Τεχνικές διαφορές μεταξύ διανυσματικών και βαθμωτών μετατροπέων. Μέθοδοι ελέγχου που χρησιμοποιούνται σε μετατροπείς συχνότητας για τον έλεγχο κινητήρων AC

Η χρήση ενός μετατροπέα συχνότητας στοχεύει στην επίλυση σημαντικών προβλημάτων. Συνίστανται στον έλεγχο της ροπής και της ταχύτητας του ηλεκτροκινητήρα. Αυτές οι απαιτήσεις υποδεικνύουν την ανάγκη περιορισμού του ρεύματος του κινητήρα, καθώς και της ροπής, σε τιμές που είναι επιτρεπτές. Αυτό γίνεται κατά την εκκίνηση, το φρενάρισμα, αλλά και κατά τις αλλαγές φορτίου.

Αυτό απαιτείται για τον περιορισμό των δυναμικών φορτίων κρούσης στον μηχανισμό του μετατροπέα συχνότητας. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχουν υπερφορτώσεις κατά τη λειτουργία και ανάγκη ρύθμισης της ροπής του κινητήρα, η οποία εκτελείται συνεχώς. Επίσης, τέτοιες ενέργειες απαιτούνται όταν είναι απαραίτητο να υποστηριχθούν με ακρίβεια οι δυνάμεις στον μηχανισμό που λειτουργεί. Ένα παράδειγμα σε αυτή την περίπτωση είναι οι δίσκοι που χρησιμοποιούνται σε μηχανές επεξεργασίας μετάλλων.

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι ελέγχου συχνότητας που σας επιτρέπουν να λύσετε διάφορα προβλήματα κατά τη ρύθμιση της ταχύτητας και την αλλαγή της ροπής, όπως - δύο κύριες μέθοδοι - διανυσματική και βαθμωτή. Κάθε ένα από αυτά έχει τα δικά του χαρακτηριστικά γνωρίσματα, τα οποία πρέπει να συζητηθούν λεπτομερέστερα.

Η πρώτη μέθοδος ελέγχου είναι βαθμωτός. Η ιδιαιτερότητα του βαθμωτού ελέγχου έγκειται στην επικράτηση του και η περιοχή εφαρμογής του σχετίζεται με τις αντλίες και τους ανεμιστήρες. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται μετατροπείς συχνότητας με μέθοδο βαθμωτού ελέγχου όπου είναι σημαντικό να διατηρηθεί μια συγκεκριμένη τεχνολογική παράμετρος. Αυτό θα μπορούσε να είναι, για παράδειγμα, πίεση σε έναν αγωγό. Η αλλαγή του πλάτους καθώς και της συχνότητας της τάσης τροφοδοσίας λειτουργεί ως η βασική αρχή στην οποία βασίζεται αυτή η μέθοδος. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται ο νόμος U/f. Το μεγαλύτερο εύρος για έλεγχο ταχύτητας είναι 1:10.
Πρόσθετα χαρακτηριστικά της βαθμωτής μεθόδου είναι η εγγενής ευκολία εφαρμογής της. Υπάρχει επίσης ένα μειονέκτημα, το οποίο είναι ότι δεν είναι δυνατή η ακριβής ρύθμιση της ταχύτητας περιστροφής του άξονα. Ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι ότι ένας μετατροπέας συχνότητας με βαθμωτό έλεγχο στον άξονα του κινητήρα δεν καθιστά δυνατό τον έλεγχο της ροπής.

Η δεύτερη μέθοδος που χρησιμοποιείται στους μετατροπείς συχνότητας είναι διάνυσμα. Αυτή είναι μια μέθοδος ελέγχου σύγχρονων και ασύγχρονων κινητήρων, στους οποίους όχι μόνο σχηματίζονται αρμονικά ρεύματα (τάσεις) των φάσεων, αλλά παρέχει επίσης έλεγχο της μαγνητικής ροής του ρότορα, δηλαδή, της ροπής στον άξονα του κινητήρα. Ο διανυσματικός έλεγχος χρησιμοποιείται όταν κατά τη λειτουργία το φορτίο μπορεί να αλλάξει με την ίδια συχνότητα, δηλ. δεν υπάρχει σαφής σχέση μεταξύ της ροπής φορτίου και της ταχύτητας περιστροφής, καθώς και σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να επιτευχθεί ένα εκτεταμένο εύρος ελέγχου συχνότητας στις ονομαστικές ροπές.

Τα συστήματα ελέγχου διανυσμάτων χωρίζονται σε δύο κατηγορίες - χωρίς αισθητήρες και ανάδραση. Το πεδίο εφαρμογής σάς επιτρέπει να ορίσετε την εφαρμογή μιας συγκεκριμένης μεθόδου. Η χρήση συστημάτων χωρίς αισθητήρες είναι δυνατή όταν η ταχύτητα αλλάζει όχι περισσότερο από 1:100 και η ακρίβεια συντήρησης δεν είναι μεγαλύτερη από ±0,5%. Με παρόμοιους δείκτες 1:1000 και ±0,01%, αντίστοιχα, συνηθίζεται να χρησιμοποιούνται συστήματα ανάδρασης.

Πλεονεκτήματα της μεθόδου ελέγχου διανυσμάτωνείναι η ταχύτητα απόκρισης στις αλλαγές στο φορτίο και στην περιοχή των χαμηλών συχνοτήτων η περιστροφή του κινητήρα χαρακτηρίζεται από ομαλότητα και απουσία τραντάγματος. Εφιστάται η προσοχή στην πρόβλεψη στον άξονα υπό την προϋπόθεση μηδενικής ταχύτητας της ονομαστικής ροπής, εάν υπάρχει αισθητήρας ταχύτητας. Η ρύθμιση της ταχύτητας πραγματοποιείται όταν επιτυγχάνεται υψηλή ακρίβεια. Όλα αυτά τα πλεονεκτήματα γίνονται σημαντικά στην πράξη.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ:

1. Εάν στους μετατροπείς βαθμωτών συχνοτήτων το αντικείμενο παρακολούθησης και ελέγχου είναι μόνο το μαγνητικό πεδίο του στάτορα, τότε στα διανυσματικά μοντέλα το αντικείμενο παρακολούθησης και ελέγχου είναι τόσο το μαγνητικό πεδίο του στάτορα όσο και του ρότορα, ή μάλλον η αλληλεπίδρασή τους σε προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η ροπή σε διάφορες ταχύτητες. Όσον αφορά τις μεθόδους παρακολούθησης και ελέγχου, όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος βαθμωτών ελέγχου, χρησιμοποιούνται η συχνότητα εξόδου και το ρεύμα του μετατροπέα συχνότητας και στην περίπτωση του διανυσματικού ελέγχου χρησιμοποιούνται η συχνότητα εξόδου, το ρεύμα και η φάση του.

Σκαλωτικός έλεγχος(συχνότητα) - μέθοδος ελέγχου εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς ψήκτρες, η οποία συνίσταται στη διατήρηση μιας σταθερής αναλογίας τάσης/συχνότητας (V/Hz) σε όλο το εύρος στροφών λειτουργίας, ενώ ελέγχεται μόνο το μέγεθος και η συχνότητα της τάσης τροφοδοσίας.

Ο λόγος V/Hz υπολογίζεται με βάση την ονομαστική (και τη συχνότητα) του κινητήρα AC που παρακολουθείται. Διατηρώντας σταθερό τον λόγο V/Hz, μπορούμε να διατηρήσουμε μια σχετικά σταθερή μαγνητική ροή στο διάκενο του κινητήρα. Εάν η αναλογία V/Hz αυξηθεί, τότε ο κινητήρας υπερδιέγεται και αντίστροφα, εάν ο λόγος μειωθεί, ο κινητήρας βρίσκεται σε κατάσταση υποδιέγερσης.

Αλλαγή τάσης τροφοδοσίας κινητήρα με βαθμωτό έλεγχο

Σε χαμηλές ταχύτητες είναι απαραίτητο να αντισταθμιστεί η πτώση τάσης στην αντίσταση του στάτη, επομένως ο λόγος V/Hz σε χαμηλές ταχύτητες ρυθμίζεται υψηλότερα από την ονομαστική τιμή. Η βαθμωτή μέθοδος ελέγχου χρησιμοποιείται ευρέως για τον έλεγχο ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων.

Όπως εφαρμόζεται στους ασύγχρονους κινητήρες

Στη μέθοδο βαθμωτού ελέγχου, η ταχύτητα ελέγχεται ρυθμίζοντας την τάση και τη συχνότητα του στάτορα έτσι ώστε το μαγνητικό πεδίο στο διάκενο να διατηρείται στην επιθυμητή τιμή. Για να διατηρηθεί ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο στο διάκενο, ο λόγος V/Hz πρέπει να είναι σταθερός σε διαφορετικές ταχύτητες.

Καθώς αυξάνεται η ταχύτητα, η τάση τροφοδοσίας του στάτη πρέπει επίσης να αυξάνεται αναλογικά. Ωστόσο, η σύγχρονη συχνότητα ενός ασύγχρονου κινητήρα δεν είναι ίση με την ταχύτητα του άξονα, αλλά εξαρτάται από το φορτίο. Έτσι, ένα βαθμωτό σύστημα ελέγχου ανοιχτού βρόχου δεν μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια την ταχύτητα όταν υπάρχει φορτίο. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, μπορεί να προστεθεί στο σύστημα η ανάδραση ταχύτητας και επομένως η αντιστάθμιση ολίσθησης.

Μειονεκτήματα του Scalar Control

Μέθοδος κλιμακωτός έλεγχοςσχετικά απλό στην εφαρμογή, αλλά έχει αρκετά σημαντικά μειονεκτήματα:
• πρώτον, εάν δεν έχει εγκατασταθεί αισθητήρας ταχύτητας, δεν μπορείτε να ελέγξετε την ταχύτητα περιστροφής του άξονα, καθώς εξαρτάται από το φορτίο (η παρουσία αισθητήρα ταχύτητας λύνει αυτό το πρόβλημα) και σε περίπτωση αλλαγής φορτίου, μπορείτε να χάσετε εντελώς έλεγχος;
• δεύτερον, δεν μπορεί να ελεγχθεί. Φυσικά, αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα ροπής, αλλά το κόστος εγκατάστασης του είναι πολύ υψηλό και πιθανότατα θα είναι υψηλότερο από την ίδια την ηλεκτρική κίνηση. Σε αυτή την περίπτωση, ο έλεγχος της ροπής θα είναι πολύ αδρανειακός.
• είναι επίσης αδύνατο να ελεγχθεί η ροπή και η ταχύτητα ταυτόχρονα.

Ο βαθμωτός έλεγχος είναι επαρκής για τις περισσότερες εργασίες στις οποίες χρησιμοποιείται ηλεκτρική κίνηση με εύρος ελέγχου στροφών κινητήρα έως και 1:10.

Όταν απαιτείται μέγιστη ταχύτητα, χρησιμοποιείται η δυνατότητα ρύθμισης σε μεγάλο εύρος στροφών και η δυνατότητα ελέγχου της ροπής του ηλεκτροκινητήρα.

Σύμφωνα με τα τελευταία στατιστικά στοιχεία, περίπου το 70% του συνόλου της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στον κόσμο καταναλώνεται από ηλεκτροκινητήρες. Και κάθε χρόνο αυτό το ποσοστό αυξάνεται.

Με μια σωστά επιλεγμένη μέθοδο ελέγχου ενός ηλεκτροκινητήρα, είναι δυνατό να επιτευχθεί μέγιστη απόδοση, μέγιστη ροπή στον άξονα της ηλεκτρικής μηχανής και ταυτόχρονα θα αυξηθεί η συνολική απόδοση του μηχανισμού. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες που λειτουργούν αποτελεσματικά καταναλώνουν ελάχιστη ηλεκτρική ενέργεια και παρέχουν μέγιστη απόδοση.

Για ηλεκτρικούς κινητήρες που τροφοδοτούνται από μετατροπέα, η απόδοση θα εξαρτηθεί σε μεγάλο βαθμό από την επιλεγμένη μέθοδο ελέγχου της ηλεκτρικής μηχανής. Μόνο με την κατανόηση των πλεονεκτημάτων κάθε μεθόδου μπορούν οι μηχανικοί και οι σχεδιαστές συστημάτων οδήγησης να έχουν τη μέγιστη απόδοση από κάθε μέθοδο ελέγχου.
Περιεχόμενο:

Μέθοδοι ελέγχου

Πολλοί άνθρωποι που εργάζονται στον τομέα του αυτοματισμού, αλλά δεν συμμετέχουν στενά στην ανάπτυξη και εφαρμογή συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης, πιστεύουν ότι ο έλεγχος ηλεκτροκινητήρα αποτελείται από μια σειρά εντολών που εισάγονται χρησιμοποιώντας μια διεπαφή από πίνακα ελέγχου ή υπολογιστή. Ναι, από την άποψη της γενικής ιεραρχίας ελέγχου ενός αυτοματοποιημένου συστήματος, αυτό είναι σωστό, αλλά υπάρχουν και τρόποι ελέγχου του ίδιου του ηλεκτροκινητήρα. Αυτές οι μέθοδοι είναι που θα έχουν τον μέγιστο αντίκτυπο στην απόδοση ολόκληρου του συστήματος.

Για ασύγχρονους κινητήρες που είναι συνδεδεμένοι σε μετατροπέα συχνότητας, υπάρχουν τέσσερις κύριες μέθοδοι ελέγχου:

• U/f – βολτ ανά hertz;
• U/f με κωδικοποιητή.
• Διανυσματικός έλεγχος ανοιχτού βρόχου.
• Διανυσματικός έλεγχος κλειστού βρόχου.

Και οι τέσσερις μέθοδοι χρησιμοποιούν διαμόρφωση πλάτους παλμού PWM, η οποία αλλάζει το πλάτος ενός σταθερού σήματος μεταβάλλοντας το πλάτος των παλμών για τη δημιουργία ενός αναλογικού σήματος.

Η διαμόρφωση πλάτους παλμού εφαρμόζεται στον μετατροπέα συχνότητας χρησιμοποιώντας μια σταθερή τάση διαύλου DC. με το γρήγορο άνοιγμα και κλείσιμο (πιο σωστά, μεταγωγή) παράγουν παλμούς εξόδου. Μεταβάλλοντας το πλάτος αυτών των παλμών στην έξοδο, προκύπτει ένα «ημιτονοειδές» της επιθυμητής συχνότητας. Ακόμα κι αν το σχήμα της τάσης εξόδου των τρανζίστορ είναι παλμικό, το ρεύμα εξακολουθεί να λαμβάνεται με τη μορφή ημιτονοειδούς, καθώς ο ηλεκτροκινητήρας έχει μια αυτεπαγωγή που επηρεάζει το σχήμα του ρεύματος. Όλες οι μέθοδοι ελέγχου βασίζονται στη διαμόρφωση PWM. Η διαφορά μεταξύ των μεθόδων ελέγχου έγκειται μόνο στη μέθοδο υπολογισμού της τάσης που παρέχεται στον ηλεκτροκινητήρα.

Σε αυτήν την περίπτωση, η φέρουσα συχνότητα (εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα) αντιπροσωπεύει τη μέγιστη συχνότητα μεταγωγής των τρανζίστορ. Η φέρουσα συχνότητα για μετατροπείς είναι συνήθως στην περιοχή 2 kHz - 15 kHz. Η αναφορά συχνότητας (εμφανίζεται με μπλε χρώμα) είναι το σήμα εντολής συχνότητας εξόδου. Για μετατροπείς που χρησιμοποιούνται σε συμβατικά συστήματα ηλεκτροκίνησης, κατά κανόνα, κυμαίνεται από 0 Hz έως 60 Hz. Όταν τα σήματα δύο συχνοτήτων υπερτίθενται το ένα πάνω στο άλλο, θα εκδοθεί ένα σήμα για το άνοιγμα του τρανζίστορ (υποδεικνύεται με μαύρο χρώμα), το οποίο παρέχει τάση ισχύος στον ηλεκτροκινητήρα.

Μέθοδος ελέγχου U/F

Ο έλεγχος Volt-per-Hz, που συνήθως αναφέρεται ως U/F, είναι ίσως η απλούστερη μέθοδος ελέγχου. Χρησιμοποιείται συχνά σε απλά συστήματα ηλεκτροκίνησης λόγω της απλότητάς του και του ελάχιστου αριθμού παραμέτρων που απαιτούνται για τη λειτουργία. Αυτή η μέθοδος ελέγχου δεν απαιτεί την εγκατάσταση κωδικοποιητή και υποχρεωτικές ρυθμίσεις για έναν ηλεκτροκινητήρα μεταβλητής συχνότητας (αλλά συνιστάται). Αυτό οδηγεί σε χαμηλότερο κόστος για βοηθητικό εξοπλισμό (αισθητήρες, καλώδια ανάδρασης, ρελέ, κ.λπ.). Ο έλεγχος U/F χρησιμοποιείται αρκετά συχνά σε εξοπλισμό υψηλής συχνότητας, για παράδειγμα, χρησιμοποιείται συχνά σε μηχανές CNC για την κίνηση της περιστροφής του άξονα.

Το μοντέλο σταθερής ροπής έχει σταθερή ροπή σε όλο το εύρος στροφών με τον ίδιο λόγο U/F. Το μοντέλο μεταβλητού λόγου ροπής έχει χαμηλότερη τάση τροφοδοσίας σε χαμηλές στροφές. Αυτό είναι απαραίτητο για να αποφευχθεί ο κορεσμός της ηλεκτρικής μηχανής.

Το U/F είναι ο μόνος τρόπος ρύθμισης της ταχύτητας ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος επιτρέπει τον έλεγχο πολλών ηλεκτρικών μονάδων κίνησης από έναν μετατροπέα συχνότητας. Αντίστοιχα, όλα τα μηχανήματα ξεκινούν και σταματούν ταυτόχρονα και λειτουργούν στην ίδια συχνότητα.

Αλλά αυτή η μέθοδος ελέγχου έχει αρκετούς περιορισμούς. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος ελέγχου U/F χωρίς κωδικοποιητή, δεν υπάρχει καμία απολύτως βεβαιότητα ότι ο άξονας μιας ασύγχρονης μηχανής περιστρέφεται. Επιπλέον, η ροπή εκκίνησης μιας ηλεκτρικής μηχανής σε συχνότητα 3 Hz περιορίζεται στο 150%. Ναι, η περιορισμένη ροπή είναι υπεραρκετή για να χωρέσει τον περισσότερο υπάρχοντα εξοπλισμό. Για παράδειγμα, σχεδόν όλοι οι ανεμιστήρες και οι αντλίες χρησιμοποιούν τη μέθοδο ελέγχου U/F.

Αυτή η μέθοδος είναι σχετικά απλή λόγω των πιο χαλαρών προδιαγραφών της. Η ρύθμιση της ταχύτητας είναι συνήθως στην περιοχή 2% - 3% της μέγιστης συχνότητας εξόδου. Η απόκριση ταχύτητας υπολογίζεται για συχνότητες άνω των 3 Hz. Η ταχύτητα απόκρισης του μετατροπέα συχνότητας καθορίζεται από την ταχύτητα απόκρισής του σε αλλαγές στη συχνότητα αναφοράς. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα απόκρισης, τόσο πιο γρήγορα θα ανταποκριθεί ο ηλεκτροκινητήρας στις αλλαγές στη ρύθμιση ταχύτητας.

Το εύρος ελέγχου ταχύτητας όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος U/F είναι 1:40. Πολλαπλασιάζοντας αυτόν τον λόγο με τη μέγιστη συχνότητα λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα, λαμβάνουμε την τιμή της ελάχιστης συχνότητας στην οποία μπορεί να λειτουργήσει η ηλεκτρική μηχανή. Για παράδειγμα, εάν η μέγιστη τιμή συχνότητας είναι 60 Hz και η περιοχή είναι 1:40, τότε η ελάχιστη τιμή συχνότητας θα είναι 1,5 Hz.

Το μοτίβο U/F καθορίζει τη σχέση μεταξύ συχνότητας και τάσης κατά τη λειτουργία μιας μονάδας μεταβλητής συχνότητας. Σύμφωνα με αυτήν, η καμπύλη ρύθμισης της ταχύτητας περιστροφής (συχνότητα κινητήρα) θα καθορίσει, εκτός από την τιμή της συχνότητας, και την τιμή της τάσης που παρέχεται στους ακροδέκτες της ηλεκτρικής μηχανής.

Οι χειριστές και οι τεχνικοί μπορούν να επιλέξουν το επιθυμητό μοτίβο ελέγχου U/F με μία παράμετρο σε έναν σύγχρονο μετατροπέα συχνότητας. Τα προεγκατεστημένα πρότυπα είναι ήδη βελτιστοποιημένα για συγκεκριμένες εφαρμογές. Υπάρχουν επίσης ευκαιρίες να δημιουργήσετε τα δικά σας πρότυπα που θα βελτιστοποιηθούν για μια συγκεκριμένη κίνηση μεταβλητής συχνότητας ή σύστημα ηλεκτροκινητήρα.

Συσκευές όπως ανεμιστήρες ή αντλίες έχουν ροπή φορτίου που εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής τους. Η μεταβλητή ροπή (εικόνα παραπάνω) του σχεδίου U/F αποτρέπει σφάλματα ελέγχου και βελτιώνει την απόδοση. Αυτό το μοντέλο ελέγχου μειώνει τα ρεύματα μαγνήτισης σε χαμηλές συχνότητες μειώνοντας την τάση στο ηλεκτρικό μηχάνημα.

Μηχανισμοί σταθερής ροπής, όπως μεταφορείς, εξωθητές και άλλος εξοπλισμός χρησιμοποιούν μια μέθοδο ελέγχου σταθερής ροπής. Με σταθερό φορτίο, απαιτείται πλήρες ρεύμα μαγνήτισης σε όλες τις ταχύτητες. Αντίστοιχα, το χαρακτηριστικό έχει ευθεία κλίση σε όλο το εύρος στροφών.

Μέθοδος ελέγχου U/F με κωδικοποιητή

Εάν είναι απαραίτητο να αυξηθεί η ακρίβεια του ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής, προστίθεται ένας κωδικοποιητής στο σύστημα ελέγχου. Η εισαγωγή της ανάδρασης ταχύτητας με χρήση κωδικοποιητή σάς επιτρέπει να αυξήσετε την ακρίβεια ελέγχου στο 0,03%. Η τάση εξόδου θα εξακολουθεί να καθορίζεται από το καθορισμένο μοτίβο U/F.

Αυτή η μέθοδος ελέγχου δεν χρησιμοποιείται ευρέως, καθώς τα πλεονεκτήματα που παρέχει σε σύγκριση με τις τυπικές λειτουργίες U/F είναι ελάχιστα. Η ροπή εκκίνησης, η ταχύτητα απόκρισης και το εύρος ελέγχου ταχύτητας είναι όλα πανομοιότυπα με τα τυπικά U/F. Επιπλέον, όταν αυξάνονται οι συχνότητες λειτουργίας, ενδέχεται να προκύψουν προβλήματα με τη λειτουργία του κωδικοποιητή, καθώς έχει περιορισμένο αριθμό στροφών.

Διανυσματικός έλεγχος ανοιχτού βρόχου

Ο διανυσματικός έλεγχος ανοιχτού βρόχου (VC) χρησιμοποιείται για ευρύτερο και πιο δυναμικό έλεγχο ταχύτητας μιας ηλεκτρικής μηχανής. Κατά την εκκίνηση από έναν μετατροπέα συχνότητας, οι ηλεκτροκινητήρες μπορούν να αναπτύξουν ροπή εκκίνησης 200% της ονομαστικής ροπής σε συχνότητα μόνο 0,3 Hz. Αυτό επεκτείνει σημαντικά τη λίστα των μηχανισμών όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ασύγχρονη ηλεκτρική κίνηση με διανυσματικό έλεγχο. Αυτή η μέθοδος σας επιτρέπει επίσης να ελέγχετε τη ροπή του μηχανήματος και στα τέσσερα τεταρτημόρια.

Η ροπή περιορίζεται από τον κινητήρα. Αυτό είναι απαραίτητο για την αποφυγή ζημιών σε εξοπλισμό, μηχανήματα ή προϊόντα. Η τιμή των ροπών διαιρείται σε τέσσερα διαφορετικά τεταρτημόρια, ανάλογα με την φορά περιστροφής της ηλεκτρικής μηχανής (εμπρός ή πίσω) και ανάλογα με το αν ο ηλεκτροκινητήρας εφαρμόζει . Μπορούν να οριστούν όρια για κάθε τεταρτημόριο ξεχωριστά ή ο χρήστης μπορεί να ορίσει τη συνολική ροπή στον μετατροπέα συχνότητας.

Η λειτουργία κινητήρα μιας ασύγχρονης μηχανής θα παρέχεται έτσι ώστε το μαγνητικό πεδίο του ρότορα να υστερεί σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα. Εάν το μαγνητικό πεδίο του ρότορα αρχίσει να ξεπερνά το μαγνητικό πεδίο του στάτορα, τότε το μηχάνημα θα εισέλθει σε λειτουργία αναγεννητικής πέδησης με απελευθέρωση ενέργειας, με άλλα λόγια, ο ασύγχρονος κινητήρας θα μεταβεί σε λειτουργία γεννήτριας.

Για παράδειγμα, μια μηχανή κάλυψης φιάλης μπορεί να χρησιμοποιεί περιορισμό ροπής στο τεταρτημόριο 1 (προς τα εμπρός με θετική ροπή) για να αποτρέψει την υπερβολική σύσφιξη του πώματος της φιάλης. Ο μηχανισμός κινείται προς τα εμπρός και χρησιμοποιεί τη θετική ροπή για να σφίξει το καπάκι της φιάλης. Αλλά μια συσκευή όπως ένας ανελκυστήρας με αντίβαρο βαρύτερο από το άδειο θάλαμο θα χρησιμοποιεί το τεταρτημόριο 2 (αντίστροφη περιστροφή και θετική ροπή). Εάν η καμπίνα ανέβει στον τελευταίο όροφο, τότε η ροπή θα είναι αντίθετη από την ταχύτητα. Αυτό είναι απαραίτητο για να περιοριστεί η ταχύτητα ανύψωσης και να αποτραπεί η ελεύθερη πτώση του αντίβαρου, καθώς είναι βαρύτερο από την καμπίνα.

Η ανάδραση ρεύματος σε αυτούς τους μετατροπείς συχνότητας σάς επιτρέπει να ορίσετε όρια στη ροπή και το ρεύμα του ηλεκτροκινητήρα, καθώς καθώς αυξάνεται το ρεύμα, αυξάνεται και η ροπή. Η τάση εξόδου του μετατροπέα μπορεί να αυξηθεί εάν ο μηχανισμός απαιτεί περισσότερη ροπή ή να μειωθεί εάν επιτευχθεί η μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή του. Αυτό καθιστά την αρχή ελέγχου διανυσμάτων μιας ασύγχρονης μηχανής πιο ευέλικτη και δυναμική σε σύγκριση με την αρχή U/F.

Επίσης, οι μετατροπείς συχνότητας με διανυσματικό έλεγχο και ανοιχτό βρόχο έχουν ταχύτερη απόκριση ταχύτητας 10 Hz, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση του σε μηχανισμούς με φορτία κρούσης. Για παράδειγμα, στους βραχοθραυστήρες, το φορτίο αλλάζει συνεχώς και εξαρτάται από τον όγκο και τις διαστάσεις του πετρώματος που επεξεργάζεται.

Σε αντίθεση με το μοτίβο ελέγχου U/F, ο διανυσματικός έλεγχος χρησιμοποιεί έναν διανυσματικό αλγόριθμο για τον προσδιορισμό της μέγιστης αποτελεσματικής τάσης λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα.

Ο διανυσματικός έλεγχος της VU επιλύει αυτό το πρόβλημα λόγω της παρουσίας ανάδρασης στο ρεύμα του κινητήρα. Κατά κανόνα, η ανάδραση ρεύματος δημιουργείται από τους εσωτερικούς μετασχηματιστές ρεύματος του ίδιου του μετατροπέα συχνότητας. Χρησιμοποιώντας την λαμβανόμενη τιμή ρεύματος, ο μετατροπέας συχνότητας υπολογίζει τη ροπή και τη ροή της ηλεκτρικής μηχανής. Το βασικό διάνυσμα ρεύματος κινητήρα χωρίζεται μαθηματικά σε ένα διάνυσμα ρεύματος μαγνήτισης (I d) και ροπής (I q).

Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα και τις παραμέτρους της ηλεκτρικής μηχανής, ο μετατροπέας υπολογίζει τα διανύσματα του ρεύματος μαγνήτισης (I d) και της ροπής (I q). Για να επιτευχθεί η μέγιστη απόδοση, ο μετατροπέας συχνότητας πρέπει να διατηρεί τα Id και I q διαχωρισμένα κατά γωνία 90 0. Αυτό είναι σημαντικό γιατί sin 90 0 = 1, και η τιμή 1 αντιπροσωπεύει τη μέγιστη τιμή ροπής.

Γενικά, ο διανυσματικός έλεγχος ενός επαγωγικού κινητήρα παρέχει αυστηρότερο έλεγχο. Η ρύθμιση ταχύτητας είναι περίπου ±0,2% της μέγιστης συχνότητας και το εύρος ρύθμισης φτάνει το 1:200, το οποίο μπορεί να διατηρήσει τη ροπή όταν λειτουργεί σε χαμηλές ταχύτητες.

Διανυσματικός έλεγχος ανάδρασης

Ο διανυσματικός έλεγχος ανάδρασης χρησιμοποιεί τον ίδιο αλγόριθμο ελέγχου με το VAC ανοιχτού βρόχου. Η κύρια διαφορά είναι η παρουσία ενός κωδικοποιητή, ο οποίος επιτρέπει στον οδηγό μεταβλητής συχνότητας να αναπτύξει 200% ροπή εκκίνησης στις 0 σ.α.λ. Αυτό το σημείο είναι απλώς απαραίτητο για τη δημιουργία μιας αρχικής στιγμής κατά την απομάκρυνση από ανελκυστήρες, γερανούς και άλλα ανυψωτικά μηχανήματα, προκειμένου να αποφευχθεί η καθίζηση του φορτίου.

Η παρουσία ενός αισθητήρα ανάδρασης ταχύτητας σάς επιτρέπει να αυξήσετε τον χρόνο απόκρισης του συστήματος σε περισσότερο από 50 Hz, καθώς και να επεκτείνετε το εύρος ελέγχου ταχύτητας σε 1:1500. Επίσης, η παρουσία ανάδρασης σάς επιτρέπει να ελέγχετε όχι την ταχύτητα της ηλεκτρικής μηχανής, αλλά τη ροπή. Σε ορισμένους μηχανισμούς, είναι η τιμή της ροπής που έχει μεγάλη σημασία. Για παράδειγμα, μηχανή περιέλιξης, μηχανισμοί απόφραξης και άλλα. Σε τέτοιες συσκευές είναι απαραίτητο να ρυθμίζεται η ροπή του μηχανήματος.

Κύρια ιδέα διανυσματικός έλεγχοςείναι ο έλεγχος όχι μόνο του μεγέθους και της συχνότητας της τάσης τροφοδοσίας, αλλά και της φάσης. Με άλλα λόγια, το μέγεθος και η γωνία του χωρικού διανύσματος ελέγχονται. Ο διανυσματικός έλεγχος έχει υψηλότερη απόδοση σε σύγκριση με. Ο διανυσματικός έλεγχος εξαλείφει σχεδόν όλα τα μειονεκτήματα του βαθμωτού ελέγχου.

Πλεονεκτήματα του διανυσματικού ελέγχου:
• υψηλή ακρίβεια ελέγχου ταχύτητας.
• ομαλή εκκίνηση και ομαλή περιστροφή του κινητήρα σε όλο το εύρος συχνοτήτων.
• γρήγορη απόκριση στις αλλαγές φορτίου: όταν αλλάζει το φορτίο, πρακτικά δεν υπάρχει αλλαγή στην ταχύτητα.
• αυξημένο εύρος ελέγχου και ακρίβεια ελέγχου.
• οι απώλειες λόγω θέρμανσης και μαγνήτισης μειώνονται και .

Τα μειονεκτήματα του διανυσματικού ελέγχου περιλαμβάνουν:
• την ανάγκη ορισμού παραμέτρων·
• μεγάλες διακυμάνσεις ταχύτητας σε σταθερό φορτίο.
• υψηλή υπολογιστική πολυπλοκότητα.

Γενικό λειτουργικό διάγραμμα ελέγχου διανυσμάτων

Το γενικό μπλοκ διάγραμμα ενός συστήματος ελέγχου ταχύτητας AC υψηλής απόδοσης φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Η βάση του κυκλώματος είναι η σύνδεση μαγνητικής ροής και τα κυκλώματα ελέγχου ροπής μαζί με μια μονάδα αξιολόγησης, η οποία μπορεί να υλοποιηθεί με διάφορους τρόπους. Σε αυτή την περίπτωση, ο εξωτερικός βρόχος ελέγχου ταχύτητας είναι σε μεγάλο βαθμό ενοποιημένος και παράγει σήματα ελέγχου για τους ελεγκτές ροπής M * και τη σύνδεση μαγνητικής ροής Ψ * (μέσω της μονάδας ελέγχου ροής). Η ταχύτητα του κινητήρα μπορεί να μετρηθεί από έναν αισθητήρα (ταχύτητας/θέσης) ή να ληφθεί μέσω ενός εκτιμητή που επιτρέπει την υλοποίηση.

Ταξινόμηση μεθόδων ελέγχου διανυσμάτων

Από τη δεκαετία του εβδομήντα του εικοστού αιώνα, έχουν προταθεί πολλές μέθοδοι ελέγχου της ροπής. Δεν χρησιμοποιούνται όλα ευρέως στη βιομηχανία. Επομένως, αυτό το άρθρο εξετάζει μόνο τις πιο δημοφιλείς μεθόδους διαχείρισης. Οι μέθοδοι ελέγχου ροπής που συζητήθηκαν παρουσιάζονται για συστήματα ελέγχου με ημιτονοειδές οπίσθιο EMF.

Οι υπάρχουσες μέθοδοι ελέγχου ροπής μπορούν να ταξινομηθούν με διάφορους τρόπους.

Τις περισσότερες φορές, οι μέθοδοι ελέγχου ροπής χωρίζονται στις ακόλουθες ομάδες:
• γραμμικοί ρυθμιστές (PI, PID).
• μη γραμμικοί ρυθμιστές (υστέρησης).

Σημείωμα:

1. Χωρίς σχόλια.
2. Με ανατροφοδότηση.
3. Σε σταθερή κατάσταση

Μεταξύ των διανυσματικών ελέγχων, τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είναι (FOC - field oriented control) και (DTC - direct torque control).

Γραμμικοί ρυθμιστές ροπής

Οι γραμμικοί ελεγκτές ροπής λειτουργούν σε συνδυασμό με τη διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM) της τάσης. Οι ρυθμιστές καθορίζουν το απαιτούμενο διάνυσμα τάσης στάτη που υπολογίζεται κατά μέσο όρο κατά την περίοδο δειγματοληψίας. Το διάνυσμα τάσης τελικά συντίθεται με τη μέθοδο PWM, στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται διαμόρφωση διανύσματος χώρου (SVM). Σε αντίθεση με τα μη γραμμικά κυκλώματα ελέγχου ροπής, όπου τα σήματα επεξεργάζονται με στιγμιαίες τιμές, στα κυκλώματα γραμμικού ελέγχου ροπής, ένας γραμμικός ελεγκτής (PI) λειτουργεί με τιμές που υπολογίζονται κατά μέσο όρο κατά την περίοδο δειγματοληψίας. Επομένως, η συχνότητα δειγματοληψίας μπορεί να μειωθεί από 40 kHz σε μη γραμμικά κυκλώματα ελεγκτή ροπής σε 2-5 kHz σε κυκλώματα γραμμικού ελεγκτή ροπής.

Έλεγχος με προσανατολισμό πεδίου

Έλεγχος με προσανατολισμό πεδίου(POA, English field oriented control, FOC) είναι μια μέθοδος ελέγχου που ελέγχει ένα εναλλασσόμενο ρεύμα χωρίς ψήκτρες (,) όπως ένα μηχάνημα συνεχούς ρεύματος με ανεξάρτητη διέγερση, πράγμα που σημαίνει ότι το πεδίο και μπορεί να ελεγχθεί χωριστά.

Ο έλεγχος πεδίου, που προτάθηκε το 1970 από τους Blaschke και Hasse, βασίζεται σε μια αναλογία με τον μηχανικά μεταγωγή ελέγχου. Σε αυτόν τον κινητήρα, οι περιελίξεις πεδίου και οπλισμού διαχωρίζονται, η σύνδεση ροής ελέγχεται από το ρεύμα πεδίου και η ροπή ελέγχεται ανεξάρτητα από τη ρύθμιση ρεύματος. Έτσι, η σύνδεση ροής και τα ρεύματα ροπής διαχωρίζονται ηλεκτρικά και μαγνητικά.

Γενικό λειτουργικό διάγραμμα ελέγχου πεδίου χωρίς αισθητήρα 1

Από την άλλη πλευρά, οι κινητήρες AC χωρίς ψήκτρες ( , ) έχουν συνήθως τριφασική περιέλιξη στάτορα και το διάνυσμα ρεύματος στάτη I s χρησιμοποιείται για τον έλεγχο τόσο της ροής όσο και της ροπής. Έτσι, το ρεύμα πεδίου και το ρεύμα οπλισμού συγχωνεύτηκανστο διάνυσμα ρεύματος στάτη και δεν μπορεί να ελεγχθεί χωριστά. Η αποσύνδεση μπορεί να επιτευχθεί μαθηματικά - αποσυνθέτοντας τη στιγμιαία τιμή του διανύσματος ρεύματος στάτη I s σε δύο συνιστώσες: τη διαμήκη συνιστώσα του ρεύματος του στάτη I sd (δημιουργώντας το πεδίο) και την εγκάρσια συνιστώσα του ρεύματος του στάτη I sq (δημιουργία ροπής) σε ένα περιστρεφόμενο σύστημα συντεταγμένων dq προσανατολισμένο κατά μήκος του πεδίου του δρομέα (R -FOC – έλεγχος προσανατολισμένο στη ροή του δρομέα) - εικόνα παραπάνω. Έτσι, ο έλεγχος ενός κινητήρα AC χωρίς ψήκτρες γίνεται πανομοιότυπος με τον έλεγχο και μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα PWM με γραμμικό ρυθμιστή PI και διαμόρφωση τάσης διανύσματος χώρου.

Στον έλεγχο πεδίου, η ροπή και το πεδίο ελέγχονται έμμεσα ελέγχοντας τα στοιχεία του διανύσματος ρεύματος στάτη.

Οι στιγμιαίες τιμές των ρευμάτων του στάτη μετατρέπονται στο σύστημα περιστρεφόμενων συντεταγμένων dq χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό Park αβ/dq, ο οποίος απαιτεί επίσης πληροφορίες σχετικά με τη θέση του ρότορα. Το πεδίο ελέγχεται μέσω της συνιστώσας του διαμήκους ρεύματος I sd , ενώ η ροπή ελέγχεται μέσω της συνιστώσας εγκάρσιου ρεύματος I sq . Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Park (dq/αβ), μια μονάδα μαθηματικού μετασχηματισμού συντεταγμένων, επιτρέπει σε κάποιον να υπολογίσει τις συνιστώσες αναφοράς του διανύσματος τάσης V sα * και V sβ * .

Για τον προσδιορισμό της θέσης του ρότορα, χρησιμοποιείται είτε ένας αισθητήρας θέσης ρότορα εγκατεστημένο στον ηλεκτροκινητήρα είτε ένας αλγόριθμος ελέγχου χωρίς αισθητήρα που εφαρμόζεται στο σύστημα ελέγχου, ο οποίος υπολογίζει πληροφορίες για τη θέση του ρότορα σε πραγματικό χρόνο με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα στο σύστημα ελέγχου.

Ένα μπλοκ διάγραμμα άμεσου ελέγχου ροπής με διαμόρφωση διανύσματος χώρου με ρύθμιση σύνδεσης ροπής και ροής με ανάδραση που λειτουργεί σε ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων προσανατολισμένο κατά μήκος του πεδίου του στάτορα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Οι έξοδοι των ελεγκτών σύνδεσης ροπής και ροής PI ερμηνεύονται ως τα στοιχεία αναφοράς της τάσης στάτη V ψ * και V M * στο σύστημα συντεταγμένων dq προσανατολισμένο κατά μήκος του πεδίου του στάτορα (αγγλ. έλεγχος ροής στάτορα, S-FOC). Αυτές οι εντολές (σταθερές τάσεις) στη συνέχεια μετατρέπονται σε ένα σταθερό σύστημα συντεταγμένων αβ, μετά το οποίο οι τιμές ελέγχου V sα * και V sβ * αποστέλλονται στη μονάδα διαμόρφωσης διανύσματος χώρου.

Λειτουργικό διάγραμμα άμεσου ελέγχου ροπής με διανυσματική διαμόρφωση τάσης

Λάβετε υπόψη ότι αυτό το κύκλωμα μπορεί να θεωρηθεί ως απλοποιημένος έλεγχος πεδίου στάτορα (S-FOC) χωρίς βρόχο ελέγχου ρεύματος ή ως κλασικό κύκλωμα (PUM-TV, αγγλικός πίνακας μεταγωγής DTC, ST DTC) στο οποίο βρίσκεται ο πίνακας μεταγωγής αντικαθίσταται από έναν διαμορφωτή (SVM ) και ο ελεγκτής υστερητικής ροπής και ροής αντικαθίσταται από γραμμικούς ελεγκτές PI.

Στον άμεσο έλεγχο ροπής με διαμόρφωση διανύσματος χώρου (DTC-FCM), η σύνδεση ροπής και ροής ελέγχονται άμεσα σε έναν κλειστό βρόχο, επομένως είναι απαραίτητη η ακριβής εκτίμηση της ροής και της ροπής του κινητήρα. Σε αντίθεση με τον κλασικό αλγόριθμο υστέρησης, λειτουργεί με σταθερή συχνότητα μεταγωγής. Αυτό βελτιώνει σημαντικά την απόδοση του συστήματος ελέγχου: μειώνει τη ροπή και τους παλμούς ροής, επιτρέποντάς σας να εκκινείτε με σιγουριά τον κινητήρα και να λειτουργείτε σε χαμηλές στροφές. Ταυτόχρονα όμως μειώνονται τα δυναμικά χαρακτηριστικά της μονάδας.

Μη γραμμικοί ελεγκτές ροπής

Η παρουσιαζόμενη ομάδα ελεγκτών ροπής ξεφεύγει από την ιδέα του μετασχηματισμού συντεταγμένων και του ελέγχου κατ' αναλογία με έναν βουρτσισμένο κινητήρα συνεχούς ρεύματος, που αποτελεί τη βάση. Οι μη γραμμικοί ρυθμιστές προτείνουν την αντικατάσταση του ξεχωριστού ελέγχου με συνεχή έλεγχο (υστέρηση), ο οποίος αντιστοιχεί στην ιδεολογία λειτουργίας (on-off) των συσκευών ημιαγωγών του μετατροπέα.

Σε σύγκριση με τον έλεγχο πεδίου, τα συστήματα άμεσου ελέγχου ροπής έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

Φόντα:
• απλό σύστημα ελέγχου.
• δεν υπάρχουν κυκλώματα ρεύματος ή έλεγχος συνεχούς ρεύματος.
• δεν απαιτείται μετασχηματισμός συντεταγμένων.
• δεν υπάρχει ξεχωριστή διαμόρφωση τάσης.
• δεν απαιτείται αισθητήρας θέσης.
• καλή δυναμική.

Ελαττώματα:
• απαιτείται ακριβής εκτίμηση του διανύσματος σύνδεσης μαγνητικής ροής του στάτη και της ροπής.
• ισχυροί κυματισμοί ροπής και ρεύματος λόγω του μη γραμμικού ρυθμιστή (υστέρηση) και της μεταβλητής συχνότητας μεταγωγής των διακοπτών.
• θόρυβος με ευρύ φάσμα λόγω μεταβλητής συχνότητας μεταγωγής.

Άμεσος έλεγχος ροπής

Η μέθοδος άμεσου ελέγχου ροπής με πίνακα συμπερίληψης περιγράφηκε για πρώτη φορά από τους Takahashi και Noguchi σε μια εργασία IEEJ που παρουσιάστηκε τον Σεπτέμβριο του 1984 και αργότερα σε μια εργασία IEEE που δημοσιεύθηκε τον Σεπτέμβριο του 1986. Ο σχεδιασμός της κλασικής μεθόδου άμεσου ελέγχου ροπής (DTC) είναι πολύ απλούστερος από αυτόν της μεθόδου ελέγχου πεδίου (), καθώς δεν απαιτεί μετασχηματισμό συστημάτων συντεταγμένων και μέτρηση της θέσης του ρότορα. Το διάγραμμα της μεθόδου άμεσου ελέγχου ροπής (σχήμα παρακάτω) περιέχει έναν εκτιμητή ροής ροπής και στάτορα, συγκριτές ροπής υστέρησης και ροής, έναν πίνακα μεταγωγής και έναν μετατροπέα.

Αρχή της μεθόδου άμεσος έλεγχος ροπήςσυνίσταται στην επιλογή ενός διανύσματος τάσης για ταυτόχρονο έλεγχο τόσο της σύνδεσης της ροπής όσο και της ροής του στάτη. Τα μετρούμενα ρεύματα στάτη και οι τάσεις του μετατροπέα χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της σύνδεσης ροής και της ροπής. Οι εκτιμώμενες τιμές της σύνδεσης και της ροπής ροής στάτη συγκρίνονται με τα σήματα ελέγχου της σύνδεσης ροής στάτη ψ s * και της ροπής κινητήρα M *, αντίστοιχα, μέσω ενός συγκριτή υστέρησης. Το απαιτούμενο διάνυσμα τάσης ελέγχου ηλεκτροκινητήρα επιλέγεται από τον πίνακα συμπερίληψης με βάση τα ψηφιοποιημένα σφάλματα σύνδεσης ροής d Ψ και τη ροπή d M που δημιουργούνται από συγκριτές υστέρησης, καθώς και με βάση τον τομέα θέσης του διανύσματος σύνδεσης ροής στάτη που λαμβάνεται με βάση τη γωνιακή του θέση . Έτσι, οι παλμοί S A, S B και SC για τον έλεγχο των διακοπτών ισχύος του μετατροπέα παράγονται επιλέγοντας ένα διάνυσμα από τον πίνακα.

Κλασικό κύκλωμα άμεσου ελέγχου ροπής με πίνακα μεταγωγής με αισθητήρα ταχύτητας

Υπάρχουν πολλές παραλλαγές του κλασικού κυκλώματος που έχουν σχεδιαστεί για τη βελτίωση των συνθηκών εκκίνησης, υπερφόρτωσης, λειτουργίας πολύ χαμηλής ταχύτητας, μείωσης του κυματισμού ροπής, λειτουργίας σε μεταβλητές συχνότητες μεταγωγής και μείωσης των επιπέδων θορύβου.

Το μειονέκτημα της κλασικής μεθόδου άμεσου ελέγχου της ροπής είναι η παρουσία κυματισμών υψηλού ρεύματος ακόμη και σε σταθερή κατάσταση. Το πρόβλημα εξαλείφεται αυξάνοντας τη συχνότητα λειτουργίας του μετατροπέα πάνω από 40 kHz, γεγονός που αυξάνει το συνολικό κόστος του συστήματος ελέγχου.

Άμεση αυτοδιοίκηση

Μια αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη μέθοδο της άμεσης αυτοδιοίκησης κατατέθηκε από τον Depenbrock τον Οκτώβριο του 1984. Το μπλοκ διάγραμμα της άμεσης αυτοδιοίκησης φαίνεται παρακάτω.

Με βάση τις εντολές σύνδεσης ροής στάτη ψ s * και τα στοιχεία της τρέχουσας φάσης ψ sA , ψ sB και ψ sC , οι συγκριτές σύνδεσης ροής παράγουν ψηφιακά σήματα d A , d B και d C , τα οποία αντιστοιχούν στις καταστάσεις ενεργού τάσης (V 1 – V 6). Ο ελεγκτής υστερητικής ροπής έχει ένα σήμα εξόδου d M, το οποίο καθορίζει τις μηδενικές καταστάσεις. Έτσι, ο ρυθμιστής σύνδεσης ροής στάτη ορίζει το χρονικό διάστημα των καταστάσεων ενεργής τάσης που μετακινούν το διάνυσμα σύνδεσης ροής στάτη κατά μήκος μιας δεδομένης διαδρομής και ο ρυθμιστής ροπής καθορίζει το χρονικό διάστημα των καταστάσεων μηδενικής τάσης που διατηρούν τη ροπή του ηλεκτροκινητήρα σε μια ανοχή πεδίο που καθορίζεται από υστέρηση.

Σχέδιο άμεσης αυτοδιοίκησης

Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του συστήματος άμεσης αυτοδιοίκησης είναι:
• μη ημιτονοειδείς μορφές σύνδεσης ροής και ρεύματος στάτη.
• το διάνυσμα σύνδεσης ροής στάτη κινείται κατά μήκος μιας εξαγωνικής τροχιάς.
• δεν υπάρχει απόθεμα τάσης τροφοδοσίας, οι δυνατότητες του μετατροπέα χρησιμοποιούνται πλήρως.
• η συχνότητα μεταγωγής του μετατροπέα είναι χαμηλότερη από αυτή του άμεσου ελέγχου ροπής με πίνακα μεταγωγής.
• εξαιρετική δυναμική στις σταθερές και εξασθενημένες περιοχές πεδίου.

Σημειώστε ότι η απόδοση της μεθόδου άμεσου αυτοελέγχου μπορεί να αναπαραχθεί χρησιμοποιώντας το κύκλωμα σε πλάτος υστέρησης ροής 14%.

Η πιο γνωστή μέθοδος εξοικονόμησης ενέργειας είναι η μείωση της ταχύτητας του κινητήρα AC. Δεδομένου ότι η ισχύς είναι ανάλογη με τον κύβο της ταχύτητας του άξονα, μια μικρή μείωση της ταχύτητας μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας. Όλοι καταλαβαίνουν πόσο σημαντικό είναι αυτό για την παραγωγή. Πώς όμως να επιτευχθεί αυτό; Θα απαντήσουμε σε αυτήν και σε άλλες ερωτήσεις, αλλά πρώτα, ας μιλήσουμε για τους τύπους ελέγχου των ασύγχρονων κινητήρων.

Η ηλεκτρική κίνηση AC είναι ένα ηλεκτρομηχανικό σύστημα που χρησιμεύει ως βάση για τις περισσότερες τεχνολογικές διεργασίες. Ένας σημαντικός ρόλος σε αυτό ανήκει στον μετατροπέα συχνότητας (FC), ο οποίος παίζει το κύριο "παιχνίδι του κύριου βιολιού του ντουέτου" - τον ασύγχρονο κινητήρα (IM).

Λίγο στοιχειώδης φυσική

Από το σχολείο, έχουμε μια ξεκάθαρη ιδέα ότι η τάση είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων και η συχνότητα είναι μια τιμή ίση με τον αριθμό των περιόδων που το ρεύμα καταφέρνει να περάσει κυριολεκτικά σε ένα δευτερόλεπτο.

Ως μέρος της τεχνολογικής διαδικασίας, είναι συχνά απαραίτητη η αλλαγή των παραμέτρων λειτουργίας του δικτύου. Για το σκοπό αυτό, υπάρχουν μετατροπείς συχνότητας: βαθμωτοί και διανυσματικοί. Γιατί λέγονται έτσι; Ας ξεκινήσουμε από το γεγονός ότι τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε τύπου γίνονται ξεκάθαρα από το όνομά τους. Ας θυμηθούμε τα βασικά της στοιχειώδους φυσικής και ας επιτρέψουμε στους εαυτούς μας να ονομάσουμε το IF μικρότερο για απλότητα. Το "Vectornik" έχει μια συγκεκριμένη κατεύθυνση και υπακούει στους κανόνες των διανυσμάτων. Το "Scalarnik" δεν έχει τίποτα από αυτά, επομένως ο αλγόριθμος για τον έλεγχό του είναι φυσικά πολύ απλός. Φαίνεται ότι τα ονόματα έχουν αποφασιστεί. Τώρα ας μιλήσουμε για το πώς σχετίζονται μεταξύ τους διάφορα φυσικά μεγέθη από μαθηματικούς τύπους.

Θυμάστε ότι μόλις μειώνεται η ταχύτητα, αυξάνεται η ροπή και το αντίστροφο; Αυτό σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η περιστροφή του ρότορα, τόσο μεγαλύτερη θα περνάει η ροή μέσω του στάτορα και, κατά συνέπεια, θα προκληθεί μεγαλύτερη τάση.

Η ίδια αρχή βρίσκεται στην αρχή της λειτουργίας στα συστήματα που εξετάζουμε, μόνο στο «σκαλάρι» ελέγχεται το μαγνητικό πεδίο του στάτορα και στο «διάνυσμα» η αλληλεπίδραση των μαγνητικών πεδίων του στάτορα και του ρότορα παίζει ένα Στην τελευταία περίπτωση, η τεχνολογία καθιστά δυνατή τη βελτίωση των τεχνικών παραμέτρων της λειτουργίας του συστήματος πρόωσης.

Τεχνικές διαφορές μεταξύ μετατροπέων

Υπάρχουν πολλές διαφορές, ας επισημάνουμε τις πιο βασικές και χωρίς επιστημονικό πλέγμα λέξεων. Για έναν οδηγό συχνότητας βαθμωτών (χωρίς αισθητήρα), η σχέση U/F είναι γραμμική και το εύρος ελέγχου ταχύτητας είναι αρκετά μικρό. Παρεμπιπτόντως, αυτός είναι ο λόγος που στις χαμηλές συχνότητες δεν υπάρχει αρκετή τάση για τη διατήρηση της ροπής και μερικές φορές είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε το χαρακτηριστικό τάσης-συχνότητας (VFC) στις συνθήκες λειτουργίας, το ίδιο συμβαίνει σε μέγιστη συχνότητα πάνω από 50 Hz .

Κατά την περιστροφή του άξονα σε ένα ευρύ φάσμα στροφών και χαμηλών συχνοτήτων, καθώς και κατά την εκπλήρωση των απαιτήσεων για αυτόματο έλεγχο ροπής, χρησιμοποιείται η μέθοδος διανυσματικού ελέγχου με ανάδραση. Αυτό αποκαλύπτει μια άλλη διαφορά: ο βαθμωτός συνήθως δεν έχει τέτοια ανατροφοδότηση.

Ποιες καταστάσεις έκτακτης ανάγκης να επιλέξετε; Η εφαρμογή μιας ή άλλης συσκευής καθοδηγείται κυρίως από το εύρος χρήσης της ηλεκτρικής κίνησης. Ωστόσο, σε ειδικές περιπτώσεις, η επιλογή του τύπου του μετατροπέα συχνότητας γίνεται χωρίς επιλογή. Πρώτον: υπάρχει μια σαφής, αισθητή διαφορά στην τιμή (οι βαθμωτοί είναι πολύ φθηνότεροι, δεν χρειάζονται ακριβοί πυρήνες υπολογιστών). Ως εκ τούτου, η φθηνότερη παραγωγή μερικές φορές αντισταθμίζει τη διαδικασία λήψης αποφάσεων. Δεύτερον: υπάρχουν τομείς εφαρμογής στους οποίους είναι δυνατή μόνο η χρήση τους, για παράδειγμα, σε γραμμές μεταφοράς, όπου πολλοί ηλεκτρικοί κινητήρες ελέγχονται συγχρόνως από έναν (VFD).

Scalar μέθοδος

Μια ασύγχρονη ηλεκτρική κίνηση με βαθμωτό έλεγχο ταχύτητας (δηλαδή, VFC) παραμένει η πιο κοινή σήμερα. Η βάση της μεθόδου είναι ότι η ταχύτητα του κινητήρα είναι συνάρτηση της συχνότητας εξόδου.

Ο βαθμωτός έλεγχος κινητήρα είναι η βέλτιστη επιλογή για περιπτώσεις όπου δεν υπάρχει μεταβλητό φορτίο και δεν υπάρχει ανάγκη για καλή δυναμική. Το βαθμωτό δεν απαιτεί αισθητήρες για να λειτουργήσει. Όταν χρησιμοποιείται αυτή η μέθοδος, δεν υπάρχει ανάγκη για ακριβό ψηφιακό επεξεργαστή, όπως συμβαίνει με τον διανυσματικό έλεγχο.

Η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνά για τον αυτόματο έλεγχο ανεμιστήρων, συμπιεστών και άλλων μονάδων Εδώ απαιτείται είτε η ταχύτητα περιστροφής του άξονα του κινητήρα να διατηρείται χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα ή έναν άλλο καθορισμένο δείκτη (για παράδειγμα, τη θερμοκρασία του υγρού, ελεγχόμενη. με κατάλληλη συσκευή παρακολούθησης).

Με τον βαθμωτό έλεγχο, η αλλαγή συχνότητας-πλάτους στην τάση τροφοδοσίας προσδιορίζεται από τον τύπο U/fn = const. Αυτό επιτρέπει σταθερή μαγνητική ροή στον κινητήρα. Η μέθοδος είναι αρκετά απλή, εύκολη στην εφαρμογή, αλλά όχι χωρίς κάποια σημαντικά μειονεκτήματα:

• Δεν είναι δυνατός ο ταυτόχρονος έλεγχος της ροπής και της ταχύτητας, επομένως επιλέγεται η τιμή που είναι πιο σημαντική από τεχνολογική άποψη.
• στενή περιοχή ελέγχου στροφών και χαμηλή ροπή σε χαμηλές στροφές.
• κακή απόδοση με δυναμικά μεταβαλλόμενο φορτίο.

Τι είναι η μέθοδος του διανύσματος;

Διανυσματική μέθοδος

Προέκυψε στη διαδικασία βελτίωσης και χρησιμοποιείται όταν είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί η μέγιστη ταχύτητα, η ρύθμιση σε ένα ευρύ φάσμα στροφών και η δυνατότητα ελέγχου της ροπής στον άξονα.

Στα πιο πρόσφατα μοντέλα ηλεκτροκινητήρων, ένα μαθηματικό μοντέλο του κινητήρα εισάγεται στο σύστημα ελέγχου (CS) αυτού του τύπου, το οποίο είναι ικανό να υπολογίζει τη ροπή του κινητήρα και την ταχύτητα περιστροφής του άξονα. Σε αυτή την περίπτωση, απαιτείται μόνο η εγκατάσταση αισθητήρων ρεύματος φάσης στάτη.

Σήμερα έχουν επαρκή αριθμό πλεονεκτημάτων:

• υψηλή ακρίβεια?
• χωρίς τραντάγματα, ομαλή περιστροφή της αρτηριακής πίεσης.
• ευρύ φάσμα κανονισμών·
• γρήγορη απόκριση στις αλλαγές φορτίου.
• διασφαλίζοντας τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα, στον οποίο μειώνονται οι απώλειες λόγω θέρμανσης και μαγνήτισης, και αυτό οδηγεί σε μια αγαπημένη αύξηση της απόδοσης!

Τα πλεονεκτήματα είναι φυσικά προφανή, αλλά η μέθοδος διανυσματικού ελέγχου δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα, όπως η υπολογιστική πολυπλοκότητα και η ανάγκη γνώσης των τεχνικών δεικτών του κινητήρα. Επιπλέον, παρατηρούνται μεγαλύτερα πλάτη διακυμάνσεων της ταχύτητας από ό,τι στο «σκαλάρι» υπό σταθερό φορτίο. Το κύριο καθήκον στην κατασκευή ενός μετατροπέα συχνότητας («διάνυσμα») είναι η παροχή υψηλής ροπής σε χαμηλή ταχύτητα περιστροφής.

Το διάγραμμα ενός διανυσματικού συστήματος ελέγχου με μονάδα διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) μοιάζει κάπως έτσι:

Στο εικονιζόμενο διάγραμμα, το ελεγχόμενο αντικείμενο είναι ένας ασύγχρονος κινητήρας συνδεδεμένος με έναν αισθητήρα (DS) στον άξονα. Τα εικονιζόμενα μπλοκ είναι στην πραγματικότητα σύνδεσμοι στην αλυσίδα του συστήματος ελέγχου που εφαρμόζεται στον ελεγκτή. Το μπλοκ BZP ορίζει τις τιμές των μεταβλητών. Τα λογικά μπλοκ (BRP) και (BVP) ρυθμίζουν και υπολογίζουν τις μεταβλητές της εξίσωσης. Ο ίδιος ο ελεγκτής και άλλα μηχανικά μέρη του συστήματος βρίσκονται στον ηλεκτρικό πίνακα.

Επιλογή με μικροελεγκτή συχνότητας

Ο μετατροπέας συχνότητας ρεύματος/τάσης έχει σχεδιαστεί για ομαλή ρύθμιση βασικών ποσοτήτων, καθώς και άλλων δεικτών λειτουργίας του εξοπλισμού. Λειτουργεί ως «σκαλωτή» και «διάνυσμα» ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα προγραμματισμένα στον ενσωματωμένο μικροελεγκτή. Το τελευταίο είναι τοποθετημένο σε ειδικό πίνακα και αποτελεί έναν από τους κόμβους του δικτύου πληροφοριών του συστήματος αυτοματισμού.

Ο ελεγκτής μπλοκ/μετατροπέας συχνότητας είναι η τελευταία λέξη της τεχνολογίας στο κύκλωμα μαζί τους, χρησιμοποιούνται επαγωγείς, οι οποίοι μειώνουν την ένταση του θορύβου εισόδου. Πρέπει να σημειωθεί ότι στο εξωτερικό δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στην εγχώρια πρακτική, η χρήση φίλτρων ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας εξακολουθεί να παραμένει αδύναμος κρίκος, καθώς δεν υπάρχει καν ένα λογικό ρυθμιστικό πλαίσιο. Χρησιμοποιούμε τα ίδια τα φίλτρα πιο συχνά όπου δεν χρειάζονται, και όπου χρειάζονται πραγματικά, για κάποιο λόγο ξεχνιούνται.

Σύναψη

Το γεγονός είναι ότι ένας ηλεκτροκινητήρας σε κανονική λειτουργία από το δίκτυο τείνει να έχει τυπικές παραμέτρους αυτό δεν είναι πάντα αποδεκτό. Αυτό το γεγονός εξαλείφεται με την εισαγωγή διαφόρων μηχανισμών γραναζιών για τη μείωση της συχνότητας στην απαιτούμενη. Σήμερα, έχουν διαμορφωθεί δύο συστήματα ελέγχου: ένα σύστημα χωρίς αισθητήρες και ένα σύστημα αισθητήρων με ανάδραση. Η κύρια διαφορά τους είναι η ακρίβεια ελέγχου. Το πιο ακριβές, φυσικά, είναι το δεύτερο.

Το υπάρχον πλαίσιο επεκτείνεται με τη χρήση διαφόρων σύγχρονων συστημάτων ελέγχου IM, παρέχοντας βελτιωμένη ποιότητα ρύθμισης και υψηλή ικανότητα υπερφόρτωσης. Αυτοί οι παράγοντες έχουν μεγάλη σημασία για την οικονομική παραγωγή, τη μεγάλη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού και την οικονομική κατανάλωση ενέργειας.