Скалярний і векторний управління асинхронними двигунами ruaut - центр промислової автоматизації

Для здійснення можливості регулювання моменту і швидкості в сучасних електроприводах використовуються наступні методи частотного управління, такі як:

Найбільшого поширення набули асинхронні електроприводи зі скалярним керуванням. Його використовують в приводах компресорів, вентиляторів, насосів і інших механізмів в яких необхідно утримувати на певному рівні або швидкість обертання валу електродвигуна (застосовується датчик швидкості), або якогось технологічного параметра (наприклад, тиск у трубопроводі, із застосуванням відповідного датчика).

Принцип дії скалярного керування асинхронним двигуном - амплітуда і частота живлячої напруги змінюються по закону U / f ^ n = const, де n> = 1. Те, як буде виглядати ця залежність в конкретному випадку, залежить від вимог, висунутих навантаженням електроприводу. Як правило, в якості незалежного впливу виступає частота, а напруга при певній частоті визначається видом механічної характеристики, а також значеннями критичного і пускового моментів. Завдяки скалярному управління забезпечується постійна перевантажувальна здатність асинхронного двигуна, незалежна від частоти напруги, і все ж при досить низьких частотах може відбутися значне зниження моменту, що розвивається двигуном. Максимальне значення діапазону скалярного управління, при якому можливе здійснення регулювання значення швидкості обертання ротора електродвигуна, без втрати моменту опору не перевищує 1:10.

Скалярний управління асинхронним двигуном досить просто реалізується, але все ж є два значні недоліки. По-перше, якщо на валу не встановлено датчик швидкості, то неможливо здійснювати регулювання значення швидкості обертання валу, оскільки вона залежить від впливає на електропривод навантаження. Установка датчика швидкості з легкістю вирішує дану проблему, але ще одним значним недоліком залишається - відсутність можливості регулювання значення моменту на валу двигуна. Можна звичайно встановити датчик моменту, але вартість подібних датчиків, як правило, перевищує вартість самого електропривода. Причому, навіть якщо встановити датчик управління моментом, то процес управління цим самим моментом виявиться неймовірно інерційним. Ще одне «але» - скалярний управління асинхронним двигуном характеризується тим, що неможливо здійснення одночасного регулювання швидкості і моменту, тому доводиться здійснювати регулювання тієї величини, яка в даний момент часу найбільш важлива в силу умов технологічного процесу.

Щоб усунути недоліки, якими володіє скалярний управління двигуном, ще в 71-му році минулого століття компанією SIEMENS було запропоновано впровадження методу векторного управління двигуном. У перших електроприводах з векторним керуванням використовувалися двигуни, в яких були вбудовані датчики потоку, що значно обмежувало область застосування подібних приводів.

Система управління сучасних електроприводів містить в собі математичну модель двигуна, що дозволяє розрахувати швидкість обертання і момент вала. Причому в якості необхідних датчиків встановлюються тільки датчики струму фаз статора двигуна. Спеціально розроблена структура системи управління забезпечує незалежність і практично безінерційність регулювання основних параметрів - момент вала і швидкість обертання валу.

До сьогоднішнього дня сформувалися такі системи векторного керування асинхронним двигуном:

• Бездатчикового - на валу двигуна відсутній датчик швидкості,
• Системи, що мають зворотний зв'язок по швидкості.

Застосування методів векторного керування залежить від області застосування електроприводу. Якщо діапазон виміру значення швидкості не перевищує 1: 100, а вимоги, що пред'являються до точності, коливаються в межах ± 1,5%, то використовується бездатчикового система управління. Якщо вимірювання швидкості здійснюється в межах досягають значень 1: 10000 і більше, а рівень точності повинен бути досить високим (± 0,2% при частоті обертання нижче 1 Гц), або ж необхідно позиціонувати вал або здійснювати регулювання моменту на валу при низьких частотах обертання , то застосовується система, що має зворотний зв'язок по швидкості.

Переваги векторного методу управління асинхронним двигуном:

• Високий рівень точності при регулюванні швидкості обертання валу, незважаючи навіть на можливу відсутність датчика швидкості,
• Здійснення обертання двигуна на малих частотах відбувається без ривків, плавно,
• Якщо встановлений датчик швидкості, то можна досягти номінального значення моменту на валу навіть при нульовому значенні швидкості,
• Швидке реагування на можливу зміну навантаження - різкі скачки навантаження практично не відображаються на швидкості електроприводу,
• Високий рівень ККД двигуна, за рахунок знижених втрат через намагнічування і нагрівання.

Незважаючи на очевидні переваги, метод векторного управління має і певні недоліки - велика складність обчислень, для роботи необхідне знання параметрів двигуна. Крім усього іншого коливання значення швидкості при постійному навантаженні значно більше, ніж при скалярному методі управління. До речі, існують такі сфери, де використовуються електроприводи виключно зі скалярним методом управління. Наприклад, груповий електропривод, в якому один перетворювач підживлює кілька двигунів.