Во всем мире доля потребления силовыми установками переменного тока высокая. Контроль частоты питающего напряжения дает возможность снижать в отдельных случаях энергопотребления до 70%, повышая параллельно КПД.
Основные виды ПЧ
- Частотный преобразователь 22 кВт
- Частотный преобразователь 3 кВт
- Частотный преобразователь 11 кВт
- Частотный преобразователь 15 кВт
- Частотный преобразователь 5 5 кВт
- Частотный преобразователь 7.5 квт
- Частотный преобразователь 1.5 кВт
- Частотный преобразователь 4 кВт
- Преобразователь частоты для асинхронного двигателя
- Частотный преобразователь 1 5 квт 220 в
- Преобразователь частоты 2 2 кВт
- Частотный преобразователь 220в
- Частотный преобразователь для вентилятора
- Частотный преобразователь для насоса
- Частотный преобразователь для асинхронного электродвигателя
- Трехфазный частотный преобразователь 380 В Однофазный частотный преобразователь
Частотник векторный или скалярный. Различия
Техническим стандартом, по которому можно классифицировать современные преобразователи частоты (иначе, частотники или ПЧ, как их сокращенно называют) является метод управления, применяемый в этих устройствах при регулировании скорости вращения двигателя.
Методы управления подразделяются на:
- скалярный метод управления
- векторный метод управления
О различии скалярного и векторного управления электроприводом можно догадаться уже по их названию.
- Скалярный метод основан на поддержании постоянства отношения (U/f) в рабочих диапазонах скоростей, в процессе которого ведется контроль, как видно из формулы, только за величиной питающего напряжения и его частотой.
- При векторном методе управления ведется контроль не только за величиной и частотой, но и за фазой питающего напряжения. Иначе говоря, контролируется угол и величина так называемого пространственного вектора, который вращается с частотой поля двигателя.
Скалярное управление наиболее применимо в электроприводах небольшой сложности в силу относительной простоты и минимального набора требуемых для работы функциональных параметров. Подходит для применений, где требуется поддерживать постоянство (с ограниченным диапазоном и точностью, по сравнению с векторным) определенной технологической величины, и где отсутствуют большие динамические нагрузки.
Векторный метод управления относительно скалярного имеет бóльшую производительность, диапазон и точность регулирования, в том числе на малых оборотах двигателя, чем перекрывает практически все недостатки скалярного принципа управления.
Тот или иной метод управления выбирается в зависимости от требований, которые заданы для технологического процесса – это глубина и точность регулирования, необходимость управления моментом на валу двигателя, состояние привода при переходных процессах – при пуске/стопе, ускорении, торможении.
Классификация методов векторного управления
Начиная с семидесятых годов двадцатого века было предложено множество способов управления моментом. Не все из них нашли широкое применение в промышленности. Поэтому, в данной статье рассматриваются только самые популярные методы управления. Обсуждаемые методы контроля момента представлены для систем управления асинхронными двигателями и синхронными двигателями с постоянными магнитами с синусоидальной обратной ЭДС.
Существующие методы управления моментом могут быть классифицированы различным способом.
- Чаще всего методы управления моментом разделяют на следующие группы:линейные (ПИ, ПИД) регуляторы;
- нелинейные (гистерезисные) регуляторы.
Характеристики основных способов управления электродвигателями переменного тока имеют следующие Примечание:
- Без обратной связи.
- С обратной связью.
- В установившемся режиме
Среди векторного управления наиболее широко используются полеориентированное управление (FOC - field oriented control) и прямое управление моментом (DTC - direct torque control).
Векторное управление без обратной связи
В этом случае частотный преобразователь вычисляет скорость вращения двигателя по математической модели на основе ранее введенных данных (параметров двигателя) и данных о мгновенных значениях тока и напряжения. Опираясь на полученные расчеты, ПЧ принимает решение об изменении выходного напряжения.
Перед включением векторного бессенсорного режима необходимо тщательно выставить номинальные параметры двигателя: напряжение, ток, частоту, скорость (обороты), мощность, количество полюсов, а также сопротивление обмоток и индуктивные параметры. Если какие-то значения неизвестны, рекомендуется провести автотестирование двигателя на холостом ходу. Некоторые модели векторных преобразователей частоты устанавливают параметры по умолчанию для стандартного двигателя после введения номинальных значений. Также необходимо задать пределы временных и токовых параметров векторного управления.
Влияние типа управления на энергопотребление
Один из ключевых аспектов при выборе метода управления — эффективность энергопотребления. Скалярное управление менее эффективно в динамических режимах, так как не учитывает реальные параметры двигателя. Векторное управление, напротив, обеспечивает оптимальное распределение энергии, снижая потери. Однако его преимущества раскрываются только при корректной настройке параметров и правильном выборе оборудования.
Векторное управление с обратной связью
Этот режим отличается более высокой точностью управления скоростью двигателя. Обратную связь обеспечивает энкодер, который сопрягается с частотным преобразователем через дополнительный модуль.
Энкодер устанавливается на валу электродвигателя либо последующего механизма и передает данные о текущей частоте вращения. На основании полученной информации преобразователь меняет напряжение, момент и, соответственно, скорость двигателя. Стоит добавить, что при больших динамических нагрузках (частых изменениях момента) и работе на пониженных скоростях рекомендуется применение принудительного охлаждения внешним вентилятором.
Настройка и параметры управления
Для эффективной работы преобразователя частоты важно правильно настроить параметры управления. В скалярном режиме необходимо правильно подобрать кривую V/f, в векторном — откалибровать модель двигателя и настроить обратную связь.
Современные преобразователи частоты оснащены системами самонастройки, которые автоматически определяют параметры двигателя и адаптируют алгоритмы управления.
Применение в различных отраслях промышленности
В разных отраслях применяются разные методы управления. В HVAC-системах, насосных станциях и транспорте чаще используется скалярное управление, тогда как в станкостроении, робототехнике и добывающей промышленности — векторное.
Выбор управления зависит от требований к точности, динамике и условиям работы двигателя.
Выбор между скалярным и векторным управлением зависит от требований к точности регулирования, динамике и энергопотреблению. Скалярное управление подходит для простых задач, требующих надежности и низкой стоимости, а векторное — для высокоточных применений.
Компании, занимающиеся поставками и эксплуатацией оборудования, должны учитывать эти факторы, чтобы повысить эффективность работы своих систем и снизить эксплуатационные расходы.
Преимущества векторного управления асинхронным двигателем
Линейная скалярная рабочая характеристика ПЧ
При работе асинхронного электродвигателя от скалярного частотного преобразователя напряжение на двигателе понижается линейно с понижением частоты. Это происходит из-за того, что применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), при которой отношение действующего напряжения к частоте является константой во всем диапазоне регулирования.
Вольт-частотная (вольт-герцовая) рабочая характеристика ПЧ будет линейной, пока напряжение на возрастет до предела, определяемого напряжением питания преобразователя. Скалярное управление не позволяет двигателю развить требуемую мощность на низких частотах (мощность зависит от напряжения), и момент на валу сильно падает.
Квадратичная скалярная рабочая характеристика
В некоторых случаях, например, при работе преобразователя на мощные вентиляторы и насосы, используют квадратичную вольт-частотную характеристику с пониженным моментом, что позволяет учесть механику процесса, снизить токи, и, соответственно, потери на низких частотах.
Основной минус скалярной вольт-частотной характеристики
У линейной и квадратичной вольт-частотной зависимости, при её простоте и широком распространении, есть большой минус – падение мощности на валу, а значит падение момента и частоты вращения двигателя. При этом происходит так называемое скольжение, когда частота вращения ротора отстает от частоты вращения электромагнитного поля.
Для устранения этого эффекта используется компенсация скольжения, позволяющая скорректировать выходную частоту (обороты двигателя) при возрастании момента нагрузки. Если правильно выбрать значение компенсации, фактическая скорость вращения при большой нагрузке будет приближаться к скорости вращения на холостом ходу.
Кроме этого, в большинстве ПЧ с линейной вольт-частотной характеристикой имеется функция компенсации момента на низких скоростях. Данная функция реализуется за счет повышения напряжения на низких частотах и при неправильном применении может вызвать перегрев двигателя.
Оба параметра компенсации имеют неизменное (установленное при настройке) значение и от нагрузки не зависят.
Преимущества векторного управления
Существует множество задач, когда нужно обеспечить заданную частоту вращения, и описанный недостаток становится очень актуальным. В таких случаях применяют векторное частотное управление, при котором контроллер вычисляет напряжение, необходимое для поддержания момента, обеспечивающего стабильную частоту. В отличие от скалярного режима, здесь происходит «умное» управление магнитным потоком ротора.
Векторное управление асинхронным двигателем особенно актуально на низких частотах – ниже 10 Гц, когда рабочий момент двигателя сильно падает. Кроме того, данный метод позволяет держать стабильную скорость (с предсказуемым линейным изменением) при разгоне. Это достигается за счет получения высокого пускового момента вплоть до выхода двигателя на режим.
Важно и то, что при векторном управлении происходит сбережение электроэнергии (в некоторых случаях – до 60%), поскольку большую часть времени частотный преобразователь передает в двигатель ровно столько энергии, сколько необходимо для поддержания заданной скорости.
Различают два вида векторного управления — без датчика скорости (без обратной связи, или бессенсорное) и с обратной связью, когда в качестве датчика, как правило, используется энкодер.