Vektorjuhtimise põhimõte. Asünkroonse mootori vektorjuhtimine. Vektorikontrolli meetodite klassifikatsioon

Elektriajami sagedusjuhtimise projekteerimisel on vaja ehitada piisavad mudelid, mis võtavad täielikult arvesse mootoris toimuvate elektromehaaniliste protsesside eripära. Mudelite testimiseks on vaja neid võrrelda tegelikel seadmetel füüsiliselt teostatud protsessiga, sellega seoses on vaja kindlaks määrata päris elektrimootorite parameetrid, et kontrollida mudeli adekvaatsust. Artiklis kirjeldatakse asünkroonse elektrimootori vektorjuhtimise matemaatilist mudelit. Mudel võimaldab jälgida elektromehaanilisi protsesse elektrimootoris selle töötamise ajal. Saadi graafikud elektrimootori käivitamist iseloomustavatest mehaanilistest ja elektrilistest siirdeprotsessidest. Vektorjuhtimisega elektrimootori mehaaniline karakteristik on konstrueeritud, mis näitab selgelt koormuse ulatuse suurenemist. Hinnati mudeli adekvaatsust. Matemaatilised katsed ja mudelite loomine viidi läbi graafilises simulatsioonikeskkonnas Simulink, Matlab paketi rakenduses.

inverter

matemaatiline mudel

mehaanilised omadused

vektorjuhtimine

asünkroonne mootor

1. Vinogradov A.B. Vahelduvvoolu elektriajamite vektorjuhtimine / V.I. nimeline Ivanovo Riiklik Energiaülikool. Lenin". – Ivanovo, 2008. – 297 lk.

2. Likhodedov A.D. Asünkroonmootori mehaanilise karakteristiku konstrueerimine ja selle testimine // Kaasaegsed küsimused teadus ja haridus. – 2012. – nr 5. – URL: http://www..09.2012).

3. Usoltsev A.A. Asünkroonsete mootorite vektorjuhtimine: õpetus elektromehaanilise tsükli erialadel. – Peterburi, 2002.

4. Šuvalov G.A. Elektrienergia säästmine sagedusmuunduri abil // Elektriseadmed: käitamine ja remont. – 2012. – nr 2.

5. Blaschke, F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage für die Transvector-Regelung von Drehfeldmaschinen (saksa keeles), Siemens-Zeitschrift 45, Heft 10, 1971.

6. PLC – see on lihtne!! Vektorjuhtimine. – URL: http://plc24.ru/vektornoe-upravlenie/ (juurdepääsu kuupäev: 12.09.2012).

Asünkroonse elektriajami arendamine vektorjuhtimisega

Vahelduvvoolu elektriajamite juhtimiseks, mis kasutavad energiamuundurina pooljuhtsagedusmuundureid, on tavaks eristada kahte peamist meetodit: sagedus ja vektor.

Sagedusjuhtimisega realiseerub elektriajamis üks sagedusjuhtimise staatilistest seadustest (näiteks , jne). Juhtsüsteemi väljundis genereeritakse ülesanne inverteri väljundpinge sageduse ja amplituudi kohta. Selliste süsteemide kasutusala: asünkroonne elektriajam, millel ei ole kõrgendatud staatilisi ja dünaamilisi nõudeid, ventilaatorid, pumbad ja muud üldised tööstuslikud mehhanismid.

Vektorjuhtimise korral toimub juhtimine muutujate hetkeväärtuste alusel. Digitaalsetes vektorsüsteemides saab juhtimist teostada samaväärsete (juhtimise diskreetse intervalli keskmistamisega) muutujate abil.

1971. aastal pakkus Blaschke välja asünkroonse mootori juhtimissüsteemi konstrueerimise põhimõtte, mis kasutas mootori vektormudelit koordinaatsüsteemi orientatsiooniga piki rootori vooühendust. Seda põhimõtet nimetatakse ka otseseks pöördemomendi juhtimiseks. Vektorjuhtimine võimaldab oluliselt suurendada juhtimisulatust, juhtimistäpsust ja suurendada elektriajami kiirust. See meetod tagab mootori pöördemomendi otsese juhtimise.

Pöördemomendi määrab staatori vool, mis loob põneva magnetvälja. Pöördemomendi otsesel juhtimisel on vaja lisaks amplituudile muuta ka staatori voolu faasi ehk vooluvektorit. Siit pärineb mõiste "vektori juhtimine".

Vooluvektori ja sellest tulenevalt ka staatori magnetvoo asendi reguleerimiseks pöörleva rootori suhtes on igal ajal vaja teada rootori täpset asukohta. Probleem lahendatakse kas rootori välise asendianduri abil või rootori asendi määramisel arvutustega, kasutades mootori muid parameetreid. Nende parameetritena kasutatakse staatori mähiste voolusid ja pingeid.

Odavam on vektorjuhtimisega muutuva sagedusega ajam ilma kiiruse tagasiside andurita, kuid vektorjuhtimine nõuab suurt helitugevust ja suur kiirus arvutused sagedusmuundurilt. Lisaks on pöördemomendi otseseks juhtimiseks madalatel nullilähedastel pöörlemissagedustel võimatu töötada muutuva sagedusega elektriajamiga ilma kiiruse tagasisideta. Vektorjuhtimine kiiruse tagasiside anduriga annab juhtimisvahemiku kuni 1:1000 ja rohkem, kiiruse reguleerimise täpsus on sajandikprotsent, pöördemomendi täpsus on mõni protsent.

IM-i ja SM-i toide vektorjuhtimisrežiimis toimub inverterist, mis suudab igal ajal tagada staatori pinge (või voolu) vektori vajaliku amplituudi ja nurgaasendi. Rootori voo seosevektori amplituudi ja asendit mõõdetakse vaatleja abil (matemaatiline seade, mis võimaldab taastada süsteemi mõõtmata parameetreid). Olenevalt elektriajami töötingimustest on võimalik elektrimootorit juhtida nii tavalise täpsusega režiimides kui ka kiiruse või pöördemomendi ülesande töötlemise kõrgendatud täpsusega režiimides. Näiteks sagedusmuundur tagab U/f režiimis pöörlemiskiiruse säilitamise täpsuse ±2-3%, ilma kiirusandurita vektorjuhtimise korral ±0,2%, kiiruseanduriga täisvektorjuhtimise korral täpsusega ± 2-3%. 0,01% on ette nähtud.

Üldine põhimõte IM vektorjuhtimine

Tulevikus kasutame järgmisi koordinaatsüsteemide indekseid: a-b - fikseeritud koordinaatsüsteem (), mis on orienteeritud piki staatori mähise faasi a telge; x-y - koordinaatsüsteem, mis pöörleb sünkroonselt rootoriga () ja on orienteeritud piki selle mähise faasitelge a; d-q - koordinaatsüsteem, mis pöörleb sünkroonselt rootori vooühendusega () ja on selle suunas orienteeritud; m-n on suvalise orientatsiooniga koordinaatsüsteem, mis pöörleb suvalise kiirusega.

IM juhtimissüsteemi modelleerimise ja konstrueerimise üldpõhimõte seisneb selles, et selleks kasutatakse koordinaatsüsteemi, mis on pidevalt orienteeritud mis tahes elektromagnetilist pöördemomenti määrava vektori suunas. Siis on selle vektori projektsioon teisele koordinaatteljele ja vastav liige elektromagnetilise pöördemomendi avaldises võrdne nulliga ja vormiliselt on see identne alalisvoolumootori elektromagnetilise pöördemomendi avaldisega, mis on võrdeline suurusjärgus armatuuri voolu ja peamise magnetvoo suhtes.

Kui koordinaatsüsteem on orienteeritud piki rootori voo ühendust ( ) hetke saab esitada järgmiselt:

, (1)

kus on rootori ahela lekkeinduktiivsus, magnetiseerimisahela induktiivsus, pooluste paaride arv ja staatori voolude projektsioon koordinaatsüsteemi telgedele.

Seda väljendit kasutades on võimalik, kui rootori voo ühendus on konstantne, juhtida elektromagnetilist pöördemomenti, muutes staatori voolu projektsiooni ristteljele. Suurt rolli mängib juhtimissüsteemi konstrueerimise võrrandi valik, sest paljusid koguseid, eriti lühise vererõhu puhul, ei saa mõõta. Lisaks mõjutab see valik oluliselt süsteemi ülekandefunktsioonide keerukust, suurendades mõnikord võrrandite järjekorda mitu korda.

IM-vektori juhtimissüsteemi loomiseks peate valima vektori, mille suhtes koordinaatsüsteem orienteerub, ja vastava elektromagnetilise pöördemomendi avaldise ning seejärel määrama staatori ja/või võrranditest selles sisalduvad suurused. rootori ahel (2):

, (2, a)

, (2, b)

kus on staatori mähiste pinge vektorkujul; - staatori ja rootori mähiste aktiivne takistus; komponendid on seotud vooluühenduse muutustega aja jooksul, mis on tingitud voolude muutumisest ajas ja neid nimetatakse transformatsiooni-EMF-iks analoogselt selle ergastusprotsessidega vastavas elektrimasinas; komponendid , - on seotud rootori pöörlemisest tingitud vooühenduse muutumisega ja neid nimetatakse rotatsiooni emf.

Kui valime võrdlusvektoriks rootori vooühenduse ja suuname koordinaatsüsteemi piki seda nii, et selle tegelik telg langeb kokku suunaga , siis on koordinaatsüsteemi pöörlemisnurk võrdne staatori toiteallika nurksagedusega, aastast Staatori ja rootori voovektorid pöörlevad sama sagedusega. Rootori voo ühendusvektori kasutamine tagab teoreetiliselt IM-i suurema ülekoormusvõime.

Sel juhul on staatori vooluvektori projektsioonid, võttes arvesse asjaolu, et , on võrdsed:

(3)

kus on rootori elektromagnetiline ajakonstant.

Väljendame rootori vooühendust ja nurksagedust:

(4)

Seega saab staatori voolu projektsiooni kasutades juhtida rootori vooühendust ja selle kanali ülekandefunktsioon vastab aperioodilisele lingile, mille ajakonstant on võrdne rootori ajakonstandiga; ja projektsiooni abil on võimalik iseseisvalt ja inertsivabalt juhtida rootori sagedust.

Sel juhul saab IM elektromagnetilise pöördemomendi määrata, teades rootori voolude sagedust antud vooühenduse jaoks:

, (5)

Avaldised - määrake seos staatori voolu projektsioonide vahel koordinaattelgedel, vooühenduse, rootori sageduse ja IM elektromagnetilise pöördemomendi vahel. Liikumise avaldisest ja võrrandist järeldub, et pöördemomenti saab inertsivabalt juhtida kahe sisendsignaaliga: vooühendus ja rootori sagedus. Need signaalid on avaldiste kaudu seotud staatori vooluvektori projektsioonidega. Seetõttu sisaldab vektorjuhtimisseade koordinaatide lahtisidumise seadet (RC), mis teostab teisendusi vastavalt avaldistele (3), samuti rotaatorit, mis pöörab staatori vooluvektorit IM-i rootori pöörlemisele vastupidises suunas. Juhtseadme sisendsignaalid on lineaarne võrgupinge ja toitepinge sagedus, mis vastavad vooühendusele ja rootori sagedusele. Koordinaatide lahtisidumise ploki nimi tuleneb selle funktsioonist genereerida staatori vooluvektori sõltumatutele (lahtisidestatud, eraldatud) projektsioonidele vastavaid signaale (joonis 1).

Riis. 1. Koordinaatide lahtisidumise ploki plokkskeem.

Elektromagnetilise pöördemomendi (5) avaldisest ja üldisest liikumisvõrrandist saame IM-i ülekandefunktsiooni rootori sageduse juhtimiskanali kaudu:

kus on mehaaniline ajakonstant. See ülekandefunktsioon on täielikult kooskõlas alalisvoolumootoriga, seega ei erine IM vektorjuhtimisega elektriajamisüsteemide ehitus alalisvooluajamitest.

Tuleb märkida, et juhtseade saab oma funktsioone täita ainult tingimusel, et selle linkide edastusfunktsioonides sisalduvad IM parameetrid vastavad tegelikele väärtustele, vastasel juhul muutub vooühendus ja rootori sagedus IM-is ja juhtseadmes. erinevad üksteisest. See asjaolu tekitab olulisi raskusi vektorjuhtimissüsteemide rakendamisel praktikas, kuna vererõhu parameetrid muutuvad töö ajal. See kehtib eriti aktiivsete takistuste väärtuste kohta.

Koordinaatide teisenduste matemaatiline kirjeldus

Kui praegune vektor on kujutatud fikseeritud koordinaatsüsteemis (a, b), siis üleminek uus süsteem Koordinaadid (x,y), mis on algse suhtes teatud nurga võrra pööratud (joonis 2a), tehakse kompleksarvude argumentide järgmisest seosest:

Või (7)

Riis. 2. Üldistatud vooluvektor sisse erinevaid süsteeme koordinaadid

Konstantse nurksagedusega pöörleva koordinaatsüsteemi puhul on nurk võrdne .

Koordinaatide teisenduse saab laiendatud kujul kirjutada järgmiselt:

Siit leiate vektori komponendid maatriksi kujul:

, (9)

kus , on vastavate mähiste voolude hetkväärtused.

IM vektorjuhtimissüsteemi vajalik element on rotaator, mis teisendab vektori koordinaate vastavalt avaldisele (9).

Muutujate teisendamiseks koordinaatsüsteemist (d,q) koordinaatsüsteemi (a, b) kasutame järgmisi võrrandeid:

kus γ on välja orientatsiooninurk. Rotaatori plokkskeem on näidatud joonisel 3.

Riis. 3. Rotaatori plokkskeem.

Vererõhu matemaatiline mudel

Asünkroonmootorit modelleeritakse koordinaatsüsteemis - α, β. Sellele koordinaatsüsteemile vastavaid võrrandeid kirjeldab võrrandisüsteem:

(11)

kus: , , , - staatori ja rootori vooühendusvektorite komponendid koordinaatsüsteemides; , - staatori pingevektori komponendid koordinaatsüsteemides; - staatori ja rootori mähiste aktiivne takistus; - staatori ja rootori mähiste (17), (18) summaarsed induktiivsused - staatori ja rootori (12), (13) elektromagnetilised sidestustegurid; p - pooluste paaride arv; - rootori mehaaniline kiirus; J on mootori rootori inertsimoment; - mootori võlli takistusmoment.

Mähiste koguinduktiivsuse väärtused ning staatori ja rootori elektromagnetiliste sidestustegurite väärtused arvutatakse valemite abil:

kus: - lekkeinduktiivsus; - magnetiseerimisahela induktiivsus,

kus: - staatori ja rootori mähiste induktiivne lekketakistus; - magnetiseerimisahela induktiivne reaktants; f on staatorile antud pinge sagedus.

Lahendades diferentsiaalvõrrandi süsteemi koordinaatides (11), on võimalik saada olekumuutujate (näiteks pöördemoment ja kiirus) dünaamiline mehaaniline karakteristik ja ajalised karakteristikud, mis annavad aimu mootoris toimuvatest protsessidest. . Mootori staatorimähisele antud pinge komponendid arvutatakse järgmise valemi abil:

(19)

kus U on staatorile antud pinge efektiivne väärtus.

Võrrandite lahendamine taandub mõlema vasaku ja parema külje integreerimisele diferentsiaalvõrrand süsteemid:

(20)

Praegused sõltuvused arvutatakse võrrandite abil:

(21)

AD DMT f 011-6у1 passiandmed on toodud artiklis.

Joonisel 4 on kujutatud staatorivooluga juhitava IM mudelit koordinaatsüsteemis, mis on orienteeritud piki rootori vooühendust.

Riis. 4. IM vektorjuhtimismudel Simulink keskkonnas:

AD - asünkroonmootor;

УУ - juhtimisseade, sealhulgas: RK - koordinaatide lahtisidumise seade, R - rotaator;

N on koormus, mis võtab arvesse ka laagrite takistust.

IM vektorjuhtimismudel võimaldab jälgida asünkroonmootoris selle töö ajal toimuvaid elektromagnetilisi protsesse.

Järgmisel graafikul (joonis 5) on näidatud modelleerimisel saadud vektorjuhtimisega elektrimootori mehaanilised omadused, võrreldes kontrollerita elektrimootori mehaaniliste omadustega, mis on saadud täismahus katses.

Riis. 5. Mehaaniliste omaduste võrdlus.

Nagu graafikult näha, muutub vektorjuhtimise korral asünkroonmootori mehaaniline karakteristik jäigaks, mille tulemusena laieneb ülekoormusvahemik. Iseloomulikud väärtused vahemikus 0 kuni 153 Nm erinevad veidi, viga on vaid 1,11%, seetõttu peegeldab saadud matemaatiline mudel adekvaatselt reaalse mootori tööd ja seda saab kasutada inseneripraktikas katsete läbiviimiseks.

Järeldus

Vektorjuhtimise kasutamine võimaldab otse juhtida elektrimootori elektromagnetilist pöördemomenti, muutes toitepinge amplituudi ja faasi. Asünkroonse mootori vektorjuhtimiseks tuleb see esmalt taandada lihtsustatud kahepooluseliseks masinaks, millel on staatoril ja rootoril kaks mähist, mille järgi on staatori, rootori ja väljaga seotud koordinaatsüsteemid. Vektorjuhtimine eeldab olemasolu juhtlingis matemaatiline mudel reguleeritav elektrimootor.

Kirjeldatud mudeli tööst saadud mehaanilised omadused kinnitavad teoreetilist teavet vektorjuhtimise kohta. Mudel on piisav ja seda saab kasutada edasisteks katseteks.

Arvustajad:

Shvetsov Vladimir Aleksejevitš, tehnikateaduste doktor, RES KamtšatSTU osakonna professor, Petropavlovsk-Kamtšatski.

Potapov Vadim Vadimovitš, tehnikateaduste doktor, Kaug-Ida föderaalülikooli filiaali professor, Petropavlovsk-Kamtšatski.

Bibliograafiline link

Likhodedov A.D., Portnyagin N.N. ASÜNKROONSE ELEKTRIAJAMI VEKTORJUHTIMISE MODELLEERIMINE // Teaduse ja hariduse kaasaegsed probleemid. – 2013. – nr 1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=8213 (juurdepääsu kuupäev: 01.02.2020). Toome teie tähelepanu kirjastuse "Loodusteaduste Akadeemia" poolt välja antud ajakirjad

Kõige tuntum energiasäästu meetod on vahelduvvoolumootori kiiruse vähendamine. Kuna võimsus on võrdeline võlli pöörlemissageduse kuubikuga, võib väike kiiruse vähendamine kaasa tuua märkimisväärse energiasäästu. Kõik saavad aru, kui asjakohane see on tootmise jaoks. Aga kuidas seda saavutada? Vastame sellele ja teistele küsimustele, kuid kõigepealt räägime asünkroonsete mootorite juhtimistüüpidest.

Vahelduvvoolu elektriajam on elektromehaaniline süsteem, mis on enamiku tehnoloogiliste protsesside aluseks. Tähtis roll see kuulub sagedusmuundurisse (FC), mis vastab pealkirjale “mängib dueti põhiviiulit” – asünkroonmootor (IM).

Natuke elementaarset füüsikat

Koolist saadik on meil selge arusaam, et pinge on kahe punkti potentsiaalide erinevus ja sagedus on väärtus, mis võrdub perioodide arvuga, mille vool suudab sõna otseses mõttes sekundis läbida.

Sees tehnoloogiline protsess Sageli peate muutma võrgu tööparameetreid. Selleks on sagedusmuundurid: skalaar ja vektor. Miks neid nii kutsutakse? Alustame sellest, et iga tüübi eripärad selguvad nende nimest. Pidagem meeles elementaarfüüsika põhitõdesid ja lubagem endal nimetada IF-i lihtsuse huvides lühemaks. “Vectornik” on kindla suunaga ja järgib vektorite reegleid. "Scalarnik" ei sisalda seda, seega on selle juhtimise algoritm loomulikult väga lihtne. Tundub, et nimed on otsustatud. Nüüd räägime sellest, kuidas erinevad matemaatiliste valemite füüsikalised suurused on omavahel seotud.

Pea meeles, et niipea kui kiirus väheneb, suureneb pöördemoment ja vastupidi? See tähendab, et mida suurem on rootori pöörlemine, seda suurem voog läbib staatorit ja sellest tulenevalt indutseeritakse suurem pinge.

Sama põhimõte seisneb ka vaadeldavate süsteemide tööpõhimõttes, ainult “skalaaris” juhitakse staatori magnetvälja ning “vektoris” mängib staatori ja rootori magnetväljade vastastikmõju. Viimasel juhul võimaldab tehnoloogia parandada jõuseadme töö tehnilisi parameetreid.

Konverterite tehnilised erinevused

Erinevusi on palju, toome välja kõige elementaarsemad ja ilma teadusliku sõnavõrguta. Skalaarse (sensorita) sagedusdraiveri puhul on U/F suhe lineaarne ja kiiruse reguleerimise vahemik on üsna väike. Muide, seetõttu pole madalatel sagedustel pöördemomendi säilitamiseks piisavalt pinget ja mõnikord on vaja pinge-sageduskarakteristikut (VFC) kohandada vastavalt töötingimustele, sama juhtub maksimaalse sagedusega üle 50 Hz .

Võlli pöörlemisel laias pöörete ja madalsagedusvahemikus ning automaatse pöördemomendi juhtimise nõuete täitmisel kasutatakse tagasisidega vektorjuhtimismeetodit. See toob esile veel ühe erinevuse: skalaaril tavaliselt sellist tagasisidet pole.

Milliseid hädaolukordi valida? Ühe või teise seadme rakendamine juhindub peamiselt elektriajami kasutusalast. Kuid erijuhtudel muutub sagedusmuunduri tüübi valik valikuvabaks. Esiteks: on selge, tuntav hinnavahe (skalaarsed on palju odavamad, pole vaja kalleid arvutussüdamike). Seetõttu kaalub odavam tootmine mõnikord üles otsustusprotsessi. Teiseks: on kasutusvaldkondi, kus on võimalik ainult nende kasutamine, näiteks konveierliinidel, kus ühest (VFD) juhitakse sünkroonselt mitut elektrimootorit.

Skalaarne meetod

Asünkroonne elektriajam koos skalaarse kiiruse reguleerimisega (st VFC) on tänapäeval kõige levinum. Meetodi aluseks on see, et mootori kiirus on funktsioon väljundsagedusest.

Skalaarne mootori juhtimine - optimaalne valik juhtudel, kui pole muutuvat koormust, samuti pole vaja head dünaamikat. Skalaar ei vaja töötamiseks andureid. Selle meetodi kasutamisel pole vaja kallist digitaalprotsessorit, nagu vektorjuhtimise puhul.

Meetodit kasutatakse sageli ventilaatorite, kompressorite ja muude agregaatide automaatjuhtimiseks, siin on nõutav kas mootori võlli pöörlemiskiiruse hoidmine anduri abil või muu määratud indikaator (näiteks vedeliku temperatuur, juhitav sobiva jälgimisseadme abil).

Skalaarjuhtimise korral määratakse toitepinge sagedus-amplituudi muutus valemiga U/fn = const. See võimaldab mootoris pidevat magnetvoogu. Meetod on üsna lihtne, hõlpsasti rakendatav, kuid mitte ilma oluliste puudusteta:

Pöördemomenti ja kiirust ei ole võimalik samaaegselt juhtida, seega valitakse tehnoloogilisest seisukohast kõige olulisem väärtus;
kitsas kiiruse reguleerimise vahemik ja madal pöördemoment madalatel pööretel;
halb jõudlus dünaamiliselt muutuva koormuse korral.

Mis on vektormeetod?

Vektormeetod

See tekkis täiustamise käigus ja seda kasutatakse siis, kui on vaja realiseerida maksimaalne kiirus, reguleerimine laias kiirusvahemikus ja võlli pöördemomendi juhitavus.

Viimastes elektriajamite mudelites on seda tüüpi juhtimissüsteemi (CS) sisse viidud mootori matemaatiline mudel, mis on võimeline arvutama mootori pöördemomenti ja võlli pöörlemiskiirust. Sellisel juhul on vajalik ainult staatori faasivoolu andurite paigaldamine.

Tänapäeval on neil piisavalt palju eeliseid:

kõrge täpsus;
ilma tõmblemiseta, vererõhu sujuv pöörlemine;
lai reguleerimisala;
kiire reageerimine koormuse muutustele;
tagades mootori töörežiimi, kus kuumutamisest ja magnetiseerimisest tulenevad kaod vähenevad ning see toob kaasa hinnalise efektiivsuse tõusu!

Eelised on muidugi ilmsed, kuid vektorjuhtimismeetodil pole ka puudusi, nagu arvutuslik keerukus ja teadmiste vajadus. tehnilised näitajad PÕRGUS. Lisaks täheldatakse suuremaid kiiruse kõikumiste amplituudid kui "skalaaris" pideva koormuse korral. peamine ülesanne sagedusmuunduri ("vektori") valmistamisel - kõrge pöördemomendi tagamine madalal pöörlemiskiirusel.

Impulsi laiuse modulatsioonimooduliga (PWM) vektorjuhtimissüsteemi diagramm näeb välja umbes selline:

Näidatud diagrammil on juhitav objekt asünkroonmootor, mis on ühendatud võllil oleva anduriga (DS). Kujutatud plokid on tegelikult kontrollerile rakendatud juhtimissüsteemi ahela lülid. BZP plokk määrab muutujate väärtused. Loogilised plokid (BRP) ja (BVP) reguleerivad ja arvutavad võrrandi muutujaid. Kontroller ise ja muud süsteemi mehaanilised osad asuvad elektrikilbis.

Võimalus koos sagedusmikrokontrolleriga

Voolu/pinge sagedusmuundur on mõeldud põhikoguste, aga ka muude seadmete töönäitajate sujuvaks reguleerimiseks. See toimib samaaegselt "skalaari" ja "vektorina", kasutades sisseehitatud mikrokontrollerisse programmeeritud matemaatilisi mudeleid. Viimane on paigaldatud spetsiaalsesse kilbi ja on üks ühikutest infovõrk automatiseerimissüsteemid.

Plokikontroller/sagedusmuundur on uusim tehnoloogia, nendega vooluringis on kasutusel induktiivpoolid, mis vähendavad sisendmüra intensiivsust. Tuleb märkida, et välismaal see küsimus Erilist tähelepanu pööratakse Kodumaises praktikas jääb EMC-filtrite kasutamine endiselt nõrgaks lüliks, kuna puudub isegi mõistlik reguleeriv raamistik. Filtreid ise kasutame sagedamini seal, kus neid ei vajata ja kus neid tõesti vaja läheb, millegipärast unustatakse need ära.

Järeldus

Fakt on see, et elektrimootoril, mis töötab võrgust normaalselt, on tavaliselt standardparameetrid, see pole alati vastuvõetav. See asjaolu kõrvaldatakse erinevate ülekandemehhanismide kasutuselevõtuga, et vähendada sagedust vajalikule. Tänaseks on moodustatud kaks juhtimissüsteemi: anduriteta süsteem ja tagasisidega andurisüsteem. Nende peamine erinevus on juhtimise täpsus. Kõige täpsem on muidugi teine.

Olemasolevat raamistikku laiendatakse erinevate kaasaegsete AD juhtimissüsteemide kasutamisega, pakkudes suurenenud kvaliteet reguleerimine, suur ülekoormusvõime. Sest kasumlik tootmine, seadmete pikk kasutusiga ja ökonoomne energiatarbimine, on need tegurid väga olulised.

Vektorjuhtimine (VC) põhineb asjaolul, et juhitakse mitte ainult juhitava koordinaadi suurust (moodulit), vaid ka selle ruumilist asukohta (vektorit) valitud koordinaatide telgede suhtes.

Riis. 8.28. Sagedusliku elektriajami skeem, mis põhineb AIT-l (a) ja staatori voolu sõltuvus rootori voolu sagedusest (b)

Juhtseadme rakendamiseks jälgitakse pinge, voolu ja vooluühenduse hetkeväärtusi. Matemaatiliste teisenduste abil saab asünkroonmootorit, mida iseloomustab suur hulk mittelineaarseid ristühendusi, kujutada lineaarse mudeliga, millel on kaks juhtimiskanalit - pöördemoment ja voog. Selline juhtimise lihtsus nõuab EP koordinaatide mitmekordset teisendamist, mis ei ole takistuseks kaasaegne tase MP-tehnoloogia arendamine.

Vahelduvvoolu olemuse mõistmiseks kasutame kahefaasilise kahepooluselise üldistatud masina skeemi (joonis 8.29), millele on ühendatud sümmeetriline masin, millel on m-faasi staatorimähis ja i-faasiline rootori mähis. saab vähendada.

Riis. 8.29. Skemaatiline diagramm kahepooluseline kahefaasiline üldistatud masin: 1 – staator; 2 – rootor

Oletame, et koordinaatsüsteem pöörleb ruumis suvalise reaal- ja kujutlusteljega, siis võrrandid on järgmine vaade:

, (8.27)

kus u S , Ш,i S , i 2 ,ψ S , ψ 2 \j7-s>V2 on vastavalt staatori 1 ja rootori 2 pingete, voolude ja vooühenduste vektorid; j – mõttelise telje tähistus; Z n - – pooluste paaride arv; L m – staatori ja rootori mähiste vastastikune induktiivsus; / 2 - kompleksne konjugaat i-i vektor; 1t on kompleksmuutuja kujuteldav osa; ωyu k on rootori nurkkiirus. Vooluühendused on võrdsed

, (8.29)

kus L s (L sa + L m) ja L 2 (L 2<, +L m) – индуктивности фазных обмоток соответст-венно статора и ротора.

Riis. 8.30. Sagedusliku elektriajami skeem, mis põhineb AIT-l (a) ja staatori voolu sõltuvus rootori voolu sagedusest (b)

Võrrandid (8.27) saab kirjutada, kasutades üldistatud vektorite projektsioone koordinaattelgedele ja, v, s.o. skalaarses vormis:

Sõltuvalt kasutatavatest olekumuutujatest võivad pöördemomendi võrrandid olla erineva kujuga. Lisaks ülaltoodud võrrandile (8.28) kasutatakse elektromagnetilise momendi jaoks järgmisi avaldisi:

Koordinaatsüsteemi uv(8.27) üldistatud masinvõrrandid saab kirjutada mis tahes koordinaatsüsteemis. Koordinaatide telgede valik sõltub masina tüübist (sünkroonne, asünkroonne) ja uuringu eesmärkidest. Rakendust on leidnud järgmised koordinaatsüsteemid: fikseeritud koordinaatsüsteem ap (©к = 0); sünkroonne koordinaatsüsteem AC (soc = co) ja koos rootoriga pöörlev koordinaatsüsteem dq (co k = co). Muutuva vererõhu vektorite suhteline asukoht on näidatud joonisel fig. 8.30.

Üleminek üldistatud masina võrranditelt (8.27), (8.28) reaalse kolmefaasilise IM võrranditele toimub koordinaatide teisenduste võrrandite abil e.9 M - pöördemomendi nurk, q> - voolu vaheline nurk ja pingevektorid). O, = m + f - pingevektori nurk (XY); 6« = 9„ + 8 V - voolu vektori nurk. Koordinaatide teisenduste valemid saadakse tingimusel, et mõlema masina võimsus on konstantne. Neid saab saada mis tahes muutujate jaoks, mis on salvestatud mis tahes teljele.

Reaalse masina teisendusi üldistatud masinaks nimetatakse otsesteks ja üldistatud masinate teisendusi reaalseteks pöördteks. Näiteks staatori faasipingete u sa , Шь, u sc võrranditeks m, u$ otseseks teisendamiseks vektordiagrammi telgedel ap on valemid järgmiselt:

Vektorjuhtimise kaalumiseks valitakse XY koordinaatsüsteem, mis pöörleb ruumis välja kiirusel, s.t. o) k = coo, viimane on rootori voo ühendusvektori kiirus. \j/2- Pinge-, voolu- ja vooühendusvektorite pöörlemiskiirused on ühesugused ainult püsioleku režiimides ja siirdeprotsessides erinevad. Vektori juhtimise põhimõte on see

Riis. 8.30. Muutuja ADVektor diagrammi vektorite suhteline asukoht: % = 8 2 + in r - voolunurk.

Pöördteisendusvalemid

Usb =(~Usa+A/ЗU45)/ 2, U sc =(-М yu -л/ЗUф)/ 2 . (8.33)

muutuja (vool, pinge jne) vektor paikneb ruumis teatud viisil. Kõige efektiivsem on positsioneerida voo seose vektor vj7 2 piki välja kiirusel pöörleva sünkroonse koordinaatsüsteemi reaaltelge X siis . Sel juhul on oravapuuriga rootoriga IM võrrandid kujul

0 = -ω 2 + R 2 K 2 i sy ,

M e = 3/2 Z II K 2 ψ 2 i sy . (8.34)

kus K2 = Ls - Kg Lm; Kg = b m / bg, cog = coo - co - libisemissagedus või rootori voolu sagedus.Võrrandeid (8.34) analüüsides võib märgata mõningast sarnasust DMT võrranditega: pöördemoment in (8.34) on võrdeline rootori voo siduriga ja staatori vooluvektori i sy komponent ja vooluühendus on võrdeline komponendiga i sx /u. See võimaldab sarnaselt DPT-ga juhtida vooluhulka ja pöördemomenti eraldi, st. VU põhimõte viib vererõhu koos selle sinusoidsete muutujatega DPT-le lähemale. VU võimaldab kasutada sünteesis alluvaid juhtimismeetodeid, mida kasutatakse laialdaselt alalisvoolu EC-des. Erinevus (mitte juhtploki kasuks) seisneb selles, et voolu, pöördemomendi ja kiiruse sõltumatut juhtimist ei teosta mitte mootori tegelikud muutujad, vaid teisendatakse teise koordinaatsüsteemi.

2. Pöörlemiskiirusel 810 min -1:

IM vektorjuhtimise funktsionaalne diagramm Joon. 8.31: z – ülesanne; U – juhtimine; OS – kiiruse tagasiside; с – kiirus; / I – praegune; x, y – - muutujate kuulumine sünkroonsesse koordinaatsüsteemi; αа, β р – muutujate kuuluvus kindlasse koordinaatsüsteemi; f – vooluühendus; a, bb, c – faasiindeksid.

Riis. 8.31.IM vektorjuhtimise funktsionaalskeem

Ahel põhineb allutatud reguleerimise põhimõttel ja sisaldab kolme vooluringi:

1) kiirus (väline); sisaldab kiirusandurit BR ja pöörlemiskiiruse (pöördemomendi) regulaatorit AR;

2) vooühendus (magnetvoog) vooregulaatoriga Av|/Uψ ja OS kanaliga, millel on väljundväärtus u;

3) staatori vooluvektori aktiivsed ja reaktiivsed 4e komponendid regulaatoritega AA2 ja AA1.

Staatori voolu OS-signaali edastab vooluandur UA, mis mõõdab mootori faasivoolusid kahes faasis, näiteks A ja B, ning genereerib signaale u ia ja ы, *. Nende signaalide teisendamiseks fikseeritud koordinaatsüsteemiks kasutage funktsionaalset muundurit U1, mis töötab vastavalt koordinaatide otseteisenduste valemitele (8.32) cosф = U pho /U ph, mis A2 muunduris võimaldavad liikuda fikseeritud koordinaatidelt. a p αβ XY koordinaatidele vastavalt järgmistele valemitele:

u iβ =1/√3 (u iα +u ib).

Vooluühendust saab mõõta erinevate seadmete abil, näiteks toitemähisega samadesse piludesse paigutatud mõõtemähise abil. Enim kasutatavad on mootori õhuvahesse paigutatud Halli andurid. Anduri signaalid Uy muundatakse funktsionaalses muunduris U2 valemite (8.32) järgi fikseeritud koordinaatsüsteemi signaalideks nii fa kui Yfr. Saadud väärtused tuleb teisendada XY-koordinaadisüsteemiks, mis pöörleb ruumis mootorivälja kiirusel.

Selleks eraldatakse pooride generaatorisse D rootori voo ühenduse moodul

vastava signaali kujul ja f

Pingesignaalid ja fa, «fr, Uix, u iy on võrdelised vastavate füüsikaliste suurustega.

Vooluühenduse seadistussignaalide m zf ja OS m f erinevus antakse vooühenduse regulaatori UψАу sisendisse, s.o. "u.F = "z.f - m F ja väljundis Ау genereeritakse signaal staatorivoolu seadistamiseks piki X-telge, st u 3 ix. Vooluregulaatorit AA1 läbiv signaali erinevus u 3 ix - Uix pöördub signaaliks ja* s. Sarnased teisendused toimuvad juhtkanalis piki Y-telge, välja arvatud see, et siia on paigaldatud kiiruse (pöördemomendi) regulaator AR, mille väljundsignaal jagatakse vooühendusmooduli Uψм f signaaliga. saada voolu käsusignaal mööda Y-telge Staatori voolukomponendi regulaatori AA2 väljundis piki G-telge genereeritakse signaal u, y, mis koos signaaliga u,* suunatakse sisenditesse Bploki A1, mis töötab vastavalt kahele esimesele võrrandile (8.34) Ploki A1 väljundis saame teisendatud signaalid u x ja y, milles komponentvoolude juhtahelate vastastikust mõju piki vooluahelat ei toimu. XylY teljed Pöörlevas koordinaatsüsteemis XY koordinaatmuunduris A3 salvestatud juhtsignaalid x ja y teisendatakse vastavalt võrranditele fikseeritud koordinaatsüsteemis aB αβ olevaks inverteri juhtsignaalideks.

U ix = u iα cosφ + u iβ sinφ,;

U yα = u x cosφ - u y sinφ,

U yβ = u x cosφ - u y sinφ. (8.36)

Inverteri toitelülitite juhtimiseks kolmefaasilises koordinaatsüsteemis on vaja sagedusreaktsiooni kasutades saada signaalid uy a U Uа, U U b uy, U U c mu s vastavalt pöördteisendusvalemitele ( 8.33):

Tänu koordinaatide teisendustele eristatakse CEP vektorjuhtimissüsteemis kahte juhtimiskanalit: voo seos (magnetvoog) ja pöörlemiskiirus (pöördemoment). Selles mõttes on vektorjuhtimissüsteem sarnane kahetsoonilise kiiruse reguleerimisega alalisvoolu elektriajamiga.

EP koordinaatide korduvaks teisendamiseks vastavalt ülaltoodud valemitele kasutatakse spetsiaalseid DSP klassi mikrokontrollereid, mis töötavad reaalajas. See võimaldab saada suure kiirusega sügavalt juhitavaid elektrimootoreid, kasutades asünkroonset oravapuurmootorit.

Vektori juhtimiseks on palju struktuurseid lahendusi. VU AD funktsionaalne skeem Joon. 8.31 kuulub otsejuhtimisseadmete klassi, milles mõõdetakse otse vooluühendust (magnetvoogu). Kaudse VU-ga mõõdetakse IM rootori asendit ja elektrilisi parameetreid (vool, pinge). Sellised süsteemid on laialt levinud kahel põhjusel:

1) vooluhulga mõõtmine on töömahukas;

2) asendiandur on vajalik paljudes tööstuslikes elektroonikaseadmetes (näiteks CNC-masinate ja automaatsete manipulaatoritemed).

Kui rootori asendit pole vaja mõõta, kasutatakse nn andurita juhtseadet (puudub rootori asendi andur), mis nõuab keerukamaid arvutusprotseduure.

Riis. 8.32 Tervikliku elektroonikaseadme ühendusskeem.

VU-ga elektrimootor tagab laia valiku kiiruse reguleerimise (kuni 10 000) ja asendab paljudel juhtudel laialdaselt reguleeritava elektrimootori kollektori alalisvoolumootoritega.

Täieliku elektroonikaseadme skeem Joon. Paljude ettevõtete poolt toodetud 8.32 sisaldab: toiteklemmid: R, S, T (LI, L2, L3) – toiteklemmid; U, V, W (Tl, T2, ТЗ) – sagedusmuunduri väljund; PD, P – induktiivpooli ühendus alalisvoolu vahelülis; P, RB – väline piduritakisti; P, N – väline pidurimoodul; G-- kaitsemaandus.

Juhtklemmid: L – "ühine" klemm analoogsisenditele ja -väljunditele; N – sageduse seadistuspotentsiomeetri toide; O – pinge väljundsageduse seadistusklemm; 01, 02 – lisaklemm väljundsageduse seadistamiseks vastavalt voolule ja pingele; AM – impulsi väljund (pinge); AMI – analoogväljund (vool); P24 – toiteklemm; SM1, PS, 12C, AL0 – “ühine” terminal; PLC – välise toiteallika ühine terminal; FW – edasi pööramine; 1, 2, 3, 4, 5 – programmeeritavad diskreetsisendid; PA – programmeeritava väljundi 11 klemm; 12A – programmeeritava väljundi 12 klemm; AL1, AL2 – häirerelee; TN – termistori sisend.

Juhtklemmid: L - "ühine" klemm analoogsisenditele ja -väljunditele; N - sageduse seadistuspotentsiomeetri toide; O - pinge väljundsageduse seadistusklemm; 01, 02 - lisaklemm väljundsageduse seadistamiseks vastavalt voolule ja pingele; AM - impulsi väljund (pinge); AMI - analoogväljund (vool); P24 - toiteklemm; SM1, PS, 12C, AL0 - "ühine" terminal; PLC - välise toiteallika ühine terminal; FW - pöörlemine edasi; 1, 2, 3, 4, 5 - programmeeritavad diskreetsed sisendid; PA - programmeeritava väljundi 11 terminal; 12A - programmeeritava väljundi 12 klemm; AL1, AL2 - häirerelee; TN - termistori sisend.

Kontrollküsimused

1. Näidake pöörlevat magnetvälja sümmeetrilise toiteallikaga, mille faaside arv ei ole kolm, näiteks m = 2, m = 6.

2. Millised on negatiivsed tagajärjed kiiruse reguleerimisel pingega staatori ahelas pideval tööl?

3. Milliste mehhanismide puhul on eelistatav reguleerida kiirust pinge muutmisega?

4. Mis põhjusel on IM kiiruse sagedusreguleerimine kõige ökonoomsem?

5. Kas ja miks peaks sageduse reguleerimisel pinget reguleerima?

6. Millised piirangud kehtivad üle nimiväärtuse vererõhu sageduse reguleerimisel?

7. Milliseid IM-toiteallika sagedusmuundureid teate? Esitage mootori pinge lainekujud.

8. Milliseid türistorite ümberlülitamise meetodeid teate?

9. Millistel viisidel reguleeritakse staatiliste muundurite pinget?

10. Mis on voolu- ja pingeinverterite oluline erinevus?

11. Kas regeneratiivpidurdus on sagedusajamis võimalik? Mida on selleks AIN-BP süsteemis ja NPC-BP süsteemis vaja?

12. Kas NPCH-IM süsteemis on võimalik saada võrgusagedusest kõrgemat IM toitesagedust?

13. Milliseid täissageduslikke elektroonikaseadmeid teate?

14. Mis otstarve on autonoomsel pingemuunduril põhinevas sagedusmuunduris alalislülis oleva kondensaatori otstarve IM-l töötades?

15. Võrrelge sagedusega elektrimootori võimsusteguri väärtust mootori võimsusega, kui seda toidab autonoomne pingemuundur, ja mootori võimsuse väärtust, kui see toidetakse võrgust (sama sageduse ja koormuse väärtustega).

16. Milliseid koordinaatsüsteeme kasutatakse vektorjuhtimises?

17. Miks on vektorjuhtimises vaja muutujaid ühest koordinaatsüsteemist teise teisendada?

18. Kas vektorjuhtimine on võimalik ilma IM-i magnetvoo anduriteta?

19. Joonistage türistori pingeregulaatori - - asünkroonse elektrimootori süsteemi (TRN - - IM süsteem) skeem.

20. Kuidas muutuvad IM mehaanilised omadused TPH juhtimisnurga muutumisel?

21. Millistes piirides võib muutuda takistusmoment elektrimootori võllil TRN- – IM süsteemis? Joonistage mehaaniliste omaduste graafikutele selle lubatud väärtuste ligikaudne pindala.

22. Joonistage skeem täiendava takisti ühendamiseks IM-i rootori ahelaga impulsi reguleerimise ajal.

23. Kuidas muutuvad energiakaod IM-is lisatakisti impulssjuhtimisega IM-i kiiruse reguleerimisel?

24. Joonistage ligikaudne vaade IM mehaanilistest omadustest koos täiendava takisti impulssjuhtimisega türistori lülitustöötsükli erinevatel väärtustel.

25. Selgitage asünkroonse klapikaskaadi (AVC) tööpõhimõtet.

26. Näidake graafikul, kuidas muutuvad AVK mehaanilised karakteristikud, kui muunduri etteandenurk muutub.

27. Kuidas peaks muutuma pinge IM staatoril sageduse muutumisel erinevate takistusmomendi muutmise koos kiirusega seaduste korral?

28. Näidake ligikaudset vaadet sageduse kiiruse reguleerimise mehaanilistest omadustest juhul, kui takistusmoment ei sõltu kiirusest.

29. Nimetage, mis tüüpi TFC-sid kasutatakse vererõhu kiiruse sageduse reguleerimiseks. Millise TFC puhul on võimalik kiirust reguleerida vaid selle madalate väärtuste piirkonnas.

30. Mida tähendab IM vektorjuhtimine?

33. Kolmefaasilisel 4-pooluselisel IM-il, mille staatorimähis on ühendatud “tähega”, on järgmised nimiandmed: P 2 = 11,2 kW, p = 1500 min -1, U = 380 V, f = 50 Hz. Mootori parameetrid on antud: r=0,66 Ohm; r 2 ' = 0,38 oomi, x = 1,14 oomi, x "2 = 1,71 oomi, x m = 33,2 oomi. Mootorit reguleeritakse samaaegse pinge ja sageduse muutmisega. Pinge ja sageduse suhe hoitakse konstantsena ja võrdne suhtega nimiväärtused.

34. Arvutage maksimaalne moment M max ja sellele vastav; kiirus w m ax sagedustel 50 ja 30 Hz.

35. Korrake sammu 1, jättes tähelepanuta staatori takistuse (r = 0).

Viimase statistika kohaselt tarbivad elektriajamid ligikaudu 70% kogu maailmas toodetud elektrist. Ja iga aastaga see protsent kasvab.

Õigesti valitud elektrimootori juhtimismeetodiga on võimalik saavutada maksimaalne efektiivsus, maksimaalne pöördemoment elektrimasina võllil ja samal ajal suureneb mehhanismi üldine jõudlus. Tõhusalt töötavad elektrimootorid tarbivad minimaalselt elektrit ja tagavad maksimaalse efektiivsuse.

Inverteri toitel elektrimootorite puhul sõltub efektiivsus suuresti valitud elektrimasina juhtimismeetodist. Ainult iga meetodi eeliseid mõistes saavad insenerid ja ajamisüsteemide disainerid igast juhtimismeetodist maksimaalse jõudluse.
Sisu:

Kontrollimeetodid

Paljud automatiseerimise valdkonnas töötavad, kuid elektriajamisüsteemide väljatöötamisega ja juurutamisega mitte seotud inimesed usuvad, et elektrimootori juhtimine koosneb käskude jadast, mis sisestatakse juhtpaneeli või arvuti liidese kaudu. Jah, üldise juhtimishierarhia seisukohalt automatiseeritud süsteem see on õige, kuid siiski on võimalusi elektrimootori enda juhtimiseks. Just need meetodid mõjutavad kogu süsteemi jõudlust maksimaalselt.

Sagedusmuunduriga ühendatud asünkroonmootorite jaoks on neli peamist juhtimismeetodit:

U/f – volti hertsi kohta;
U/f koos kooderiga;
avatud ahelaga vektorjuhtimine;
Suletud ahela vektorjuhtimine;

Kõik neli meetodit kasutavad PWM-i impulsi laiuse modulatsiooni, mis muudab fikseeritud signaali laiust, muutes impulsside laiust, et luua analoogsignaal.

Impulsi laiuse modulatsioon rakendatakse sagedusmuundurile fikseeritud alalisvoolu siini pinge abil. kiiresti avades ja sulgedes (õigemini lülitades) genereerivad nad väljundimpulsse. Muutes nende impulsside laiust väljundis, saadakse soovitud sagedusega "sinusoid". Isegi kui transistoride väljundpinge kuju on impulss, saadakse vool ikkagi sinusoidi kujul, kuna elektrimootoril on induktiivsus, mis mõjutab voolu kuju. Kõik juhtimismeetodid põhinevad PWM-modulatsioonil. Juhtimismeetodite erinevus seisneb ainult elektrimootorile antava pinge arvutamise meetodis.

IN sel juhul Kandesagedus (näidatud punasega) tähistab transistoride maksimaalset lülitussagedust. Inverterite kandesagedus on tavaliselt vahemikus 2 kHz - 15 kHz. Sageduse tugipunkt (näidatud sinisega) on väljundsageduse käsusignaal. Tavalistes elektriajamites kasutatavate inverterite puhul on see reeglina vahemikus 0 Hz kuni 60 Hz. Kui kahe sagedusega signaalid asetatakse üksteise peale, antakse signaal transistori avamiseks (tähistatud mustaga), mis annab elektrimootorile toitepinge.

U/F kontrolli meetod

Volt-per-Hz juhtimine, mida kõige sagedamini nimetatakse U/F-ks, on ehk kõige lihtsam juhtimismeetod. Seda kasutatakse sageli lihtsates elektriajamite süsteemides selle lihtsuse ja minimaalne kogus tööks vajalikud parameetrid. See juhtimismeetod ei nõua kodeerija kohustuslikku paigaldamist ja kohustuslikke seadistusi muutuva sagedusega elektriajami jaoks (kuid on soovitatav). See toob kaasa väiksemad kulud abiseadmetele (andurid, tagasiside juhtmed, releed jne). U/F-juhtimist kasutatakse üsna sageli kõrgsagedusseadmetes, näiteks kasutatakse seda sageli CNC-masinates spindli pöörlemise juhtimiseks.

Konstantse pöördemomendi mudelil on konstantne pöördemoment kogu kiirusvahemikus sama U/F suhtega. Muutuva pöördemomendi suhtega mudelil on madalatel pööretel madalam toitepinge. See on vajalik elektrimasina küllastumise vältimiseks.

U/F on ainus võimalus asünkroonse elektrimootori kiiruse reguleerimiseks, mis võimaldab juhtida mitut elektriajamit ühest sagedusmuundurist. Vastavalt sellele käivituvad ja peatuvad kõik masinad samaaegselt ning töötavad samal sagedusel.

Kuid sellel kontrollimeetodil on mitmeid piiranguid. Näiteks U/F juhtimismeetodi kasutamisel ilma koodrita pole absoluutselt mingit kindlust, et asünkroonse masina võll pöörleb. Lisaks on elektrimasina käivitusmoment sagedusel 3 Hz piiratud 150%-ga. Jah, piiratud pöördemoment on enam kui piisav enamiku olemasolevate seadmete jaoks. Näiteks peaaegu kõik ventilaatorid ja pumbad kasutavad U/F juhtimismeetodit.

See meetod on oma lõdvema spetsifikatsiooni tõttu suhteliselt lihtne. Kiiruse reguleerimine on tavaliselt vahemikus 2–3% maksimaalsest väljundsagedusest. Kiirusereaktsioon arvutatakse sagedustele üle 3 Hz. Sagedusmuunduri reageerimiskiiruse määrab selle reageerimise kiirus tugisageduse muutustele. Mida suurem on reageerimiskiirus, seda kiiremini reageerib elektriajam kiiruse seadistuste muutustele.

Kiiruse reguleerimise vahemik U/F meetodi kasutamisel on 1:40. Korrutades selle suhte elektriajami maksimaalse töösagedusega, saame minimaalse sageduse väärtuse, mille juures elektrimasin võib töötada. Näiteks kui maksimaalne sageduse väärtus on 60 Hz ja vahemik on 1:40, on sageduse minimaalne väärtus 1,5 Hz.

U/F muster määrab sageduse ja pinge vahelise suhte muutuva sagedusega ajami töötamise ajal. Selle järgi määrab pöörlemiskiiruse seadistuskõver (mootori sagedus) lisaks sageduse väärtusele ka elektrimasina klemmidele antud pinge väärtuse.

Operaatorid ja tehnikud saavad moodsas sagedusmuunduris ühe parameetriga valida soovitud U/F-juhtskeemi. Eelinstallitud mallid on juba konkreetsete rakenduste jaoks optimeeritud. Samuti on võimalus luua oma malle, mis optimeeritakse konkreetse sagedusajami või elektrimootori süsteemi jaoks.

Seadmetel, nagu ventilaatorid või pumbad, on koormusmoment, mis sõltub nende pöörlemiskiirusest. U/F mustri muutuv pöördemoment (pilt ülal) hoiab ära juhtimisvead ja parandab tõhusust. See juhtimismudel vähendab magnetiseerivaid voolusid madalatel sagedustel, vähendades elektrimasina pinget.

Pideva pöördemomendi mehhanismid, nagu konveierid, ekstruuderid ja muud seadmed, kasutavad konstantse pöördemomendi juhtimismeetodit. Pideva koormuse korral on vajalik täismagnetiseerimisvool kõigil kiirustel. Sellest lähtuvalt on karakteristikul sirge kalle kogu kiirusvahemikus.

U/F juhtimismeetod kooderiga

Kui on vaja suurendada pöörlemiskiiruse reguleerimise täpsust, lisatakse juhtimissüsteemi kooder. Kiiruse tagasiside kasutuselevõtt kodeerija abil võimaldab teil tõsta juhtimistäpsust 0,03% -ni. Väljundpinge määratakse ikkagi määratud U/F mustriga.

Seda juhtimismeetodit ei kasutata laialdaselt, kuna selle eelised võrreldes tavaliste U/F funktsioonidega on minimaalsed. Käivitusmoment, reaktsioonikiirus ja kiiruse reguleerimisvahemik on kõik identsed standardse U/F-ga. Lisaks võib töösageduste suurenemisel tekkida probleeme kodeerija tööga, kuna sellel on piiratud kogus p/min

Avatud ahelaga vektorjuhtimine

Avatud ahela vektorjuhtimist (VC) kasutatakse elektrimasina laiemaks ja dünaamilisemaks kiiruse juhtimiseks. Sagedusmuundurist käivitamisel suudavad elektrimootorid ainult 0,3 Hz sagedusel arendada käivitusmomenti 200% nimipöördemomendist. See laiendab oluliselt mehhanismide loetelu, kus saab kasutada vektorjuhtimisega asünkroonset elektriajamit. See meetod võimaldab teil kontrollida ka masina pöördemomenti kõigis neljas kvadrandis.

Pöördemomenti piirab mootor. See on vajalik seadmete, masinate või toodete kahjustamise vältimiseks. Pöördemomentide väärtus on jagatud nelja erinevasse kvadranti, olenevalt elektrimasina pöörlemissuunast (edasi või tagasi) ja sellest, kas elektrimootor rakendab . Piirid saab määrata igale kvadrandile eraldi või kasutaja saab määrata sagedusmuunduris üldise pöördemomendi.

Asünkroonse masina mootorirežiim on ette nähtud nii, et rootori magnetväli jääb staatori magnetväljast maha. Kui rootori magnetväli hakkab ületama staatori magnetvälja, lülitub masin energia vabastamisega regeneratiivpidurdusrežiimi ehk teisisõnu lülitub asünkroonmootor generaatorirežiimile.

Näiteks võib pudelikorkimismasin kasutada pöördemomendi piiramist 1. kvadrandis (positiivse pöördemomendiga edasisuunas), et vältida pudelikorgi ülepingutamist. Mehhanism liigub edasi ja kasutab pudeli korgi pingutamiseks positiivset pöördemomenti. Kuid selline seade nagu lift, mille vastukaal on tühi kabiinist raskem, kasutab kvadranti 2 (tagurpidi pöörlemine ja positiivne pöördemoment). Kui kabiin tõuseb ülemisele korrusele, on pöördemoment kiirusele vastupidine. See on vajalik tõstekiiruse piiramiseks ja vastukaalu vaba langemise vältimiseks, kuna see on kabiinist raskem.

Tagasiside nende sagedusmuundurite voolu osas võimaldab inverter seada piirid elektrimootori pöördemomendile ja voolule, kuna voolu suurenedes suureneb ka pöördemoment. Inverteri väljundpinge võib suureneda, kui mehhanism vajab suuremat pöördemomenti, või langeda, kui selle maksimaalne lubatud väärtus on saavutatud. See muudab asünkroonse masina vektorjuhtimise põhimõtte paindlikumaks ja dünaamilisemaks võrreldes U/F põhimõttega.

Samuti on vektorjuhtimise ja avatud ahelaga sagedusmuundurid kiirema 10 Hz kiirusreaktsiooniga, mis võimaldab seda kasutada löökkoormusega mehhanismides. Näiteks purustites kivi koormus muutub pidevalt ja sõltub töödeldava kivimi mahust ja mõõtmetest.

Erinevalt U/F juhtimismustrist kasutab vektorjuhtimine elektrimootori maksimaalse efektiivse tööpinge määramiseks vektoralgoritmi.

VU vektorjuhtimine lahendab selle probleemi mootori voolu tagasiside olemasolu tõttu. Reeglina genereerivad voolu tagasisidet sagedusmuunduri enda sisemised voolutrafod. Saadud vooluväärtust kasutades arvutab sagedusmuundur elektrimasina pöördemomendi ja voo. Mootori põhivooluvektor on matemaatiliselt jagatud magnetiseerimisvoolu (I d) ja pöördemomendi (I q) vektoriks.

Kasutades elektrimasina andmeid ja parameetreid, arvutab inverter magnetiseerimisvoolu (I d) ja pöördemomendi (I q) vektorid. Maksimaalse jõudluse saavutamiseks peab sagedusmuundur hoidma I d ja I q eraldatuna 90 0 nurgaga. See on oluline, kuna sin 90 0 = 1 ja väärtus 1 tähistab maksimaalset pöördemomendi väärtust.

Üldiselt tagab asünkroonmootori vektorjuhtimine rangema juhtimise. Kiiruse reguleerimine on ligikaudu ±0,2% maksimaalsest sagedusest ja reguleerimisvahemik ulatub 1:200-ni, mis suudab madalatel pööretel sõites säilitada pöördemomenti.

Vektori tagasiside juhtimine

Tagasiside vektorjuhtimine kasutab sama juhtimisalgoritmi nagu avatud ahelaga VAC. Peamine erinevus seisneb kooderi olemasolus, mis võimaldab muutuva sagedusega ajamil arendada 200% käivitusmomenti 0 p/min juures. See punkt on lihtsalt vajalik esmase hetke tekitamiseks liftide, kraanade ja muude tõstemasinate mahasõidul, et vältida koormuse vajumist.

Kiiruse tagasiside anduri olemasolu võimaldab teil suurendada süsteemi reaktsiooniaega rohkem kui 50 Hz-ni, samuti laiendada kiiruse reguleerimise vahemikku 1:1500-ni. Samuti võimaldab tagasiside olemasolu juhtida mitte elektrimasina kiirust, vaid pöördemomenti. Mõne mehhanismi puhul on pöördemomendi väärtus suur tähtsus. Näiteks kerimismasin, ummistusmehhanismid ja teised. Sellistes seadmetes on vaja reguleerida masina pöördemomenti.

Igasugune elektriajami konstantse kiiruse muutmine või säilitamine tagab mootori arendatava pöördemomendi sihipärase reguleerimise. Pöördemoment moodustub mootori ühe osa poolt tekitatud voolu (vooühenduse) ja teises osas oleva voolu vastasmõju tulemusena ning selle määrab nende kahe ruumilist pöördemomenti genereeriva vektori vektorkorrutis. Seetõttu määravad mootori poolt välja töötatud pöördemomendi suuruse iga vektori moodulid ja nendevaheline ruuminurk.

Ehitamisel skalaarjuhtimissüsteemid Kontrolliti ja reguleeriti ainult pöördemomenti genereerivate vektorite arvväärtusi (mooduleid), kuid nende ruumilist asendit ei kontrollitud. Vektorjuhtimise põhimõte seisneb selles, et juhtimissüsteem juhib pöördemomenti genereerivate vektorite arvväärtust ja positsiooni ruumis üksteise suhtes. Seega on vektorjuhtimise ülesandeks määrata ja jõuliselt kehtestada voolu hetkeväärtused mootori mähistes nii, et voolude ja vooühenduste üldistatud vektorid hõivaksid ruumis positsiooni, mis tagab vajaliku elektromagnetilise pöördemomendi loomise.

Mootori tekitatud elektromagnetiline pöördemoment:

kus m on disainitegur; , 2 - ruumiline

pöördemomenti moodustavate voolude või vooühenduste vektorid; X- ruumiline nurk hetke tekitavate vektorite vahel.

Nagu tuleneb punktist (6.53), on pöördemomenti moodustavate voolude (vooühenduste) minimaalsed väärtused nõutava pöördemomendi väärtusega, kui vektorid X ja 2 on üksteisega risti, st. X = °.

Vektorjuhtimissüsteemides ei ole vaja määrata vektorite absoluutset ruumilist asukohta ja 2 staatori või rootori telgede suhtes. On vaja määrata ühe vektori asukoht teise suhtes. Seetõttu peetakse ühte vektoritest olevat alus, ja teise asend juhib nurka X.

Sellest lähtuvalt on vektorjuhtimissüsteemide konstrueerimisel soovitav lähtuda elektromagnetiliste ja elektromehaaniliste protsesside matemaatilisest kirjeldusest, mis on väljendatud baasvektoriga (koordinaadid) seotud koordinaatides ja- v). Selline matemaatiline kirjeldus on toodud § 1.6.

Kui võtame baasvektoriks ja suuname koordinaatide telje Ja piki seda vektorit, siis (1.46) põhjal saame järgmise võrrandisüsteemi:

Nendes võrrandites? v = , kuna vektor langeb kokku koordinaatide teljega Ja.

Joonisel fig. Joonisel 6.31 on näidatud telgede voolude ja vooluühenduste vektorskeem Ja- v ^koordinaatide orientatsioon Ja piki rootori sidestusvektorit. Vektordiagrammist järeldub, et

Riis. B.31. Vooluühenduste ja voolude vektorskeem telgedel u-v juures M

Pideva (või aeglase muutumisega) lk rootori sidur d"V u /dt= mille tulemuseks on i ja = Ja Г = yji u +i v = i v

Sel juhul rootori vooluvektor G risti rootori voo ühendusega. Kuna rootori lekkevoog 0 on oluliselt väiksem kui voog masina vahes H, t siis, kui rootori vooühendus on konstantne, võime eeldada, et staatori vooluvektori projektsioon koordinaatteljele v i v võrdne |/"| või /

Vastuvõetud koordinaatsüsteemi eelis u-v Asünkroonmootori pöördemomendi ja kiiruse vektorjuhtimise süsteemi konstrueerimiseks on mootori pöördemoment (6.54) määratletud kahe üksteisega risti asetseva vektori – rootori vooühenduse *P ja staatori voolu aktiivse komponendi – skalaarkorrutisega. See pöördemomendi määratlus on tüüpiline näiteks alalisvoolumootorite sõltumatu ergutussüsteemi jaoks, mis on kõige mugavam automaatse juhtimissüsteemi ehitamiseks.

Vektorjuhtimissüsteem. Sellise juhtimise struktuuriskeem põhineb järgmistel põhimõtetel:

? kahe kanaliga juhtimissüsteem koosneb kanalist rootori voo ühenduslüli stabiliseerimiseks ja kanalist kiiruse (pöördemomendi) reguleerimiseks;
? mõlemad kanalid peavad olema sõltumatud, s.t. ühe kanali reguleeritud väärtuste muutused ei tohiks mõjutada teist;
? kiiruse (pöördemomendi) juhtimiskanal juhib staatori voolukomponenti /v. Pöördemomendi juhtkontuuri töö algoritm on sama, mis alalisvoolumootorite pöörlemissageduse reguleerimise süsteemides (vt § 5.6) - kiirusregulaatori väljundsignaal on viide mootori pöördemomendile. Jagades selle ülesande väärtuse rootori voo ühenduse mooduliga Ja saame staatori voolukomponendi ülesande i v (joonis 6.32);
? iga kanal sisaldab sisemist vooluahelat /v ja mina ja kehtivate regulaatoritega, mis tagavad vajaliku reguleerimise kvaliteedi;
? saadud praegused väärtused i v ja mina ja koordinaatide teisendused teisendatakse väärtusteks ma a ja / p kahefaasilisest fikseeritud koordinaatsüsteemist a - (3 ja seejärel reaalvoolude ülesandes staatori mähistes kolmefaasilises koordinaatsüsteemis a-b-c;
? Arvutusteks ja tagasiside moodustamiseks vajalikke kiiruse, rootori pöördenurga ja staatori mähiste voolude signaale mõõdetakse vastavate anduritega ning seejärel teisendatakse koordinaatide pöördteisenduste abil nende koordinaatide telgedele vastavate suuruste väärtusteks. u-v.

Riis.

Selline juhtimissüsteem tagab pöördemomendi kiire juhtimise ja sellest tulenevalt ka kiiruse võimalikult laias vahemikus (üle 10 000:1). Sel juhul võivad asünkroonmootori hetkelised pöördemomendi väärtused oluliselt ületada kriitilise pöördemomendi nimiväärtust.

Juhtkanalite üksteisest sõltumatuks muutmiseks on vaja iga kanali sisendisse sisse viia ristkompenseerivad signaalid e K0MPU ja e compm (vt. joon. 6.32). Nende signaalide väärtuse leiame staatori ahela võrranditest (6.54). väljendades ja CHK 1y läbi vastavate voolude ja induktiivsuste (1.4) ning võttes arvesse, et kui telg on orienteeritud Ja piki rootori voo ühendusvektorit Х / |у =0 saame:

Kust me selle leiame?

Kus hajumise koefitsient.

Asendades (6.55) väärtusega (6.54) ja võttes arvesse seda vaadeldavas juhtimissüsteemis d x V 2u /dt = 0, saame

või

uued ajakonstandid; e ja e v - Pöörlemise EMF piki telge u-v

Sõltumatute koguste määramiseks mina ja ja /v tuleb kompenseerida e ja Ja e v kompenseerivate pingete sisseviimine:

Vektorjuhtimise põhimõtete rakendamiseks on vaja vahetult mõõta või arvutada matemaatilise mudeli abil (hinnata) rootori voo seosevektori moodulit ja nurgaasendit. Asünkroonmootori vektorjuhtimise funktsionaalne diagramm koos masina õhupilu voolu otsese mõõtmisega Halli andurite abil on näidatud joonisel fig. 6.33.

Riis. B.ZZ. Asünkroonse mootori otsese vektorjuhtimise funktsionaalskeem

Ahel sisaldab kahte juhtimiskanalit: rootori vooühenduse *P 2 juhtimis- (stabiliseerimis-) kanalit ja kiiruse reguleerimise kanalit. Esimene kanal sisaldab välist rootori vooühenduse ahelat, mis sisaldab PI vooluühenduse kontrollerit RP ja vooühenduse tagasisidet, mille signaal genereeritakse Halli andurite abil, mis mõõdavad voolu masinapilus. X? T mööda telge ai(3. Seejärel arvutatakse PP-plokis tegelikud voo väärtused ümber rootori vooühenduse väärtusteks piki telgesid a ja p ning kasutades vektorfiltrit VF, rootori vooühenduse moodul leitakse vektor, mis edastatakse negatiivse tagasiside signaalina vooühenduse regulaatorile RP ja mida kasutatakse kiiruse reguleerimiskanalis jagajana.

Esimeses kanalis on sisemine vooluahel allutatud voo ühendusahelale mina ja, mis sisaldab PI vooluregulaatorit PT1 ja tagasisidet voolu tegeliku väärtuse / 1i kohta, mis on arvutatud staatori faasivoolude tegelikest väärtustest, kasutades faasimuundurit PF2 ja koordinaatmuundurit KP1. Vooluregulaatori PT1 väljund on pinge seadistus Ulu, millele lisatakse teise kanali kompensatsioonisignaal e kshpi(6,57). Vastuvõetud pinge seadistussignaal teisendatakse koordinaatmuundurite KP2 ja faasi PF2 abil kindlaksmääratud väärtusteks ja pingefaasideks sagedusmuunduri väljundis.

Rootori voo ühenduse juhtkanal tagab, et voo ühendus Ch* 2 jääb konstantseks kõigis ajami töörežiimides määratud väärtuse x P 2set tasemel. Kui välja on vaja nõrgendada, võib H*^ väikese muutumiskiirusega teatud piirides varieeruda.

Teine kanal on mõeldud mootori kiiruse (pöördemomendi) reguleerimiseks. See sisaldab välist kiirusahelat ja alluvat sisemist vooluahelat / 1у. Kiiruse käsk tuleb intensiivsuse generaatorist, mis määrab kiirenduse ja vajaliku kiiruse väärtuse. Kiiruse tagasisidet rakendatakse DS-kiiruse anduri või rootori nurgaasendi anduri kaudu.

Arvuti kiiruse regulaator võetakse kasutusele proportsionaalse või proportsionaalse integraalsena, olenevalt elektriajamile esitatavatest nõuetest. Pöörlemissageduse regulaatori väljund on L/R mootori poolt välja töötatud pöördemomendi käsk. Kuna pöördemoment on võrdne rootori vooühenduse H / 2 voolu korrutisega, jagades pöördemomendi seadistusväärtuse DB jaotusplokis M tagasi Ch / 2 korral saame praeguse seadistusväärtuse, mis antakse vooluregulaatori PT2 sisendisse. Edasine signaalitöötlus on sarnane esimese kanaliga. Selle tulemusena saame mootori toitepinge faaside kaupa ülesande, mis määrab üldistatud staatori pingevektori väärtuse ja ruumilise asukoha igal ajahetkel!? Pange tähele, et - koordinaatides olevate muutujatega seotud signaalid on alalisvoolu signaalid ning õhukoordinaatides olevaid voolusid ja pingeid peegeldavad signaalid on vahelduvvoolu signaalid, mis ei määra mitte ainult moodulit, vaid ka vastava pinge ja voolu sagedust ja faasi.

Vaadeldav vektorjuhtimissüsteem on hetkel realiseeritud digitaalsel kujul mikroprotsessorite baasil. Välja on töötatud ja laialdaselt kasutatud erinevaid struktuurseid vektorjuhtimisskeeme, mis erinevad üksikasjalikult vaadeldavast. Seega ei mõõdeta praegu vooluühenduste tegelikke väärtusi magnetvooandurite abil, vaid need arvutatakse mootori matemaatilise mudeli abil, mis põhineb mõõdetud faasivooludel ja pingetel.

Üldiselt võib kõige enam hinnata vektortõrjet tõhus meetod vahelduvvoolumootorite juhtimine, tagades juhtimise suure täpsuse ja kiiruse.