатывают как замену линейному методу. Основные преимущества нелинейного метода — простота в управлении, не требуется преобразование координат и датчика положения ротора. При этом методе достигается хорошая динамика.

Различные варианты управления ЧП улучшают работу электродвигателя, например, момент пуска, уменьшают уровень шумов или пульсацию момента.

Типы режимов работы «векторника»

Векторно направленные ЧП используют для точного и высокоточного вычисления скорости и момента. Чтобы проводить подобные операции, в блоке управления «векторника» присутствует математическая модель (ММ). В зависимости от точности математической модели двигателя, различают устройства:

В электродвигателях могут присутствовать или отсутствовать датчики обратной связи. При отсутствии датчика скорости ЧП использует данные математической модели и значения, которые получает при измерении тока ротора или статора.

Если датчик скорости установили, ЧП дополнительно получает сведения о скорости ротора до датчика, тока.

Именно сфера применения и требования к оборудованию диктуют выбор частотных приборов. Например, при диапазоне измерения скорости 1:100, точности в пределах ±1,5% применяют бездатчиковые векторники. Если точность измерений высокая, а скорость измерения 1:10000 используют приборы с обратной связью.

Технические различия преобразователей

Отличий существует много, выделим самые основные, и без научной паутины слов. У скалярного (бездатчикового) частотника зависимость U/F – линейная и диапазон скоростного регулирования довольно небольшой. Кстати сказать, поэтому на низких частотах недостаёт напряжения для поддержания крутящего момента, и приходится порой настраивать вольт-частотную характеристику (ВЧХ) под рабочие условия, то же самое происходит при максимальной частоте выше 50 Гц.

При вращении вала в широком скоростном и низкочастотном диапазоне, а также выполнении требований авторегулирования момента, используют метод векторного управления с обратной связью. В этом проявляется еще одно различие: у «скалярника» обычно такой обратной связи нет.

Какие же выбрать ЧП? В применении того или другого устройства, главным образом, руководствуются сферой использования электрического привода. Однако в особых случаях выбор типа преобразователя частоты становится безвариантным. Во-первых: есть явная, заметная разница в цене (скалярные стоят намного дешевле, нет надобности в дорогостоящих вычислительных ядрах). Поэтому удешевление производства порой перевешивает в принятии решения по выбору. Во-вторых: есть сферы применения, в которых возможно только их использование, к примеру, в конвейерных линиях, где несколько электродвигателей синхронно управляются от одного частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Отличие между скаляром и векторными ЧП

Отличие скалярного метода в объекте управления, сферах применения, а также в технологических особенностях. Применяют «скалярники» в насосах, вентиляторах, конвейерах, разных приводах, на мельницах, в упаковочных машинах.

Особенности «скалярника»:

• удобство и легкость в управлении, настройке механизмов;
• сокращение дополнительных приводных устройств;
• автоматизация производства, возможна регулировка день-ночь;
• повышение эффективности оборудования — настройка позиционирования, скорости, частот;
• возможность плавного пуска и остановки агрегатов.

Также отличие двух методов заключается в объекте контроля и управления. Для «скалярника» это магнитное поле статора, а для векторно направленных ЧП — это магнитные поля статора и ротора, которые взаимодействуют друг с другом. Такое взаимодействие оптимизирует момент вращения на различных скоростях.

В преобразователе «скалярника» используют выходную частоту и ток, в «векторнике» — выходную частоту, ток и его фазу.

Скаляры не управляют моментом, для этого можно установить отдельно датчик момента. Также в «скалярниках» нельзя управлять одновременно моментом и скоростью.

Несмотря на приведенные выше преимущества «векторников», многие покупатели часто выбирают между ним и скалярными ЧП. Почему так происходит?

1. Цена на «векторник» значительно выше, чем на «скалярник».
2. Монтаж и обслуживание скалярного частотника дешевле и понятнее, чем у «вектора».
3. «Скалярник» может управлять несколькими электродвигателями сразу, а «векторник» — нет.
4. При постоянной нагрузке у «векторника» больше колеблется скорость.

Поэтому перед покупкой нужно определиться с характеристиками оборудования, которое будет регулировать частотник.

Как выбрать частотник

При подборе преобразователей обращают внимание на сферу применения, оборудование, на которое будет устанавливаться прибор, а также на технические характеристики.

Среди технических характеристик выделяют следующие:

• мощность;
• диапазон регулировок частоты;
• количество фаз входа;
• напряжение от сети;
• способ управления;
• количество сигналов входа и выхода;
• сервис и обслуживание по гарантии.

Большой выбор преобразователей по оптимальной цене вы найдете на сайте prompoint.ru. С помощью фильтра в интернет-магазине «Промышленная точка» можно подобрать необходимые приборы преобразования частоты, насос или солнечную панель. Узнайте подробнее о товарах, доставке и оплате у менеджеров по телефону или напишите нам в чат обратной связи на сайте.

Базовые параметры

Подбор частотного преобразователя начинается с изучения основных характеристик.

Количество питающих фаз и номинальное напряжение

Если не учесть эти параметры и неправильно подключить оборудование, возникнут аварийные ситуации, и техника выйдет из строя.

Выпускают однофазные и трехфазные модели ПЧ. К однофазному на вход подключают однофазную сеть напряжением 220В, а на выходе получают три фазы с линейным напряжением 220В или 380В. К трехфазному подключают три фазы, соответственно.

Однофазный преобразователь, как и трехфазный, предназначен для управления трехфазным асинхронным двигателем и способен решать те же задачи.

Важно, чтобы номинальное напряжение питания двигателя не превышало питание ПЧ, а значения параметра питающей сети и электропривода совпадали.