Применение частотных преобразователей для управления электроприводами
Частотные преобразователи Vesper
В составе всех современных приводов переменного тока находится частотный преобразователь. Несмотря на то, что существует множество различных алгоритмов управления и аппаратной реализации частотных преобразователей. Большинство производителей применяют типовые решения при их изготовлении. По факту существуют негласные стандарты на структуру частотных преобразователей и функции которые они выполняют.
Выделяют 2 основные цели, которые достигаются с помощью регулируемого электропривода: управление моментом и скоростью работы двигателя. Регулирование момента обусловлено предъявляемыми к приводу техническими требованиями. Для полноценной работы электропривода нужно понижать момент и силу тока двигателя в момент торможения и пуска при приложении нагрузки.
Для некоторых механизмов, которые испытывают мощные перегрузки доходящие до вывода из строя центрального вала, необходимо непрерывно регулировать момент при работе двигателя для того чтобы уменьшить динамические ударные перегрузки.
В большинстве случаев так же необходимо точная подача усилия на рабочем валу, например, в металлобработке, намоточные и шлифовальные станки.
Режимы работы многих механизмов участвующих в производстве требуют плавную регулировку скорости движения рабочего вала, которую можно обеспечить путем мехиническим или электронной регулировкой скорости электропривода.
Методы управления электроприводом
Существуют два основных метода частотного регулирования, которые применяют для регулировки скорости и момента в электроприводе. Это скалярное и векторное управление.
Скалярное управление в асинхронном электроприводе является наиболее распространенным на сегодняшний день. Его применение находится в составе насосов и вентиляторов, компрессорах и прочих механизмах, для которых необходимо держать заданную скорость вращения вала электродвигателя с помощью датчика скорости. В основе скалярного управления лежит принцип изменения частоты и амплитуды питающего напряжения.
Постоянство перегрузочной способности привода независимо от частоты напряжения, можно обеспечить при помощи скалярного управления. Для электроприводов со скалярным управлением существует диапазон регулирования скорости вращения ротора относительно момента сопротивления. Максимальное значение достигает 1:10. Этот метод управления достаточно прост в работе, но здесь есть два существенных недостатка.
Прежде всего без датчика скорости установленного на валу двигателя невозможно будет отрегулировать скорость вращения ротора, так как есть прямая зависимость от нагрузки. Датчик скорости безусловно решает этот вопрос, но остаётся еще один: нет возможности отрегулировать момент на самом роторе (валу). Конечно существуют датчики момента, но их стоимость сравнима или выше стоимости самого электропривода.
Даже при установки датчика момента управление двигателем получается довольно инерционным. А самое главное что регулировать оба параметра невозможно, поэтому надо выбирать величину момента наиболее оптимальную для данного производственного процесса.
Инженеры компании Siemens в 1971году изобрели метод векторного управления. Наработки электроприводов с векторным управлением требовали в составе двигателя встроенный датчик потока. Это сильно ограничивало область применения этих приводов.
На сегодняшний день в систему управления двигателем программируется математическая модель двигателя, с помощью которой можно рассчитать момент и скорость вращения вала электродвигателя. Необходимостью для данного процесса являются датчики фаз тока статора электродвигателя. Благодаря специфической структуре системы управления появляется возможность безынерционного регулирования самых важных параметров: момент и скорость вращения вала.
В современном производстве сформировались два основных класса систем векторного управления: бездатчиковые и системы обратной связи. Выбор той или иной системы презде всего зависит от области дальнейшего применения привода. При малых диапазонах регулировки скорости и невысоких требованиях к точности поддержания менее одного процента применяют бездатчиковое векторное управление.
Однако для изменения скорости вращения в широком диапазоне 1:10000 и более, а также предъявляются высокие требования к поддержанию заданной скорости вращения вала при низкой частоте (менее 1Гц) или необходимо точное позиционирование рабочего вала, применяется векторный метод управления с обратной связью.
Преимущества векторного управления выражаются в следующем:
– При отсутствии датчика скорости достигается высокая точность регулировки скорости
– Даже на малых частотах плавное вращение вала
– Возможность при нулевой скорости задать обеспечить нужный момент
– Быстрая ответная реакция при изменении и скачках нагрузки, скорость держится постоянной
– Уменьшение потерь на нагрев и скачки, приводит в повышению общего КПД
При всех этих преимуществах существуют и очевидные недостатки. Это сложный математический просчет и знание всех параметров электродвигателя. И еще при векторном управлении скорость колеблется в большем диапазоне, чем при скалярном управлении при работе на постоянной нагрузке. А например, в групповом электроприводе где задействовано несколько двигателей от единственного преобразователя напряжения, возможно использование только скалярного управления. В наше врея проще купить частотный преобразователь, чем искать другие методы, так как потраченные деньги возвращаются в течении года благодаря уменьшению употребления электричества.
ЧастотныеПреобразователи 