Векторне і скалярний управління асинхронним двигуном (відео)

Електропривод сьогодні є основою більшості підйомно-транспортних, обробних комплексів. Одним із способів їх плавною роботи є векторне управління асинхронним двигуном, що перетворює електричну енергію в механічну - обертання приводного вала і пов'язаних з ним механізмів. Що це таке, які принципи при цьому використовуються, постараємося розібратися далі.

• Що таке асинхронний двигун?
• Як можна керувати швидкістю обертання двигуна?
• Форми і схема векторного управління
• Управління частотними контролерами

Що таке асинхронний двигун?

Перш ніж переходити до моделі, алгоритмам і системам керування електроприводом, потрібно точно знати, що він собою являє. Це дозволяє виявити в його ланцюга такі моменти, які можна буде використовувати для організації плавного зміни ключових характеристик (частота / швидкість обертання, напруга). Відповідно, можна визначити параметри контролера, розробити технологічні карти для його розміщення в шафі і обслуговування.

Робота будь-якого асинхронного двигуна базується на порушенні на контактних обмотках магнітного поля при подачі електрики від шафи управління. Воно виникає на статорі - нерухомої частини двигуна, яка складається з кільцевого сердечника (магнітопровода), зібраного з окремих металевих пластин. Кожна з них має концентричні пази на внутрішній стороні кільця, які при поєднанні утворюють поздовжні пази. Вони служать для намотування дроту, що становить основу обмотки статора.

Також асинхронний двигун має рухому частину - ротор, поєднаний з приводним валом. Він також має пластинчастий сердечник з пазами, але вже на зовнішній стороні. Замість дроту використовуються мідні прутки, які по краях замикаються пластинами (такий варіант двигуна називається з короткозамкненим ротором).

За рахунок того, що частоти обертання магнітних полів статора і ротора відрізняються, в обмотках останнього за рахунок індукції наводиться електричний струм. Він, в свою чергу, спонукає електромагнітну силу, що приводить ротор в рух (обертання). Різниця частот зазвичай називається ковзанням. Його величина становить близько 2 ... 10%.

Як можна керувати швидкістю обертання двигуна?

Очевидно, що двигун в звичайному режимі роботи від мережі (електричної шафи) має стандартну швидкість / частоту обертання. Це обмежує пряме його використання, змушуючи застосовувати різні редукторні механізми для зниження частоти до необхідної. Але навіть тоді немає можливості динамічно міняти оберти, а разом з ними, потужність, подачу, оскільки все одно залишаються фіксованими частоти на виході з двигуна і редуктора. Для розширення існуючих рамок використовують різні способи управління асинхронним двигуном (частотні, імпульсні, фазні і т. Д), які можна розділити на дві великі групи:

1. Скалярний управління. Як правило, використовується на приводних двигунах компресорних, вентиляційних, насосних і інших механізмів, де потрібно контроль швидкості обертання або будь-якого іншого параметра, пов'язаного з датчиками;
2. Векторне управління. Це вдосконалена концепція, яка передбачає роздільний, незалежний контроль, зміна моменту і магнітного потоку. Токосцепленіе ротора підтримується на постійному рівні, що дозволяє зберегти максимальний показник моменту.

Управління асинхронним двигуном

Відмінність скалярного від векторного управління якраз полягає в можливості здійснення контролю збудження (потоку). Фактично, асинхронний двигун представляється як двигун постійного струму, який має незалежні один від одного обмотки. Такий підхід дозволяє створити подібну математичну модель системи роботи контролера.

Наші Новомосковсктелі рекомендують!

Для економії на платежах за електроенергію наші Новомосковсктелі радять "Економітель енергії Electricity Saving Box". Щомісячні платежі стануть на 30-50% менше, ніж були до використання економітеля. Він прибирає реактивну складову з мережі, в результаті чого знижується навантаження і, як наслідок, струм споживання. Електроприлади споживають менше електроенергії, знижуються витрати на її оплату.

Форми і схема векторного управління

Всі існуючі на сьогодні системи векторного керування роботою двигунів можна розділити на дві групи:

1. Датчикову. Блок управління роботою двигуна має з ним зворотний зв'язок по швидкості, за допомогою розташування на валу відповідних датчиків;
2. Бездатчикового. Це системи, які працюють без датчиків швидкості на основному валу.

Датчикову системи є більш складними, так як точність контролю складає 1: 10000. Бездатчикового системи працюють на рівні не більше 1: 100. Все частотники з урахуванням рівня створюваних перешкод встановлюються в центральних або окремих шафах.

Якщо уявити все вище сказане як наочну схему, то вийде щось таке:

Тут можна бачити такі ключові компоненти системи управління, як:

• АТ - власне, асинхронний двигун (об'єкт контролю);
• БРП - логічний блок регуляторів для змінних рівняння;
• БВП - логічний блок, який відповідає за обчислення по змінним;
• БЗП - блок, що задає значення змінних;
• ДС - датчик швидкості на валу двигуна;
• АІН ШІМ - блок амплітудно-імпульсної / широтно-імпульсної модуляції.

Те, що на схемі відображено у вигляді блоків, на практиці є всього лише параметрическими елементами ланцюга управління, яка реалізується на мікроконтролері. Відповідно, сам контролер і супутні виконавчі механізми монтуються в електричну шафу. Для правильного монтажу розробляється технологічна карта.

Управління частотними контролерами

Сучасні перетворювачі частоти струму / напруги працюють і по скалярному, і по векторному варіанті, використовуючи параметричні математичні моделі, реалізовані в програмному коді вбудованого мікроконтролера. Частотники електронного типу працюють на тиристорних мостових схемах і включають такі основні компоненти:

• Випрямляч - тиристорний або транзисторний міст, що перетворює змінний струм в постійний;
• Інвертор - блок АІМ / ШІМ, що працює за зворотним принципом, тобто перетворює постійний струм в змінний.

Оскільки такий перехід так чи інакше впливає на форму графіка вихідної напруги, то блоковий контролер / Частотники може використовувати в схемі дроселя і спеціальні ЕМС фільтри. Останні застосовують для зниження інтенсивності електромагнітних завад.

Управління частотними контролерами

Центральний контролер забезпечує параметричне управління схемою, а також допоміжними завданнями, наприклад, діагностикою стану, захистом від перевантажень і т. П. Сам Частотники зазвичай монтується в окремий шафа, щоб зменшити електромагнітні перешкоди на обладнання.

В цілому, векторне управління асинхронним двигуном, організоване на сучасному контролері і перетворювачі частоти, дозволяє домогтися плавного регулювання ключових величин, а також побічних параметрів роботи обладнання. Зважаючи на наявність електромагнітних завад при роботі, частотники зазвичай розміщують окремо від основного електричної шафи.