Содержание
Векторный или скалярный преобразователи частоты?
Вопрос выбора векторного или скалярного преобразователя рано или поздно встает перед каждым пользователем, который заинтересован в покупке электропривода переменного тока.Производители уже давно утвердили определенные стандарты, на основе которых создаются преобразователи частоты и формируются их функции.
Помимо существенного ценового различия (векторные более дорогие) скалярные и векторные преобразователи отличаются и в техническом плане. Однако для того, чтобы понять все технические особенности каждого типа, необходимо углубиться в тему и изучить понятия, давшие названия частотным преобразователям. Характеризовать преобразователь частоты с помощью указанных выше терминов представляется не совсем правильно. Особенно это касается понятия «скалярный». Здесь необходимо вспомнить элементарную физику. Скалярной называется величина со значением в виде одного числа, то есть все значения могут быть изображены линейно. Это позволяет отнести длину, время, площадь, температуру к скалярным показателям. Векторы в отличие от скаляр имеют не только число, но и направление. Именно поэтому относить эти термины к преобразователям частоты может быть некорректно. Основная причина такой классификации может быть связана с желанием увеличить достоинства каждой модели и, соответственно, ее стоимость.
Здесь важно изучить технический вопрос. Вращающий момент вала в электродвигателе корректируется, когда изменяется величина и частота тока обмоток. В результате сила магнитного поля статора также изменяется. Большая часть моделей преобразователей производятся с учетом возможности настройки электрических показателей для различных типов оборудования. В качестве примера, выходной ток может быть линейным, параболической или гиперболической формы. Это зависит от того, какую величину будет иметь момент инерции оборудования. Гиперболическая форма будет у выходного тока, который используется для привода в движение большой массы транспортера. Параболическая кривая способствует началу движения вентиляторов и водяных насосов.
Таким образом, можно сэкономить электроэнергию. Такая схема работы характерна для большинства частотников скалярного типа. Существует еще один способ увеличить момент на валу в электродвигателе. Для этого применяется третья гармоника выходного тока с вектором прямой последовательности (вращается с вектором тока главной гармоники в одном направлении). Для других гармоник характерно обратное направление работы. В ходе работы этой схемы увеличивается мощность выходного тока и момент на валу.
Векторный частотник появился с развитием технологий, которые позволили управлять моментом по-новому. А именно, стала использоваться как сила и частота, так и фаза тока. Первые модели векторного преобразователя частоты функционировали на основе измерения показателей напряжения и выходного тока, таким образом можно было вычислить необходимый сдвиг фазы. Однако серьёзных результатов в изучении этой области не было достигнуто. Положительный опыт был получен только после того, как был введен контур обратной связи, контролирующий положение ротора.
Так, в режиме реального времени вычислялась скорость, с которой должно вращаться магнитное поле статора. В результате стала возможной оптимизация стабильного момента вращения с учетом применения еще одного сдвига фазы.
Таким образом, можно выделить основное различие между скалярным и векторным преобразователями. В скалярном частотнике управляется и контролируется магнитное поле только статора, а в векторном преобразователе значение имеет взаимодействие магнитных полей статора и ротора, что способно оптимизировать момент вращения при работе на разной скорости.
Основная задача производителей векторного частотного преобразователя – обеспечение высокого момента при малой скорости вращения. В данном случае компенсация потери момента из-за невысокой скорости осуществлялась за счет повышения тока и улучшения взаимодействия магнитных полей. 100% достижение этой цели привело бы к тому, что частотно регулируемый привод стал сервоприводом с высоким постоянным моментом при любой скорости.
Однако достичь подобного результата чрезвычайно сложно. Именно поэтому векторные частотные преобразователи сегодня не обладают достаточным количеством преимуществ, особенно если Вы работаете с малыми скоростями вращения. Стоит также отметить, что сочетание повышенного тока и небольших скоростей приводит серьезному перегреву двигателя, поэтому в данной системе обязательно использование внешнего вентилятора обдува.
С развитием технологий результативность или нерезультативность работы векторного ЧП будет подтверждена. Но на данный момент векторные преобразователи не отличаются серьезными преимуществами и надежностью, как и любая усложненная система. Кроме того, по сравнению со скалярными преобразователями векторные не могут использоваться в работе многодвигательных приводов.
Выбор частотника: какой режим управления предпочесть?
Выбор частотника: какой режим управления предпочесть?
Преобразователи частотыПреобразователи частотыВыбор преобразователя частоты Выбор частотника: какой режим управления предпочесть?
ПреобразователиТеорияПрактикаFollow @I380Ru |
К первой группе относятся устройства, оснащенные скалярным управлением, к другой – с векторным управлением, но, разумеется, с возможностью переключения на скалярное. Частотный преобразователь с векторным управлением стоит достаточно дорого, но тем вместе с тем, он дает возможность осуществления точного контроля крутящего момента выходного вала привода, обеспечивать полный момент в районе нулевых частот и поддерживать скорость при возникновении динамических нагрузок.
Но справедливости ради стоит сказать о том, что не для всякого производственного цикла требуется установка такого дорогого и высокоточного устройства. Например, привод вентилятора намного целесообразней и выгодней совмещать с устройством со скалярным управлением. Такие устройства отличаются простотой в настройках, легкостью в установке, да и окупаемость устройства происходит значительно быстрее.
К дополнительным условиям относится: рабочая частота на минимуме должна быть не меньше 5-10Гц. Главная область применения ЧП скалярного типа – центробежные насосы и вентиляторы.
Данный метод дает возможность максимального снижения реактивного тока двигателя путем уменьшения входного напряжения. В случае динамических изменений нагрузки, так же меняется напряжение.
Каковы основные методы управления двигателями переменного тока с ЧРП?
Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основы / Каковы основные методы управления двигателями переменного тока с ЧРП?
By Danielle Collins Оставить комментарий
Двигатели переменного тока часто используются в оборудовании, которое работает с постоянной скоростью независимо от нагрузки, например вентиляторы, насосы и конвейеры. Но когда требуется управление скоростью, двигатель переменного тока работает в паре с частотно-регулируемым приводом (VFD), который регулирует скорость двигателя, используя один из двух методов управления — скалярное управление или векторное управление — для изменения частоты подаваемого напряжения.
Скаляр — это величина, имеющая только величину , например, масса или температура. Вектор представляет собой величину, которая имеет как величину, так и направление , например, ускорение или силу.
В частотно-регулируемом приводе мощность переменного тока преобразуется в постоянный ток через выпрямитель. Затем выпрямленная мощность фильтруется и сохраняется в шине постоянного тока (ссылка). Инвертор преобразует его обратно в мощность переменного тока с нужной частотой и напряжением посредством широтно-импульсной модуляции.
Изображение предоставлено: what-when-how.com
Скалярные методы управления
Скалярные методы управления частотно-регулируемым приводом работают за счет оптимизации потока двигателя и поддержания постоянной силы магнитного поля, что обеспечивает постоянный крутящий момент. Часто называемые управлением V/Hz или V/f, скалярные методы изменяют как напряжение (V), так и частоту (f) мощности двигателя, чтобы поддерживать фиксированное, постоянное соотношение между ними, поэтому сила магнитное поле постоянно, независимо от скорости двигателя.
Соответствующее отношение В/Гц равно номинальному напряжению двигателя, деленному на его номинальную частоту. Управление В/Гц обычно реализуется без обратной связи (т. е. без обратной связи), хотя возможно управление В/Гц с обратной связью, включающее обратную связь от двигателя. Регулятор
В/Гц поддерживает постоянное соотношение между напряжением (В) и частотой (Гц).
Изображение предоставлено: Square D
Управление В/Гц простое и недорогое, хотя следует отметить, что реализация с обратной связью увеличивает стоимость и сложность. Настройка управления не требуется, но может повысить производительность системы.
Регулирование скорости со скалярным управлением находится только в диапазоне от 2 до 3 процентов от номинальной частоты двигателя, поэтому эти методы не подходят для приложений, где требуется точное управление скоростью. Управление V/Hz с разомкнутым контуром уникально тем, что позволяет одному частотно-регулируемому приводу управлять несколькими двигателями и, возможно, является наиболее часто применяемым методом управления частотно-регулируемым приводом.
Методы векторного управления
Векторное управление, также называемое управлением, ориентированным на поле (FOC), регулирует скорость или крутящий момент двигателя переменного тока путем управления пространственными векторами тока статора аналогично (но более сложному) управлению постоянным током методы. Поле-ориентированное управление использует сложную математику для преобразования трехфазной системы, зависящей от времени и скорости, в двухкоординатную (d и q) неизменную во времени систему.
Ток статора двигателя переменного тока состоит из двух компонентов: намагничивающей составляющей (d) тока и составляющей, создающей крутящий момент (q). С помощью FOC эти две составляющие тока контролируются независимо (каждая с помощью собственного ПИ-регулятора). Это позволяет компоненту q, создающей крутящий момент, оставаться ортогональной потоку ротора для максимального создания крутящего момента и, следовательно, для оптимального управления скоростью.
Векторное управление или управление, ориентированное на поле, преобразует трехфазные токи в стационарной системе отсчета в двухфазную систему (состоящую из составляющей потока d и составляющей момента q) с вращающейся системой отсчета.
Здесь ток создания крутящего момента (q) можно регулировать независимо, чтобы обеспечить максимальное создание крутящего момента. Затем система преобразуется обратно в трехфазную систему в стационарной системе отсчета для вывода на двигатель.
Изображение предоставлено Freescale Semiconductor
Как и скалярные методы, векторные методы управления ЧРП могут быть разомкнутыми или замкнутыми. Векторное управление без обратной связи (также называемое бездатчиковым векторным управлением) использует математическую модель рабочих параметров двигателя, а не физическое устройство обратной связи. Контроллер отслеживает напряжение и ток двигателя и сравнивает их с математической моделью. Затем он исправляет любые ошибки, регулируя ток, подаваемый на двигатель, что соответственно регулирует крутящий момент двигателя. При бессмысленном векторном управлении важно иметь очень точную математическую модель двигателя, а контроллер должен быть настроен на корректную работу.
Векторное управление с обратной связью использует энкодер для обеспечения обратной связи о положении вала, и эта информация отправляется на контроллер, который регулирует подаваемое напряжение для увеличения или уменьшения крутящего момента.
Это единственный метод, который позволяет напрямую управлять крутящим моментом во всех четырех квадрантах работы двигателя для динамического торможения или рекуперации.
Методы векторного управления более сложны, чем скалярные методы управления ЧРП, но в некоторых приложениях они предлагают значительные преимущества по сравнению со скалярными методами. Например, векторное управление без обратной связи позволяет двигателю развивать высокий крутящий момент на низких скоростях, а векторное управление с обратной связью позволяет двигателю развивать до 200 процентов своего номинального крутящего момента при нулевой скорости, что полезно для удержания нагрузки в состоянии покоя. Векторное управление с обратной связью также обеспечивает очень точное управление крутящим моментом и скоростью для промышленных применений.
Рубрики: Двигатели переменного тока, Элементы управления, Часто задаваемые вопросы + основы, Рекомендуемые
S93083B Измерения векторных и скалярных смесителей/преобразователей
Измерения основных преобразователей:
- Измерения с поправкой на совпадение потерь/усиления преобразования плюс фаза и групповая задержка, с качающимися или фиксированными входными и выходными частотами и входной мощностью и мощностью гетеродина
- SMC+Phase позволяет измерять отклонение фазы от линейной и абсолютную групповую задержку без эталонного смесителя
- VMC добавляет эталонный смеситель и измерения разности фаз и абсолютной групповой задержки
- Измерительные преобразователи с полностью встроенными гетеродинами с S93084B
Усовершенствованная калибровка
- Калибровка на основе измерителя мощности обеспечивает высокую точность преобразования усиления или потерь
- Калибровка на основе гребенчатого генератора SMC+Phase устраняет необходимость в калибровочных смесителях
Простота настройки и использования
- Интуитивно понятный пользовательский интерфейс на основе вкладок упрощает настройку измерений
- Мастер калибровки помогает пользователю выполнить процесс калибровки
- Приложение управляет внешними генераторами сигналов и измерителями мощности
S93083B включает класс измерения скалярного смесителя/преобразователя плюс фаза (SMC+Phase), который обеспечивает полностью откалиброванные измерения коэффициента усиления/потери преобразования, относительной фазы и абсолютной групповой задержки смесителей и преобразователей без необходимости в эталонных или калибровочных смесителях.
Для устранения калибровочного смесителя требуется гребенчатый генератор U9391C/F/G и внешний источник питания постоянного тока. Класс измерения векторного смесителя/преобразователя (VMC) также включен для измерения разности фаз между несколькими путями или устройствами или для измерения фазовых сдвигов внутри устройства. Для использования VMC или калибровки на основе гребенчатого генератора для SMC+Phase требуется прибор с настраиваемым тестовым набором (т. е. имеющий ВЧ-петли на передней панели). Для устройств без контуров на передней панели SMC+Phase можно использовать с внешним калибровочным микшером.
S93083B имеет интуитивно понятный и простой в использовании пользовательский интерфейс для настройки измерений смесителя и преобразователя с одинарным или двойным каскадом преобразования. Он может управлять встроенными источниками анализатора, а также внешними генераторами сигналов для использования в качестве гетеродинных сигналов.
S93083B является надстройкой S93082B.
Добавить комментарий