 |
Скалярное управление электродвигателем
|
|
|
|
Скалярное управление (частотное) - метод управления электродвигателем переменного тока, который заключается в том, чтобы поддерживать постоянным отношение напряжение/частота (В/Гц) во всем рабочем диапазоне скоростей, при этом контролируется только величина и частота питающего напряжения.
Отношение В/Гц вычисляется на основе номинальных значений (напряжения и частоты) контролируемого электродвигателя переменного тока. Поддерживая постоянным значение отношения В/Гц мы можем поддерживать относительно постоянным магнитный поток в зазоре двигателя. Если отношение В/Гц увеличивается тогда электродвигатель становится перевозбужденным и наоборот если отношение уменьшается двигатель находится в недовозбужденном состоянии.
На низких оборотах необходимо компенсировать падение напряжения на сопротивлении статора, поэтому отношение В/Гц на низких оборотах устанавливают выше чем номинальное значение. Скалярный метод управления наиболее широко используется для управления асинхронными электродвигателями.
При скалярном методе управления, скорость асинхронного электродвигателяконтролируется установкой величины напряжения и частоты статора, таким образом, чтобы магнитное поле в зазоре поддерживалось на нужной величине. Для поддержания постоянного магнитного поля в зазоре, отношение В/Гц должно быть постоянным на разных скоростях. При увеличении скорости напряжение питания статора так же должно пропорционально увеличиваться. Однако синхронная частота асинхронного двигателя не равна частоте вращения вала, а скольжение асинхронного двигателя зависит от нагрузки. Таким образом система контроля со скалярным управлением без обратной связи не может точно контролировать скорость при наличии нагрузки. Для решения этой задачи в систему может быть добавлена обратная связь по скорости, а следовательно и компенсация скольжения [2].
|
|
|
Скалярное управление электродвигателями переменного тока - хорошая альтернатива для приложений, где нет переменной нагрузки и не требуется хорошая динамика (вентиляторы, насосы). Для работы скалярного управления не требуется датчик положения ротора, а скорость ротора может быть оценена по частоте питающего напряжения. Когда используется скалярное управление, не требуется высокопроизводительный цифровой сигнальный процессор как в случае с векторным управлением.
Недостатки скалярного управления:
При скалярном управлении электродвигателем токи статора не контролируются на прямую.
СДПМ со скалярным методом управления может легко стать неуправляемым (выйти из синхронного состояния) особенно когда момент нагрузки превышает значение предельного момента электропривода. Скалярный метод не подходит для контроля СДПМ на низких оборотах для приложений, требующих высокую динамику.
Метод скалярного управления относительно прост в реализации, но обладает несколькими существенными недостатками:
· во-первых, если не установлен датчик скорости нельзя управлять скоростью вращения вала асинхронного двигателя, так как она зависит от нагрузки (наличие датчика скорости решает эту проблему), а вслучае с синхронным двигателем при изменении нагрузки - можно совсем потерять управление;
· во-вторых, нельзя управлять моментом. Конечно, эту задачу можно решить с помощью датчика момента, но стоимость его установки очень высока, и будет скорее всего выше самого электропривода. При этом управление моментом будет очень инерционным;
· также нельзя управлять одновременно моментом и скоростью.
Скалярное управление достаточно для большинства задач в которых применяется электропривод с диапазоном регулирования частоты вращения двигателя до 1:10.
|
|
|
Когда требуется максимальное быстродействие, возможность регулирования в широком диапазоне скоростей и возможность управления моментом электродвигателя используется векторное управление.
Многие производственные машины и механизмы в соответствии с выполняемыми ими технологическими операциями должны работать в 4-х квандрантах плоскости механических характеристик - в двигательном и тормозном режимах в двух направлениях движения (подъемно-транспортные механизмы, гребные электрические установки и т. п.). Вследствие того, что примерно половину своего рабочего времени приводы кранов и лифтов обычно действуют в генераторных режимах (режим спуска груза и груженой кабины лифта), то при частотном управлении электроприводами таких механизмов весьма актуальной является реализация режима рекуперативного торможения с возвратом энергии в питающую сеть, что связано с использованием 4-х квандрантного преобразователя частоты.
Традиционное исполнение преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем на входе и ШИМ инвертором напряжения на выходе не позволяет выполнять рекуперацию энергии, и она рассеивается на резисторе РГТ в режиме генераторного торможения.
Обеспечить работу электропривода в 4 квадрантах механической характеристики и существенно повысить его КПД позволяет использование рекуперативных блоков (в литературе обозначаются также терминами "активный выпрямитель", "активный фильтр", Active Front End).
Рекуперативные блоки (рисунок3.26) выполняются на базе трехфазного мостового активного выпрямителя ВА на базе IGBT-транзисторов. Питание ВА от сети осуществляется через реактор L и резонансный фильтр РФ, предназначенный для подавления радиопомех. К выходу рекуперативного подключен силовой фильтр ФС, блок генераторного торможения и АИН.
Такая схема позволяет:
-обеспечивать работу асинхронной машины в четырех квадрантах механической характеристики;
-рекуперировать энергию в питающую сеть;
-обеспечить значение входного коэффициента мощности, близкое к единице;
-поддерживать среднее значение выпрямленного напряжения на заданном уровне при снижении питающего напряжения.
|
|
|
Силовые модули мостов сетевого выпрямителя и автономного инвертора идентичны. Сглаживающие реакторы L позволяют уменьшить аварийные токи и влияние преобразователя на питающую сеть.
Системой управления обеспечивается управление силовой частью в четырех определяющих режимах:
1) в двигательном режиме работы АД (1-й и 3-й квадранты механической характеристики АД) с потреблением электрической энергии из сети;
2) в генераторном режиме работы АД (2-й и 4-й квадранты механической характеристики АД) с рекуперацией механической энергии в сеть;
3) в режиме самопитания (СП), использующего механическую энергию выбегающего АД для замедления снижения его частоты вращения;
4) в режиме генераторного торможения на резистор.
Рисунок 3.26. – Функциональная схема ПЧ с рекуператором электрической энергии: РФ - резонансный фильтр, L - реактор (дроссель), ВА - выпрямитель активный, ФС - фильтр силовой, ТГТ и РГТ - транзистор и резистор генераторного торможения, АИН - автономный инвертор напряжения, СУ - система управления на ЦСП, ФИ - формирователи импульсов, УВ - устройство ввода/вывода (драйвер), ПУ - пульт управления
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем заключается принцип скалярного управления?
2. В чем состоят преимущества и недостатки скалярного управления?
3. Поясните принцип действия преобразователя частоты.
Литература [1-5]
|
|
|
