Правильно выбранный способ управления электроприводами переменного тока значительно снижает потребление электроэнергии, повышает к.п.д. и дает ощутимый технический и экономический эффект.
Синхронные и асинхронные машины управляются по 2 основным законам: скалярным и векторным. Суть последнего способа – контроль амплитуды и частоты питающего напряжения как при скалярном управлении, а также фазы. То есть, регулируется не только скалярная величина контролируемых характеристик, но и их векторная составляющая.
Векторный способ позволяет изменять скорость вала и момент одновременно, значительно увеличивает точность регулирования во всем диапазоне, уменьшает потери на намагничивание и нагрев, обеспечивает плавное вращения ротора без рывков на небольших скоростях. Метод также позволяет подстраивать момент на валу при переменной нагрузке без изменения частоты вращения.
На схеме представлена типовая схема векторного управления электроприводом, где:
- АД – электрический двигатель.
- БРП – блок регуляторов суммирования входных сигналов и сигналов обратной связи.
- БВП – блок вычисления и преобразования импульсов обратной связи.
- БЗП – задающий блок.
- ДС – датчик скорости вала электродвигателя.
- АИН ШИМ – блок амплитудно-импульсной или широтно-импульсной модуляции частоты питающего напряжения.
Принцип ее работы основан на контроле сцепления магнитных потоков ротора и статора. На блок регуляторов БРП и поступают заданные сигналы момента и потокосцепления и импульсы с контура обратной связи. Далее в задающем блоке БЗП они преобразуются в импульсы, регулирующие работу ШИМ или АИМ.
На обмотки электродвигателя поступает напряжение заданной частоты и величины. Датчик скорости ДС считает количество оборотов вала ротора в единицу времени и подает сигнал на блок регуляторов БРП. В нем осуществляется суммирование фазовых составляющих заданных сигналов и импульсов обратной связи.
В результате на задающий блок БЗП поступает интегрированный сигнал с учетом фактической скорости и момента на валу электродвигателя.
Классификация методов векторного управления
Со времен появления первых управляемых электроприводов переменного тока было предложено много способов регулирования скорости ротора и момента на валу. Наиболее массовое применение нашли методы линейного и нелинейного регулирования.
Первый способ применяют в схемах с широтно-имульсной модуляцией. При этом вектор напряжения обмоток статора определяется как усредненное значение за период дискретизации.
При линейном регулировании используется пространственно векторная модуляция, регулятор (ПИ) работает с усредненными величинами за период дискретизации сигналов, в то время как нелинейный метод подразумевает обработку мгновенных величин сигналов.
К линейному способу регулирования относятся:
- Полеориентированное управление или ПОУ (англ. FOC ).
- Прямое управление моментом с пространственно-векторной модуляцией напряжения или ПУМ-ПВМ (англ. DTC-SVM ).
- Прямое управление моментом с пространственно векторной модуляцией потока или ПУМ-ПВМП (англ. DTC-FVM).
Обработка средних значений позволяет снизать частоту выборки в линейных схемах до 2-5 кГц. При применении нелинейного метода эта величина составляет до 40 кГц. К таким способам относят:
- Прямое управление моментом с таблицей включения или ПУМ.
- Прямое самоуправление ПСУ.
- Адаптивное прямое управление моментом.
Нелинейное управление позволяет упростить схему, не требует установки датчика положения. Такой способ также отличает отсутствие необходимости выполнять преобразование Парка, отдельную модуляцию напряжения, вводить в топологию контуры тока. Приводы с нелинейным управлением обладают отличными динамическими характеристиками.
К недостаткам метода относят наличие широкоспекторных шумов, значительных пульсаций момента и тока, обусловленных переменной частотой переключения ключей, высокие требования к точности определения вектора магнитного потокосцепления статора и момента.
Полеориентированное управление (ПОУ, FOC )
Полеориентированное управление – метод раздельного контроля магнитного поля и момента. Такой способ применяют в схемах привода с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором (АДКР) и синхронными электрическими машинами на постоянных магнатах (СДПМ). Метод аналогичен управлению электродвигателями постоянного тока с независимым возбуждением и механической коммутацией.
Главная особенность таких машин – разделенные обмотки возбуждения и якоря. Потокосцепление регулируется током возбуждения статора, изменение момента осуществляется регулировкой тока вращающейся части.
Бесщеточные электрические машины с короткозамкнутым ротором и постоянными магнитами имеют 3-фазные обмотки неподвижной части, потокосцепление и момент зависят от величины и фазы тока статора. Токи возбуждения и ротора объединены. Таким образом, их величины и фазы нельзя изменять независимо друг от друга.
Ток в таких двигателях можно разложить на 2 составляющие: продольную Isd и поперечную Isq. От амплитуды и фазы Isd зависит поле, от значений Isq зависит момент на валу.
В такой системе управление двигателем переменного тока аналогично управлению электрической машиной с независимым возбуждением. Регулирование может быть осуществлено инвертором с широтно-импульсным модулятором, пропорционально-интегральным регулятором и пространственно-векторной модуляцией напряжения.
При этом мгновенные значения тока неподвижной части преобразовываются при помощи преобразования Парка для адаптации к системе координат вращения ротора с учетом сигналов датчика положения вращающейся части. Поле изменяется путем регулирования продольной компоненты Isd, момент – регулировкой поперечной составляющей Isq.
Для определения векторов опорных напряжений в схеме применяется вычислительный блок, осуществляющий обратное преобразование Парка.
Для получения данных о положении вала используется датчик, интегрированный в двигатель. Также возможно полеориентированное управление по косвенным данным. В этом случае положение ротора вычисляется на основании сигналов со счетчика оборотов или измерений других параметров.
Прямое управление моментом с пространственно-векторной модуляцией напряжения
Общая схема прямого управления с ПВМН (пространственно-векторной модуляцией напряжения) представлены на рисунке.
Схемы реализованы по подчиненному принципу, то есть внешний контур регулирует момент, внутренний – потокосцепление статора. Вектор управляющего напряжения uz формируется через векторы потокосцепления ψ и момента М, то есть, он состоит из опорных составляющих напряжения статора.
С выхода регулятора момента подается команда на изменения угла положения ротора, частоты его вращения. В таких схемах момент и потокосцепление регулируются в замкнутых контурах напрямую, что предполагает точное определение пространственных величин потока и момента.
Схема с пространственно-векторной модуляцией напряжения работает на постоянной частоте переключений. Это позволяет осуществлять пуск двигателя на низкой скорости, снижает пульсации потока и момента. К недостаткам относятся некоторое ухудшение динамических характеристик.
Нелинейные регуляторы момента
Вторая группа методов векторного управления – нелинейные. В отличие от полеориентированного управления, где используется регулирование по аналогии с коллекторными электрическими машинами постоянного тока с независимым возбуждением, нелинейный способ предлагает непрерывное управление по аналогии с полупроводниковыми устройствами и инверторами.
Прямое управление моментом
Схема прямого управления моментом с таблицей включений была разработана в 1984 году. Суть метода – задание вектора напряжения для одновременного регулирования момента и сцепления магнитных потоков.
Реализация такого способа управления значительно проще схем, ориентированных по полю. При этом отпадает необходимость определять положение вала и преобразовывать неподвижную систем координат во вращающуюся и обратно.
Один из вариантов схем прямого управления моментом с таблицей ограничения включений представлен на рисунке.
Управление осуществляется по двум каналам: частоты вращения, потокосцепления.
На входе есть задатчик интенсивности (ЗИ), который обеспечивает ограничение ускорения при изменении скорости. Это необходимо для снижения тока на инверторе напряжения (АИН). При ускорении ограничитель ЗИ уменьшает значение тока инвертора АИН.
При снижении частоты вращения – рассеивание избыточной мощности или ее возврат в сеть. Как и в системе с пространственной модуляцией для уменьшения перерегулирования на выходе ЗИ нужен апериодический фильтр (Ф).
Пропорционально-интегральный регулятор скорости (РС) дает команду на задание момента, который ограничивается нелинейным звеном насыщения.
Определение потокосцеплений статора и ротора осуществляется в блоке НП (адаптивный наблюдатель). В него поступают сигналы о текущих значениях токов и напряжении статора, которые преобразуются в проекции.
Идентификатор напряжения (ИН) служит для определения фазы напряжения статора по состоянию ключей инвертора и его выходному напряжению. На основании полученных пространственные значений вычисляются координаты векторов, а также величины момента и скорости вращения.
Сигналы задания момента и потокосцепления сравниваются с фактическими текущими значениями. Регуляторы РМ и РП с непрерывными характеристиками определяют величину ошибки и формируют сигнал, поступающий на селективный блок вектора напряжения (СВН), с которого управляются ключи инвертора.
Схема прямого управления моментом с таблицей отключений обеспечивает динамическое изменение момента на малых скоростях, включая нулевую угловую частоту, допустимое отклонение скорости не более 10% без датчика и около 0,01% с датчиком, скорость отработки задания момента не более 2 мс.
Прямое самоуправление моментом
Метод самоуправления отличают хорошие динамические характеристики во всех значениях вектора магнитного поля, относительно невысокая частота переключения ключей инвертора, несинусоидальная форма потокосцепления и тока обмотки неподвижной части двигателя, шестиугольная траектория движения вектора потокосцепления.
Регулятор потокосцепления выдает сигналы dA, dB и dC на основании заданного значения потокосцепления статора ψs и текущих фазовых компонентов ψsA, ψsB и ψsC. Сигналы с регулятора соответствуют напряжениям, подаваемым на инвертор.
Сигнал с регулятора момента dM определяет нулевое состояние напряжения, регулятор потокосцепления – длительность активных состояний.
| Метод управления | Диапазон управления скоростью | Время нарастания момента | Пусковой момент | Стоимость | Погрешность регулирования скорости | Описание |
| Скалярный | 1:10 | Не регулируется | Невысокий | Небольшая | От 5 до 10% | Прост в исполнении, имеет узкий интервал регулирования скорости, значительное время отклика |
| Векторное полеорентированное | Более 1: 400 | 1-2 мс | Высокий | Высокая | Позволяет плавно регулировать момент и частоту вращения вала. Необходимо определение положения ротора | |
| Векторное с пространственно-векторной модуляцией напряжения; | Более 1: 400 | 1-2 мс | Высокий | Высокая | Сочетает достоинства полеориентированного и прямого управления | |
| Прямое с таблицей выключения | Более 1: 400 | Менее 1 мс | Высокий | Высокая | Обладает отличными динамическими параметрами. Недостаток: значительные пульсации момента и тока | |
| Прямое самоуправление | Более 1: 400 | 1-2 мс | Высокий | Высокая | Снижает потери при управлении приводом значительной мощности |
Заключение
Каждый метод управления электроприводом переменного тока имеет свои достоинства и недостатки. Способ выбирают, исходя из технических требований к оборудованию, а также экономических критериев.
Революционная технология бессенсорного векторного управления электродвигателями компании Texas Instruments — InstaSpin-FOC
Название статьи может показаться слишком громким, но компания Texas Instruments, разработав технологию InstaSPIN-FOC (field-oriented control, векторное управление или управление ориентацией поля), действительно привнесла что-то новое в область систем и приложений управления электродвигателями.
Технология представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, которые поддерживают любой тип трехфазных синхронных (BLDC, SPM, IPM) или асинхронных электродвигателей, причем на запуск любого двигателя уйдет не более 5 минут. Благодаря этой технологии управление электродвигателем возможно в широком диапазоне скорости вращения и нагрузки.
И самое главное, при этом вам не нужно быть экспертом в области схем и систем управления электродвигателями.
Метод управления ориентацией поля или векторное управление не является какой-то новой технологией, он известен довольно давно, но до последнего времени его было трудно реализовать на практике.
По существу, система должна регулировать мощность двигателя в зависимости от положения ротора. Положение ротора можно определить с помощью датчиков или используя обратную связь от электронной схемы управления (бессенсорное управление).
Изменяя фазы электродвигателя, можно реализовать управление скоростью вращения и крутящим моментом (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Метод векторного управления трехфазным электродвигателем может быть реализован как с применением датчиков, так и без них. В последнем случае используется обратная связь от электронного блока привода. Это, как правило, требует вычислительных мощностей. |
Векторное управление с применением датчиков, как правило, проще в реализации, но требует использования дополнительных компонентов, проводных интерфейсов и схем согласования, что приводит к росту стоимости конечной системы.
Кроме того, при использовании датчиков в электродвигателях и приводах надежность системы резко снижается, особенно в жестких условиях эксплуатации, где датчики могут выйти из строя или сместиться.
Бессенсорное управление характеризуется более высокой надежностью, но требует значительных вычислительных мощностей, поэтому очень часто такие системы управления дополняются вычислительной техникой. Преимуществом является более низкая стоимость и высокая надежность (Рисунок 2).
 |
|
| Рисунок 2. | Основные недостатки при реализации векторного управления трехфазным электродвигателем с применением датчиков. |
Задача разработчиков систем управления электродвигателями сводится к разработке программного кода, который определяет положение ротора электродвигателя и определяет направление изменения питающего напряжения, подаваемого на двигатель, соответствующего требуемым параметрам вращения.
Это звучит просто, но на самом деле это очень сложная задача, потому что механизм обратной связи, как правило, нелинейный и является функцией нагрузки и скорости вращения.
Производители электродвигателей в спецификациях указывают сотни параметров, которые должны учитываться при разработке схемы управления.
Огромное число переменных часто просто отпугивает разработчиков, а ведь правильное использование информации – это ключ к разработке программного кода, который будет работать во всем диапазоне скоростей, крутящих моментов и ускорений, требуемых во многих приложениях.
Программно-аппаратный комплекс InstaSPIN компании TI решает указанные проблемы сразу по двум направлениям:
- Программный компонент в ПЗУ некоторых микроконтроллеров TI, включая цифровые сигнальные контроллеры из семейства Piccolo F2806x. Это и есть «секретный соус» компании, который предназначен для обработки параметров электродвигателя. Программный алгоритм получил название FAST (Flux, Angle, Speed, Torque – поток, угол, скорость, крутящий момент);
- Программная библиотека поддержки для программного кода, который будет выполняться из Flash-памяти микроконтроллера, а также специализированное ПО для Host устройства, предназначенное для выбора конфигурации и настройки системы.
Для разработки систем управления электродвигателями компания предлагает несколько отладочных наборов: DRV8312-69M-KIT, DRV8301-69M-KIT, TMDSHVMTRINSPIN. Для разработчиков, которые ранее приобрели отладочные наборы для приложений управления электродвигателями, доступен для заказа процессорный модуль TMDSCNCD28069MISO, поддерживающий технологию InstaSPIN-FOC.
Чтобы приступить к разработке приложения разработчик должен подключить электродвигатель к системе InstaSPIN (отладочный набор + программный комплекс MotorWare).
В микроконтроллер загружается специальное приложение, которое совместно с Host-приложением выполнит анализ параметров подключенного электродвигателя.
По завершению автоматического определения параметров будет сгенерирован профиль, который затем будет использоваться приложением для управления электродвигателем (Рисунок 3) .
Процесс анализа занимает около 5 минут, а от пользователя потребуется ввести в программе только значения максимального напряжения и тока для конкретного электродвигателя. В результате мы получаем систему, которая может управлять электродвигателем в диапазоне от статического положения до вращения с любой скоростью в пределах спецификации.
 |
|
| Рисунок 3. | Приложение для персонального компьютера InstaSPIN-FOC потребует знания лишь максимальных значений нескольких параметров электродвигателя, чтобы во время создания профиля не выходить за пределы спецификации. |
После создания профиля разработчик может управлять электродвигателем с помощью логического интерфейса, исключая непосредственное взаимодействие с низкоуровневой аппаратной частью системы.
Кроме того, разработчик может использовать информацию, получаемую системой от двигателя, для определения условий остановки и перегрузки, что позволяет повысить безопасность и надежность системы.
Характеристики системы и подключенного к ней электродвигателя могут быть протестированы разработчиком (Рисунок 4).
| Рисунок 4. | InstaSPIN дает пользователю полное представление о работе системы и профиле электродвигателя. |
Двигатель может управляться и в режиме контроля крутящего момента (Рисунок 5), который полезен для многих приложений. При измерении крутящего момента, как и других параметров, не используются какие-либо датчики: фактически крутящий момент оценивается по обратной связи от двигателя, учитывая напряжение питания и порядок его подачи на обмотки двигателя.
 |
|
| Рисунок 5. | В отличие от других систем управления электродвигателями, которые контролируют только скорость вращения, технология InstaSPIN поддерживает режим контроля крутящего момента. |
Разработчик при желании может изменить или подкорректировать результаты работы процедуры автоматического определения параметров (Рисунок 6).
Это позволяет настроить систему управления с учетом условий работы двигателя, которые могут возникнуть при эксплуатации или при решении такой важной проблемы, как механическая инерция.
Дополнительно, разработчики самостоятельно могут модифицировать любое программное приложение в структуре InstaSPIN, за исключением программных компонентов в ПЗУ микроконтроллера.
 |
|
| Рисунок 6. | Инженеры и разработчики могут воспользоваться расширенными настройками алгоритмов и параметров InstaSPIN. |
Кроме того, компания TI предлагает программное обеспечение PowerWarp, предназначенное для повышения эффективности системы. В ПО используются преимущества программного алгоритма энкодера FAST для отслеживания угла потока ротора.
Этот режим работы подразумевает регулировку тока асинхронного электродвигателя, позволяет снизить энергопотребление и повысить КПД асинхронных электродвигателей при минимальных нагрузках.
Это один из случаев, когда алгоритм FAST применяется для снижения потерь электродвигателя на меди, как в статоре, так и в роторе.
В последнее время разработчики перешли на применение в своих проектах бесколлекторных электродвигателей (BLDC) ввиду простоты управления ими с помощью современных микроконтроллеров.
С точки зрения управления они могут оказаться более эффективными, но все же эффективность трехфазных электродвигателей значительно выше. Для управления бесколлекторными двигателями могут применяться специализированные контроллеры, если это экономически оправдано.
С технологией InstaSPIN стоимость таких систем резко снижается, а потребляемую мощность в сравнении с базовыми тиристорными регуляторами можно снизить до 80%.
Одна из причин разработки компанией TI технологии InstaSPIN – поддержка своих микроконтроллеров. Объектно-ориентированные программные API библиотеки входят в состав программного комплекса MotorWare, и в дальнейшем, помимо микроконтроллеров Piccolo, планируется поддержка и других семейств.
Представленное в статье решение может радикально изменить взгляды разработчиков, как на электродвигатели, так и в целом на системы управления ими. InstaSPIN-FOC позволяет разработчикам с различным уровнем знаний в этой области использовать более эффективные двигатели для широкого спектра приложений.
electronicdesign.com
Векторное управление двигателем алгоритм работы ключей
Главная » Двигатель
Рейтинг статьи Загрузка…
В основе преобразователей частоты Optidrive лежит технология бессенсорного векторного управления, связанная с адаптивной моделью двигателя и специализированной технологии 3GV.
Работа математической модели потока двигателя базируется на данных о величине тока, измеряемого в каждой из фаз двигателя, и уровня рабочего напряжения, выдаваемого цепями ASIC.
В модели автоматически идентифицируются параметры электродвигателя как для бессенсорного векторного режима, так и для скалярного управления, при этом отслеживаются текущие изменения параметров во времени.
Векторное управление основывается на системе координат вектора потока статора, которая слабо восприимчива к небольшим отклонениям в измерениях показателей и параметров двигателя, что упрощает расчеты. Цепи ASIC также осуществляют контроль за обменом информацией по внутренним шинам и отдельными внешними функциями, тем самым высвобождая процессор для решения прочих задач.
Расчеты векторов, выполняемые каждую миллисекунду, основываются на измерении мгновенных значений величин токов в каждой фазе и их фазовых углов. Эти значения затем подаются в модель двигателя для расчета крутящего момента и величины магнитного потока.
В расчетах не используются интегрирующие звенья, которые могут вызывать дополнительную ошибку вследствие неточности в значениях параметров или измерениий, либо изменения параметров двигателя. Величина и направление напряжения в двигателе выдаётся цепями ASIC, что позволяет избежать ошибок при измерениях.
Адаптивная модель также включает в себя характеристики преобразователя и кабеля двигателя, что обеспечивает диагностику состояния электродвигателя в любой момент времени.
Непревзойденные возможности бессенсорного векторного управления потоком обеспечивают высокую динамическую точность управления двигателем, сравнимую с характеристиками управления в замкнутом контуре, практически для всего диапазона скоростей вращения:
— Статическая погрешность скорости: меньше 0.5% — Время отработки заданного значения момента: меньше 10 мс — Отсутствие пульсаций крутящего момента — Высокая устойчивость к резонансным колебаниям — Высокий пусковой момент: 200% (зависит от выбора двигателя / преобразователя) — Высокая пусковой ток: 2.5 x Iн — Возможность использования в составе системного многодвигательного привода
— Высокоскоростные применения, максимальная выходная частота — 2000 Гц (при использовании специальной прикладной программы)
Отсутствие пульсаций крутящего момента снижает нагрузки на механические передачи и прочие компоненты привода.
2. Векторное управление с обратной связью от датчика положения ротора
Управление при полном моменте на нулевой скорости невозможно без обратной связи.
Когда область применения диктует необходимость в высокой точности поддержания скорости с ошибкой менее 0,5 % либо поддержание полного момента для всего диапазона скоростей, обязательным требованием является управление двигателем с использованием датчика обратной связи по скорости вращения. Данные функции реализуются с использованием модуля обратной связи для преобразователей Optidrive Plus и Optidrive P2. Помимо измерения токов в каждой из фаз, что осуществлялось и в Optidrive Plus привод P2 использует значения выходного напряжения совместно со значениями сигнала обратной связи от датчика скорости. Микропроцессор с улучшенными характеристиками, используемый в P2, способен проводить расчеты раз в 150 микросекунд.
Optidrive P2 можно использовать в приложениях, где необходим замкнутый контур регулирования, а также в приложениях с разомкнутым контуром регулирования, где необходимы высокие динамические характеристики. Наиболее типичными задачами, требующими высокой точности управления, являются синхронизация и позиционирование, а также управление группой механизмов в режиме Ведущий / Ведомый.
— Статическая ошибка по скорости: меньше 0,01%, в зависимости от типа импульсного датчика — Ошибка соотношения скоростей: меньше 0,01%, в зависимости от типа импульсного датчика — Измерение выходного напряжения для повышенной точности управления — Использование датчиков скорости с числом импульсов за оборот до 5000 — Уровень напряжения сигнала импульсного датчика — 5, 15 или 24 В, в зависимости от типа платы ввода / вывода — Управление моментом во всем диапазоне скоростей вращения, включая нулевую скорость — Точность поддержания момента: не менее 2% — Пусковой момент: более 200%, в зависимости от выбора двигателя / преобразователя — Возможность полного конфигурирования системы Ведущий / Ведомый — Решение задач позиционирования
— Высокоскоростная шина (12 Мбит/с) для быстрого обмена данными между преобразователями
Как подключить частотный преобразователь, принцип управления электродвигателем через частотник
- 0 commentsПринцип работы 24 октября, 2016
Чтобы подключить частотник к асинхронному трёхфазному двигателю, следует хотя бы на минимальном уровне разбираться в схеме его подключения и принципах работы. Нижеприведённая информация позволяет изучить данную тему.
Принцип управления электродвигателем
Ротор электрического двигателя функционирует благодаря вращению электромагнитных полей под статорной обмоткой. Скорость движения ротора находится в зависимости от промышленной частоты питающей сети.
Стандартное её значение составляет 50Гц и вызывает соответственно пятьдесят колебательных периодов за секунду. На протяжении минуты количество оборотов увеличивается до трёх тысяч. Настолько же часто осуществляются обороты ротора подвергаемого воздействию электромагнитных полей.
При изменении уровня прилагаемой к статору частоты, появляется возможность управления вращательной скоростью ротора и соединяемого с ним привода. Именно благодаря этому принципу осуществляется управление электродвигателем.
Классификация частотных преобразователей
По своим конструктивным различиям модели частотного преобразователя делятся на:
Индукционные.
Сюда относятся электрические двигатели имеющие асинхронный принцип работы. Данные устройства не отличаются высоким уровнем КПД и значительной эффективностью. Ввиду этих качеств они не имеют большой доли в общем числе преобразователей и редко применяются.
- Электронные.
- Пригодны для осуществления плавного управления оборотами в машинах асинхронного и синхронного типа. Управление в электронных моделях может производиться двумя способами:
- Скалярный (согласно предварительно введённым параметрам взаимозависимости вращательной V и частоты).
- Наиболее простой подход к управлению, довольно неточный.
- Векторный.
- Отличительной характеристикой является точность управления.
Векторное управление преобразователем частот
- Принцип работы векторного управления заключается в следующем: при нём оказывается воздействие на магнитный поток, изменяя направление его «пространственного вектора» и регулирующий роторную частоту поля.
- Создать рабочий алгоритм частотного преобразователя с векторным управлением можно при помощи двух способов:
- Бессенсорное управление.
Осуществляется за счёт назначения зависимостей чередования между последовательностями широтно-импульсных модуляций инвертора для предварительно составленных алгоритмов.
Регуляция размера амплитуды и выходной частоты, которую имеет напряжение, осуществляется в соответствии со скольжением и нагрузочным током, но обратная связь от роторной вращательной скорости не учитывается.
Потокорегулирование.
Рабочие токи устройства регулируются. При этом они раскладываются на активный и реактивный компонент. Это облегчает возможность внесения корректирующих изменений в рабочий процесс (изменение амплитуд, частот, векторных углов, которые имеет напряжение на выходе).
Способствует повышению точности и диапазона регуляции вращений асинхронного двигателя. Весьма актуален такой подход для устройства с малыми оборотами и высоким уровнем двигательных нагрузок.
В целом, схема векторного управления более прочих подходит для динамической регулировки вращающегося момента трёхфазного асинхронного двигателя.
Подключение транзисторных ключей
Все шесть IGBT-транзисторов соединяются с соответствующими диодами обратного тока с соблюдением встречно-параллельной схемы. После по цепи силового подключения, образуемой каждым транзистором происходит прохождение активного тока асинхронного двигателя, с последующим направлением его реактивной составляющей через диоды.
С целью обеспечения безопасности инвертора и асинхронного двигателя от воздействия сторонних электрических помех конструкция преобразователя частоты может включать в себя помехозащитные фильтры.
Если промышленные источники постоянного тока имеют рабочее напряжение в 220 В, то они также могут использоваться для запитывания инверторов.
Как подключить частотник к асинхронному двигателю?
Используемый для управления частотой напряжения преобразователь зачастую используется для энергоснабжения трёхфазных двигателей.
С помощью преобразователя частоты также возможно обеспечить присоединение такого устройства к однофазной сети, предотвратив снижение его рабочей мощности.
Этим они значимо выигрывают у конденсаторов, которые при подключении не могут сохранить исходный уровень мощности. Подробней про применение частотника для трехфазника- смотрите здесь.
При подключении частотного преобразователя следует предварительно разместить автоматический выключатель, функционирующий от тока сети по значению равного номинальному (или наиболее близкого к таковому) уровню потребления тока в двигателе. Если используется частотник трёхфазного типа, то соответственно следует воспользоваться трёхфазным автоматом с общим рычагом. Такой вариант обеспечивает быстрое обесточивание всех фаз сразу при замыкании на одной из них.
Ток срабатывания по своим характеристикам должен совпадать с однофазным током электрического двигателя.
В случае же, если для частотного преобразователя свойственно однофазное питание, то следует применить одинарный автомат, который подходит для работы с утроенным однофазным током.
Читать еще: Что за двигатель 1kr
Однако, при любых обстоятельствах установку частотного преобразователя нельзя осуществлять через включение автомата в месте разрыва нулевых или заземляющих проводов. В таких условиях подразумевается только прямое включение автомата.
Дальнейшую настройку преобразователя частоты осуществляют через соединение с контактами электрического двигателя. Используются при этом фазные провода. Но предварительно производится соединение обмоток электрического двигателя по схеме «звезда» или «треугольник».
Работа по той или иной схеме базируется на том, каков тип преобразователя частоты и характер производимого им напряжения.
По стандарту корпус каждого двигателя имеет отметку с двумя значениями, которым может равняться напряжение. Если частотник продуцирует напряжение соответствующее нижней границы, то соединение осуществляется по типу «треугольник». В остальных случаях для использования принцип «звезды».
Месторасположение управляющего пульта, обязательно прилагающегося при покупке частотного преобразователя, следует подбирать тщательно, чтобы обеспечить наибольшее удобство пользования.
Подключения пульта управления осуществляется по схеме обозначенной в прилагаемой к преобразователю инструкции. После рукоятка фиксируется на нулевом уровне, и автомат включается. В этот момент должно наблюдаться свечение светового индикатора.
Для использования частотного преобразователя, следует надавить кнопку «RUN» (она уже запрограммирована надлежащим образом). Далее делается лёгкий поворот рукоятки, провоцирующий старт постепенного вращения электрического двигателя.
Если вращение осуществляется в направлении, противоположном необходимому, то следует нажать реверс. После при помощи рукоятки настраивается требуемая частота вращения устройства.
При этом следует учитывать, что на корпусе пульта управления зачастую прописаны не уровни частоты вращения двигателя, выражаемые в оборотах в минуту, а частоты, которую имеет питающее напряжение, выражаемое в герцах.
Чтобы ограничить пусковой ток и снизить пусковой момент в момент пуска асинхронного двигателя с уровнем мощности больше 5000Вт, используется подключение типа «звезда-треугольник».
До достижения номинала скорости задействуется схема подключения частотного преобразователя «звезда», а после питание осуществляется по схеме «треугольник». В момент переключения уровень пускового тока уменьшается в три раза относительно прямого пуска.
При начале работы по второй схеме до момента разгона двигателей ток возрастёт до уровня прямого пуска. Такой варианты наиболее актуален для, имеющих большую маховую массу, позволяя после разгона сбросить нагрузку.
Логично, что использование такой схемы возможно только с двигателями, рассчитанными на подключения обоих типов.
Проведение работы по схеме «звезда-треугольник» всегда чревато резкими скачками уровня тока в противовес плавному нарастанию в условиях прямого пуска. В момент смены соединения скорость резко снижается и увеличить её можно только увеличив силу тока.
Предложен метод векторного управления электроприводом с асинхронным электродвигателем, позволяющий повысить качество динамических процессов за счет устранения его недостатка — зависимости от априорных оценок сопротивлений ротора и основной индуктивности.
Приведены уравнения напряжений асинхронного двигателя, по которым ведется синтез динамических процессов, а также дифференциальные уравнения ошибок векторного управления. По уравнениям напряжений описана процедура настройки на «технический оптимум» контуров токов намагничивания и тока нагрузки.
Для обеспечения робастности динамических процессов в контуры управления токов введены внутренние контуры виртуальной диссипации, позволяющие обеспечить робастность системы управления.
Адаптивная идентификация сопротивления ротора и основной статической индуктивности асинхронного электродвигателя осуществляется по наблюдениям токов статора и скорости вращения ротора. Для адаптивной идентификации используются функции от токов ошибок векторного управления.
Адаптивная идентификация основана на образовании контуров управления с интегральными регуляторами, которые обеспечивают стремление априорных оценок сопротивления ротора и основной статической индуктивности асинхронного электродвигателя к истинным значениям.
Для построения контуров адаптивной идентификации,кроме информации о токах в обмотках статора и скорости вращения ротора, необходима также информация об относительном значении индуктивности короткого замыкания. Качество априорной информации об относительном значении индуктивности короткого замыкания определяет точность адаптивной идентификации сопротивления ротора и основной статической индуктивности асинхронного электродвигателя.
Ключевые слова
векторное управление, асинхронный электродвигатель, адаптивная идентификация, робастность, сопротивление ротора, основная индуктивность
Загрузка...
