Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Векторный двигатель принцип работы

Векторное управление

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.

Содержание

Для СД и АД принцип векторного управления можно сформулировать следующим образом:

Необходимо определить направление и угловое положение вектора потокосцепления ротора двигателя. Ортогональные оси d,q (в отечественной литературе для асинхронных машин применяют оси x,y) направляют так, что ось d совпадает с направлением вектора потокосцепления ротора. Вектор напряжения статора двигателя регулируют в осях d,q. Составляющая напряжения по оси d регулирует величину тока статора по оси d.

Изменяя ток статора по оси d следует добиваться требуемого значения амплитуды вектора потокосцепления ротора. Ток статора по оси q, контролируемый напряжением по этой оси, определит момент развиваемый двигателем. В таком режиме работы СД и АД подобны двигателю постоянного тока, так по оси d формируется поле машины (обмотка возбуждения для двигателя постоянного тока, т.е. индуктор), а ток по оси q задаёт момент (якорная обмотка двигателя постоянного тока).

Векторное управление может быть реализовано не только при определении направления и углового положения вектора потокосцепления ротора (система «Transvektor»). Практический интерес представляют аналогичные устройства с управлением по вектору главного потокосцепления двигателя, которые в нашей стране стали именоваться векторными системами. Указанные устройства управления имеют свои особенности. Применение вектора потокосцепления ротора теоретически обеспечивает большую перегрузочную способность АД. При использовании устройства управления по вектору главного потокосцепления и стабилизации модуля главного потокосцепления двигателя во всех режимах работы исключается чрезмерное насыщение магнитной системы, упрощается структура управления АД. Для составляющих вектора главного потокосцепления (по осям α, β статора) возможно прямое измерение, например, с помощью датчиков Холла, устанавливаемых в воздушном зазоре двигателя.

Питание АД и СД в режиме векторного управления осуществляется от инвертора, который может обеспечить в любой момент времени требуемые амплитуду и угловое положение вектора напряжения (или тока) статора. Измерение амплитуды и положение вектора потокосцепления ротора производится с помощью наблюдателя (математический аппарат позволяющий восстанавливать неизмеряемые параметры системы).

Для векторного управления асинхронным двигателем следует сначала привести его к упрощенной двухполюсной машине, которая имеет две обмотки на статоре и роторе, в соответствии с этим имеется системы координат связанные со статором, ротором и полем.

Формы и схема векторного управления

Все существующие на сегодня системы векторного управления работой двигателей можно разделить на две группы:

  1. Датчиковые. Блок управления работой двигателя имеет с ним обратную связь по скорости, с помощью расположения на валу соответствующих датчиков,
  2. Бездатчиковые. Это системы, которые работают без датчиков скорости на основном валу.
Читать еще:  Где подключить контроль работы двигателя

Датчиковые системы являются более сложными, так как точность контроля составляет 1:10000. Бездатчиковые системы работают на уровне не более 1:100. Все частотники с учетом уровня создаваемых помех устанавливаются в центральных или отдельных шкафах.

Если представить все выше сказанное как наглядную схему, то получится нечто следующее:

Здесь можно видеть такие ключевые компоненты системы управления, как:

  • АД – собственно, асинхронный двигатель (объект контроля),
  • БРП – логический блок регуляторов для переменных уравнения,
  • БВП – логический блок, отвечающий за вычисления по переменным,
  • БЗП – блок, задающий значения переменных,
  • ДС – датчик скорости на валу двигателя,
  • АИН ШИМ – блок амплитудно-импульсной/широтно-импульсной модуляции.

То, что на схеме отображено в виде блоков, на практике является всего лишь параметрическими элементами цепи управления, которая реализуется на микроконтроллере. Соответственно, сам контроллер и сопутствующие исполнительные механизмы монтируются в электрический шкаф. Для правильного монтажа разрабатывается технологическая карта.

Векторный преобразователь, в отличие от скалярного, использует математическую модель двигателя. В этом случае объектом управления становится не только поле статора, но еще и ротора + учитывается их взаимодействие. Помимо выходной частоты и тока преобразователя используется также фаза выходного тока. Таким образом, обеспечивается почти безынерционное регулирование скорости вращения и момента вала.

Существует две основные системы такого управления АД – бездатчиковые и с обратной связью. В общем, структура скалярного и векторного ПЧ схожа – они преобразуют входное сетевое напряжение в выходное по своим законам регулирования.

Инверторы (частотные преобразователи) Hyundai

Преобразователи частоты («частотники») Hyundai предназначены для точного и быстрого регулирования работы электродвигателей переменного тока. Помимо регулирования скорости вращения двигателей, устройство обеспечивает диагностику, контроль и электронную защиту электродвигателя, организует отрицательную или положительную обратную связь.

Преобразователи частоты позволяют снизить изнашиваемость оборудования, продлевают срок его службы, повышают экономичность электродвигателей и обеспечивают постоянный контроль за его состоянием. Частотные преобразователи Hyundai Heavy Industries имеют широкие функциональные возможности: векторный принцип управления электродвигателем, точное позиционирование ротора, бессенсорный векторный контроль, традиционные режимы управления.

Частотники Хендай — это доступная цена при высочайшем качестве продукции, высокая надежность, хорошая адаптация к российским условиям, простота в обслуживании.

Предлагаем к продаже новую современную серию векторных частотных преобразователей Hyundai:
Серия N700V
Область применения: краны, лебедки, лифтовое оборудование, мотальные машины, перемоточные станки, прессы, ткацкие станки, резаки и т. д.
Серия N700Е
Область применения: вентиляторы и насосы, градирни, конвейеры и линии транспортировки, прядильные и стиральные машины и т. д.

Описание

Инвертор серии N700V

Инвертор серии N700Е

Функциональные возможности

Обладает усовершенствованным бессенсорным векторным контролем при ультранизкой скорости.
Улучшенные характеристики крутящего момента при низких скоростях, что обеспечивает высокое качество контроля. Бессенсорный векторный контроль: 200% и более при 0,5Гц и сенсорный векторный контроль: 150% и более при 0Гц.

Высокие показатели характеристик скорости и крутящего момента.
Минимизированное отклонение скорости при изменении нагрузки, (быстрое реагирование на внезапное изменение нагрузки). Регулирование функции ограничения крутящего момента в диапазоне 0

200% (защита устройства при неожиданных внешних изменениях нагрузки). Большая скорость реакции на команду терминала.

Улучшена характеристика снижения крутящего момента.
Снижение характеристик крутящего момента (питание VP2.0) обеспечивает мягкую работу двигателя и оптимальную экономию электроэнергии.

Расширена функция многоскоростного контроля.
При помощи базового параметра времени ускорения-торможения и максимум 7 индивидуальных настроек времени ускорения-торможения, возможно изменять время ускорения-торможения, что обеспечивает более точное управление и контроль.

Стабильная и усиленная операция крутящего момента.
Возможность использовать инверторы N700 для различных применений (векторный контроль). Скоростной контроль или контроль по крутящему моменту по усмотрению пользователя.

Расширеный рабочий диапазон ослабления поля.
Рабочий диапазон ослабления поля увеличен до 320 Гц, что позволяет достигнуть максимальной операции крутящего момента.

Усовершенствована автоматическая настройка в сетевом / автономном режиме.
Автоматическая настройка осуществляется вне зависимости от условий нагрузки, характеристики крутящего момента и контроля скорости остаются высокоэффективными. При изменении температуры двигателя точность операций достигается методом автоматической компенсации константы двигателя.

Читать еще:  Двигатель td226b расход топлива

Улучшена функция торможения постоянным током.
Благодаря улучшенной функции торможения постоянным током, обеспечиваются высокие параметры торможения при команде останова.

Функция управления внешним тормозом для лифта.
Надежное и точное управление всеми параметрами при использовании внешнего тормоза для лифтов. Рабочая скорость изменяется в зависимости от нагрузки.

Высокое качество выходного напряжения и тока.
При изменении входного напряжения, функция автоматического регулятора поддерживает устойчивое выходное напряжение, идущего на двигатель. Предупреждение автоматического выключения для управления скачками напряжения и тока обеспечивает высокое качество электропитания, подаваемого на двигатель.

Функция автоматического поиска скорости после прерывания входного напряжения.
Благодаря функции предупреждения самопроизвольного останова и перезапуска, инвертор и двигатель надежно защищены и безопасно перезапущены.

Функция температурного контроля.
Проверяется и отображается температура IGBT (основной части инвертора).

Функциональные возможности

Бюджетная версия модели N700V

Применим для различных нагрузок.
Улучшен контроль с усовершенствованным бессенсорным векторным управлением.
Улучшены характеристики управления при низкой скорости. Имеет бессенсорное векторное управление: 150% или более при 1 Гц.
Расширен рабочий диапазон ослабления поля, при котором могут выполняться работы с максимальным вращающим моментом.
Имеет эффективную характеристику вращающего момента без автоматического выключения при быстром ускорении или замедлении.
После применения 150% нагрузки работа с ускорением достигается в течение 1 сек.

Улучшена функция настройки двигателя.
Технология оптимизации констант двигателя с функцией компенсации констант при автонастройке, минимизирует управление скоростью, что обеспечивает стабильное управление двигателем.
Возможность варьирование скорости — менее 1% на номинальной скорости.

Расширенная защита для безопасности функционирования.
Предотвращение непредвиденных аварий с помощью функции защиты от короткого замыкания.
Защита двигателя при помощи функции выявления пропадания выходной фазы (S/W функция).

Встроенная панель (BRD) контура регенеративного торможения 5.5кВт

22кВт
Контур регенеративного торможения BRD (5.5кВт

22кВт) для нагрузок, требующих быстрого ускорения/торможения позволяет осуществлять управление при ускорении и торможении без дополнительных настроек.
При ускорении и торможении процесс движения максимально эффективен

Улучшена маневренность при различных нагрузках.
Улучшена характеристика вращающего момента, который может быть уменьшен до1.7, что идеально подходит для работы с насосом или вентилятором.
Оптимизировано сохранение электроэнергии согласно характеристикам нагрузки.

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.

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».

Читать еще:  P0234 перегрузка двигателя что делать

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.

Алгоритмы управления частотным преобразователем

Для контроля за работой частотников может быть выбран один из следующих алгоритмов управления.

Частотный. Этот алгоритм рекомендуют использовать, если известна зависимость момента нагрузки двигателя, и этот показатель остается практически неизменным при одинаковой частоте. Для частотного управления нижняя граница регулирования частоты должна быть не меньше 5-10 Гц при независимом от частоты моменте. Стандартные нагрузки с моментом, зависимым от скорости вращения, — работа на центробежный насос или вентилятор. Диапазон регулирования частоты в этом случае может составить от 5 до 50 Гц и выше.

Частотный с обратной связью по скорости. Подходит для прецизионного регулирования, если известна зависимость момента от скорости вращения. Для управления преобразователем по такому алгоритму нужно использовать инкрементальный энкодер.

Векторный. Этот алгоритм управления частотниками выбирают, если во время работы нагрузка на одинаковой частоте меняется, а прямой связи между моментом нагрузки и скоростью вращения нет.

Векторный алгоритм также используют, если нужно получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах. Например, 0-50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150–200% от номинального момента. Для реализации векторного метода необходимо в режиме реального времени проводить сложные вычисления. Процессор частотного преобразователя выполняет их автоматически на основании данных о выходном токе, частоте и напряжении, а также паспортных характеристик электродвигателя, которые вводит пользователь.

Частотный преобразователь реагирует на изменение выходного тока (момента нагрузки) со скоростью 50-200 мсек. Векторный алгоритм уменьшает реактивный ток двигателя при снижении нагрузки с помощью одновременного уменьшения напряжения на электродвигателе. Если нагрузка на валу возрастает, частотник увеличивает напряжение на двигателе до оптимальных показателей.

Векторный с обратной связью по скорости. Метод подходит для прецизионного регулирования скорости вращения, если при работе нагрузка меняется при неизменных показателях частоты. Этот алгоритм управления частотниками также используют, если нужен максимальный диапазон регулирования частоты. Для такого метода управления необходим инкрементальный энкодер.

Векторные преобразователи частоты ОВЕН ПЧВ с функцией автоматической оптимизации энергопотребления предназначены для управления частотой вращения асинхронных двигателей в составе приводов промышленных установок, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Реальное снижение энергопотребления при использовании ОВЕН ПЧВ может достигать 35 %.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector