Векторное управление асинхронным двигателем это как - Авто Сфера №76
Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Векторное управление асинхронным двигателем это как

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.

Как можно управлять скоростью вращения двигателя?

Очевидно, что двигатель в обычном режиме работы от сети (электрического шкафа) имеет стандартную скорость/частоту вращения. Это ограничивает прямое его использование, вынуждая применять различные редукторные механизмы для понижения частоты до требуемой. Но даже тогда нет возможности динамично менять обороты, а вместе с ними, мощность, подачу, поскольку все равно остаются фиксированными частоты на выходе из двигателя и редуктора. Для расширения существующих рамок используют разные способы управления (частотные, импульсные, фазные и т. д), которые можно разделить на две большие группы:

  1. Скалярное. Как правило, используется на приводных двигателях компрессорных, вентиляторных, насосных и прочих механизмов, где требуется контроль скорости вращения или любого другого параметра, связанного с датчиками,
  2. Векторное. Это усовершенствованная концепция, которая предполагает раздельный, независимый контроль, изменение момента и магнитного потока. Токосцепление ротора поддерживается на постоянном уровне, что позволяет сохранить максимальный показатель момента.

Управление асинхронным двигателем

Отличие скалярного от векторного управления как раз заключается в возможности осуществления контроля возбуждения (потока). Фактически, он представляется как двигатель постоянного тока, имеющий независимые друг от друга обмотки. Такой подход позволяет создать подобную математическую модель системы работы контроллера.

Варианты режимов работы векторного управления

Векторное управление подразумевает наличие в звене управления математической модели (далее — ММ) регулируемого электродвигателя. В зависимости от условий эксплуатации электропривода возможно управление электродвигателем как в режимах с обычной точностью, так и в режимах с повышенной точностью отработки задания на скорость или момент.

Точность математической модели электродвигателя

В связи с вышесказанным представляется возможным произвести классификационное разделение режимов управления по точности ММ электродвигателя, используемой в звене управления:

  • использование ММ без дополнительных уточняющих измерений устройством управления параметров электродвигателя (используются лишь типовые данные двигателя, введенные пользователем)
  • использование ММ с дополнительными уточняющими измерениями устройством управления параметров электродвигателя (т.е. активных и реактивных сопротивлений статора/ротора, напряжения и токадвигателя)

Использование датчика скорости электродвигателя

В зависимости от наличия или отсутствия датчика обратной связи по скорости (датчика скорости) векторное управление можно разделить на:

  • управление двигателем без датчика скорости — при этом устройством управления используются данные ММ двигателя и значения, полученные при измерении токастатора и/или ротора
  • управление двигателем с датчиком скорости — при этом устройством используются не только значения, полученные при измерении токастатора и/или ротораэлектродвигателя (как в предыдущем случае), но и данные о скорости (положении) ротора от датчика , что в некоторых задачах управления позволяет повысить точности отработки электроприводом задания скорости (положения).
Читать еще:  Neo двигатель что это такое

Вариаторы частоты для асинхронных двигателей

трехфазовый вариатор частоты AxiaVert

Мощность: 250 W — 15 000 W

. AxiaVert: просто умнее! Новая серия Bonfiglioli AxiaVert предназначена для обеспечения большой гибкости и высочайшего уровня производительности, что делает ее пригодной для широкого спектра применений в различных секторах, таких как .

вариатор частоты с векторным управлением ACTIVE series

Мощность: 550 W — 132 000 W
Частота на выходе: 50, 60 Hz

. Серия Bonfiglioli Active содержит гибкие преобразователи частоты, которые являются универсальными и простыми в использовании. Этот продукт отличается высокой производительностью и непревзойденными преимуществами в масштабируемости и компактных .

трехфазовый вариатор частоты AGILE series

Мощность: 120 W — 11 000 W
Частота на выходе: 0 Hz — 599 Hz

. Серия Agile инверторов Bonfiglioli устанавливает новые стандарты в технологии для широкого круга пользователей. Инверторы Agile особенно хорошо подходят для пищевой, текстильной, деревообрабатывающей, упаковочной и керамической промышленности, .

синхронный вариатор частоты SK 300P

Мощность: 310, 430, 640, 950 W
Интенсивность: 1, 2 A

• Мощность: до 0,95 кВт • Степень защиты: IP55, IP66 • Монтаж на стену или на двигатель • Связь Ethernet для интеграции • Решение «подключай и работай» для быстрого ввода в действие • Компактная конструкция для оптимизации монтажного .

трехфазовый вариатор частоты SK 500E

Мощность: 250 W — 160 000 W
Частота на выходе: 0 Hz — 400 Hz

NORDAC PRO является универсальным и имеет высокую точность регулировки путем регулирования вектора тока. Кроме того, он подходит для работы в разомкнутом или замкнутом контуре и обеспечивает 4-квадрантный режим работы. STO и SS1 гарантируют .

трехфазовый вариатор частоты SK 250E

Мощность: 750 W — 7 500 W

NORDAC LINK – идеальный привод для установки в полевых условиях. Это периферийное распределительное устройство оснащено многочисленными опциями, например сервисным выключателем, и очень простое в обслуживании. Кроме того, все вводы/выводы .

цифровой вариатор частоты COMBIVERT F6

Мощность: 4 000 W — 450 000 W
Интенсивность: 9 500 mA — 710 000 mA

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИВОД COMBIVERT F6 COMBIVERT F6 — эволюция универсальных преобразователей частоты от KEB, что означает внедрение самых передовых аппаратных и программных разработок. Ключевые особенности • Номинальный ток электродвигателя .

цифровой вариатор частоты COMBIVERT G6

Мощность: 750 W — 30 000 W

. КОМБИВЕРТ G6 COMBIVERT G6 — это преобразователь частоты для управляемых приложений в диапазоне мощностей от 0,75 кВт до 30 кВт. COMBIVERT G6 управляет как асинхронными двигателями переменного тока, так и синхронными серводвигателями — .

цифровой вариатор частоты COMBIVERT F5

Мощность: 370 W — 900 000 W

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИВОД COMBIVERT F5 COMBIVERT F5 — серия исключительно надежных и универсальных преобразователей частоты с максимально широким набором возможных применений: от насосов и компрессоров до высокоскоростной обработки материалов .

вариатор частоты крепление на панели NEO-WiFi-22

Мощность: 22 000 W

вариатор частоты с векторным управлением VT2 series

Мощность: 400 W — 18 500 W
Интенсивность: 3 A — 38 A
Частота на выходе: 50 Hz

. Серия VT2 Бессенсорное векторное управление Приводы с переменной скоростью вращения Высокопроизводительные инверторы VT2 380В VT2 серия преобразователей частоты является высококачественным и простым VF управлением инвертора, он может .

монофазовый вариатор частоты VT2 series

Мощность: 750, 1 500, 2 200 W
Интенсивность: 4, 7, 10 A
Частота на выходе: 1 kHz — 16 kHz

. Стандартный инвертор серии VT2 220В Инвертор серии 220В VT2 0.75KW-2.2KW 220-вольтовые однофазные приводы с регулируемой частотой вращения Однофазный инвертор VTdrive 220V — это наш новый преобразователь частоты для двигателей общего .

вариатор частоты с векторным управлением VT2-4T

Мощность: 750 W — 500 000 W
Интенсивность: 3 A — 955 A
Частота на выходе: 0 Hz — 300 Hz

. В общей серии VT2-4T используются высокопроизводительные технологии векторного управления, низкая скорость и высокий крутящий момент на выходе, с хорошими динамическими характеристиками, превосходной перегрузочной способностью, богатыми .

вариатор частоты с векторным управлением DB1 Cold Plate

Мощность: 370 W — 4 000 W

. DB1 представляет собой частотный преобразователь холодной пластины, который работает без радиатора. Но как работает технология? Все просто. Охлаждение электроники осуществляется за счет материалов, находящихся в самом корпусе. Благодаря .

Читать еще:  Что такое импульс шагового двигателя

МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНОГО ВЫЧИСЛЕНИЯ ПОЛЕОРИЕНТИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ И ПРЯМОГО УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Автор: Y.Srinivasa Kishore Babu,G.Tulasi Ram Das
Автор перевода: Воробкалов А.Л.
Источник: World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Electrical, Electronic Science and Engineering Vol:7 No:1, 2013

Аннотация

Данная работа представляет собой сравнение двух наиболее пополуярных методов управления двигателем переменного тока: поле ориентированное и прямое управления моментом. Сравнение основывыется на различных критериях включая основные свойста управления, производительность в динамике и сложность реализации. Анализ проведен с помощью моделирования используюя Simulink Power System Block set, который позволяет полностью представить силовую часть и управляющую.

I. Вступление

Регулирование скорости или регулирование момента электроприводов — решающие компоненты в почти всех современных промышленных производственных процессах. Обычно в регулируемом электроприводе использовались электродвигатели постоянного тока, но за последние 20 лет, двигатели переменного тока используются все больше в различном промышленном применении из-за производительности, которую они могут обеспечить.

Разработка высокоэффективных стратегий управления АД, подталкиваемая требованиями промышленности, быстро развивалась в течение последних двух десятилетий. Две высокоэффективных стратегии управления асинхронным двигателем это — ПОЛЕОРИЕНТИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ (FOC) [1], [2], [3], [7], [11], [13] и ПРЯМОЕ УПРАВЛЕНИЕ МОМЕНТОМ (DTC) , [5], [6], [8], [9], [10], [12], [14].

Асинхронный двигатель или синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) регулируемые этими методами могут быть применен даже в высокоэффективных серво приводах, которые раньше управлялись исключительно ДПТ. Оба метода FOC и DTC позволяют независимо управлять моментом и потокосцеплением. В ДПТ, это разделение осуществляется электромагнитным способом, путем ориентации потокосцепления статора, используя коммутатор. В машинах АД это разделение получается путем математических преобразований, таким образом, избегая проблем связанных с коммутатором. Упомянутые методы управления подверглись значительному исследованию за последние 15 лет, но осталось несколько проблем : FOC очень зависит от знания постоянной времени ротора. DTC, в его традиционном виде, приводит к не постоянной частоте переключения инвертора, которая может привести к высоким потерям инвертора/двигателя. Методы которые решают эту проблему приводят к решениям, которые параметрически зависимы.

Цель этой работы состоит в том, чтобы представить сравнительное исследование этих двух схем управления, используя моделирование в Simulink Power System Block Set , который позволяет полностью представить силовую часть и систему управления. Управление электродвигателем переменного тока существенно улучшилось за последние два десятилетия. Это стало тенденцией благодаря новым методам управления и идеям, выдвигаемыми исследователями со всего мира. Реализация этих идей стала возможна благодаря техническим разработкам, таких как контроллеры DSP и новым силовым полупроводникам.

II. ИССЛЕДОВАНИЕ В ОБЛАСТИ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Векторное управление начало разрабатываться приблизительно в 1970. Возможны несколько типов векторного управления: ориентированный на ротор, на потокосцепление ротора, на потокосцепление статора и на потокосцепление намагничивания. Цель векторного управления заключается в том, чтобы управлять электромагнитным моментом также раздельно как в ДПТ. Это возможно, если управление машиной осуществляется в синхронно вращающейся системе координат, где переменные представляются как постоянные величины в установившемся состоянии: поле ориентированное управление позволяет раздельно управлять потокообразующей и моментообразующей составляющими. Однако только ориентированное на потокосцепление ротора управление позволяет получить полное разделение. Выбор различной ориентации по потоку может перевесить отсутствие полного разъединения для некоторых специальные методов. Здесь рассмотрен только ориентированный на потокосцепление ротора тип управления, которое также называют Поле Ориентированным Управление(FOC). FOC может быть реализован как через feed-forward связь, так и прямую в зависимости от используемого метода для идентификации потокосцепления ротора. Прямой FOC определяет ориентацию потокосцепления в воздушном зазоре при помощи датчика использующего эффекта Холла, поиск обмотки или другие способы измерений. Однако использование датчиков очень дорогостояще из-за специальных модификаций двигателя, которые требуется для размещения датчиков. Кроме того, не возможно непосредственно определить потокосцепление. Вычисление потокосцепления может привести к погрешности на низких скоростях из-за преобладания падения напряжения на сопротивлении статора в уравнении баланса из-за изменения потокосцепления и температуры.

Электромагнитный вращающий момент может быть выражен в общем виде, связывая d-q компоненты переменных:

Читать еще:  Toyota camry сколько ходит двигатель

Вышеупомянутое уравнение представляет модель электро-механической динамики асинхронного двигателя в синхронных координатах. Электромагнитный момент выражен через токи статора и ротора. Ток ротора можно убрать из уравнения, и момент может быть выражен через ток статора и любое из трех потокосцеплений. Следующие методы векторного управления зависят от выбранного потокосцепления

Управление, ориентированное по потокосцеплению в воздушном зазоре

Все вышеупомянутые три метода векторного управления подобны по реакции на момент и параметрической чувствительности. Однако система, ориентированная по потокосцеплению ротора имеет следующие преимущества перед другими двумя методами:

  • Схема управления более проста в реализации.
  • Нет просадок момента, если нет никакого ограничения на питание тока статора. Система ориентированная по потокосцеплению ротора может быть классифицирована следующим образом:
  • Метод потокосцепления или метод обратной связи, где вектор потокосцепления и ток статора асинхронного двигателя управляется на основании вектора потокосцепления (прямое векторное управление). Этот метод требует датчиков потокосцепления или модель для точного вычисления амплитуды и угла потокосцепления.
  • Метод управления частотой скольжения где обратная связь это угловая скорость ротора которая прибавляется к вычисленной скорости скольжения для предсказания положения вектора потокосцепления и им в свою очередь управлять вектором тока статора(не прямое векторное управление).

В отличие от прямого векторного управления, косвенное векторного управления самый популярный метод в промышленном применении, где требуется широкий диапазон скорости и быстрая реакция момента.

Следующая часть касается не прямого векторного управления, ориентированного по потокосцеплению ротора. Не прямой векторный метод управления по сути похож на прямое векторное управление, кроме блока создания векторного сигнала

Уравнения цепей Статора и ротора асинхронного двигателя выглядят следующим образом

Основной причиной появления векторного управления является, то что асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) — самый массовый и дешёвый в производстве двигатель, надёжный и наименее требовательный в эксплуатации (в конструкции нет механических коллекторов, контактных колец) плохо поддаётся регулированию скорости, поэтому он первоначально применялся для нерегулируемых приводов, либо для приводов с механической регулировкой (с помощью коробки передач); специальные многоскоростные АДКЗ позволяли только ступенчато изменять скорость (от двух до пяти ступеней), но их стоимость была гораздо выше, чем обычных, кроме того, требовалась станция управления для таких двигателей, которая дополнительно сильно удорожала систему управления, при этом было невозможно автоматически поддерживать скорость двигателя при изменении нагрузки. Позже были разработаны методы управления скоростью АДКЗ (скалярное управление), но в переходных процессах при скалярном регулировании потокосцепление ротора изменяется (при изменении токов статора и ротора), что приводит к снижению темпа изменения электромагнитного момента и ухудшению характеристик в динамике.

С другой стороны двигатель постоянного тока (ДПТ) при большей его стоимости и эксплуатационных затратах и меньшей надёжности (имеется механический коллектор) просто поддаётся управлению, при этом регулировка может осуществляться как изменением напряжения на якоре с постоянным номинальным потоком возбуждения (первая зона регулирования) так и изменением напряжения на обмотке возбуждения (ослабление потока возбуждения) с постоянным номинальным напряжением на якоре (вторая зона регулирования). При этом обычно регулирование ведётся сначала в первой зоне , а при необходимости дальнейшего регулирования во второй зоне (с постоянной мощностью).

Идеей векторного управления было создание такой системы управления АДКЗ, в которой, подобно ДПТ можно раздельно управлять моментом и магнитным потоком, при этом поддерживается на постоянном уровне потокосцепление ротора и значит изменение электромагнитного момента будет максимальным.

Заключение

Дело в том, что электродвигателю в обычном режиме работы от сети свойственно иметь стандартные параметры, это не всегда приемлемо. Устраняется сей факт путём ввода различных редукторных механизмов для снижения частоты до необходимой. На сегодня сформировались две СУ: бездатчиковая и датчиковая система с обратной связью. Их основное отличие в точности контроля. Наиболее точная, конечно, вторая.

Существующие рамки расширяются с помощью использования разных современных СУ АД, обеспечивающих повышенное качество регулирования, высокую перегрузочную способность. Для рентабельного производства, продолжительности срока службы оборудования и экономичного расхода энергии эти факторы имеют большое значение.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector