AC Privod INFO
Векторные частотные преобразователи. Что в них особенного?
(на основе материалов и публикаций ведущих инженеров разработчиков АС Привод)
Векторные частотные преобразователи очень часто позиционируются на рынке как что-то сверх особенное среди других типов преобразователей частоты для электродвигателей.
Векторный частотный преобразователь формирует ток в обмотках электродвигателя таким образом, чтобы в любой момент времени электродвигатель создавал максимальное тяговое усилие за счет оптимального углового положения магнитного поля статора относительно ротора. За счет такого подхода векторные ПЧ умеют максимально быстро реагировать на внешние возмущения в виде нагрузки на валу и способны отработать резкое ступенчатое повышение нагрузки в течении считанных миллисекунд.
Двигатель развивает наибольший момент, когда ротор находится под 90° к вектору тока. Так как мы при создании системы управления на микроконтроллере хотим получить от двигателя наибольший момент при минимуме потерь, а потери, в первую очередь, это ток в обмотках, то рациональнее всего ставить вектор тока всегда под 90° к магнитному полю ротора, т.е. перпендикулярно магниту как на рисунке. Таким образом, мы задаем вектор тока всегда под 90° к ротору, как бы он там не вращался, т.е. «прибить» вектор тока к ротору. Регулировать же момент двигателя будем амплитудой тока. Чем больше амплитуда – тем выше момент. А частота вращения, частота тока в обмотках это уже «не наше» дело – какая получится, как ротор будет вращаться, так и будет – мы управляем моментом на валу. Как ни странно, именно это и называется векторным управлением – когда мы управляем вектором тока статора так, чтобы он был под 90° к магнитному полю ротора.
В большинстве векторных преобразователей возможны два типа векторного управления: с датчиком на валу электродвигателя и без датчика. Системы с датчиком на валу обеспечивают наилучшие показатели регулирования и применяются в особо ответственных механизмах, но также они имеют и бóльшую стоимость, и конструктивную сложность в сравнении с бездатчиковым исполнением.
Самым простым и широко используемым является векторный ПЧ без датчика. Но не следует забывать, что векторное управление электродвигателем выполняется по полю ротора и на основании данных о его угловом положении, а в данном случае мы не имеем прямого измерения этого параметра. Следовательно, где-то нужно брать эти данные.
Для решения задачи определения положения ротора, разработаны и предложены масса вариантов наблюдателей потокосцепления ротора. Но практически все они неработоспособны в области низких частот и в условиях, изменяющихся в процессе работы параметров электрической машины. Для этого учеными разрабатываются наблюдатели за наблюдателями, различные адаптационные алгоритмы, переключаемые структуры управления. Известные производители преобразователей давно решили эти задачи и успешно применяют данные алгоритмы в своих устройствах. Но стоимость полноценного векторного ПЧ в 2…5 раз выше аналогичного, но скалярного ПЧ.
Дополнительную информацию о векторных преобразователях можно найти в статье журнала Электрик, а также в новостях сайта о векторных преобразователях.