0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Векторный двигатель принцип работы

Векторное управление

Векторное управление является методом управления синхронными и асинхронными двигателями, не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз (скалярное управление), но и обеспечивающим управление магнитным потоком ротора. Первые реализации принципа векторного управления и алгоритмы повышенной точности нуждаются в применении датчиков положения (скорости) ротора.

В общем случае под «векторным управлением» понимается взаимодействие управляющего устройства с так называемым «пространственным вектором», который вращается с частотой поля двигателя.

Как можно управлять скоростью вращения двигателя?

Очевидно, что двигатель в обычном режиме работы от сети (электрического шкафа) имеет стандартную скорость/частоту вращения. Это ограничивает прямое его использование, вынуждая применять различные редукторные механизмы для понижения частоты до требуемой. Но даже тогда нет возможности динамично менять обороты, а вместе с ними, мощность, подачу, поскольку все равно остаются фиксированными частоты на выходе из двигателя и редуктора. Для расширения существующих рамок используют разные способы управления (частотные, импульсные, фазные и т. д), которые можно разделить на две большие группы:

  1. Скалярное. Как правило, используется на приводных двигателях компрессорных, вентиляторных, насосных и прочих механизмов, где требуется контроль скорости вращения или любого другого параметра, связанного с датчиками,
  2. Векторное. Это усовершенствованная концепция, которая предполагает раздельный, независимый контроль, изменение момента и магнитного потока. Токосцепление ротора поддерживается на постоянном уровне, что позволяет сохранить максимальный показатель момента.

Управление асинхронным двигателем

Отличие скалярного от векторного управления как раз заключается в возможности осуществления контроля возбуждения (потока). Фактически, он представляется как двигатель постоянного тока, имеющий независимые друг от друга обмотки. Такой подход позволяет создать подобную математическую модель системы работы контроллера.

Математический аппарат векторного управления [ править ]

Для СД и АД принцип векторного управления можно сформулировать следующим образом: Первоначально система дифференциальных линейных уравнений трёхфазного двигателя преобразуется в систему уравнений обобщённой двухфазной машины, которая имеет две фазы (расположенные пространственно под 90° относительно друг друга) на статоре и две фазы на роторе, также взаимно расположенных. Затем все вектора, описываемые данной системой проецируются на произвольно вращающуюся ортогональную систему координат, с началом на оси ротора, при этом наибольшая простота уравнений получается при вращении системы координат со скоростью поля машины, кроме того при таком представлении уравнения вырождаются и становятся похожими на уравнения ДПТ, проецирование всех векторов на направление поля машины отражается в названии этого метода — «ориентирование по полю». Фактически вторым этапом формирования величин, ориентированных по полю — это замена обмоток двухфазной обобщённой машины (две на статоре и две на роторе) одной парой взаимно перпендикулярных обмоток, вращающихся синхронно с полем. Кроме характеристик, близких к характеристикам ДПТ, АДКЗ с ориентированием по полю имеет предельно допустимое быстродействие при управлении моментом в режиме поддержания постоянства потокосцепления.

Уравнения электромагнитых процессов, записанные относительно токов статора и потокосцеплений ротора в синхронной ортогональной системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора имеют вид:

— коэффициент рассеяния; — соответственно индуктивности статора, ротора и взаимная; — соответственно активные сопротивления статора и ротора; — потокосцепление ротора; — частота вращения вектора потокоцепления ротора; — электрическая частота вращения ротора; — проекции токов на оси d и q; — постоянная времени роторной цепи.

При этом могут быть два варианта метода:

  • ориентирование по полю ротора
  • ориентирование по полю главного потокосцепления

При практической реализации первого метода необходимо определить направление и угловое положение вектора потокосцепления ротора двигателя. Ортогональные оси d, q (в отечественной литературе для асинхронных машин применяют оси x, y) направляют так, что ось d совпадает с направлением вектора потокосцепления ротора. Вектор напряжения статора двигателя регулируют в осях d, q. Составляющая напряжения по оси d регулирует величину тока статора по оси d.

Читать еще:  Что такое лвс в двигателях

Изменяя ток статора по оси d следует добиваться требуемого значения амплитуды вектора потокосцепления ротора. Ток статора по оси q, контролируемый напряжением по этой оси, определит момент развиваемый двигателем. В таком режиме работы характеристики СД и АД подобны двигателю постоянного тока, так по оси d формируется поле машины (обмотка возбуждения для двигателя постоянного тока, то есть индуктор), а ток по оси q задаёт момент (якорная обмотка двигателя постоянного тока). Управление двигателем по данному методу теоретически обеспечивает большую перегрузочную способность АДКЗ, но при этом невозможно напрямую определить вектор потокосцепления ротора.

Данный метод векторного управления был первоначально реализован в системе «Transvektor» фирмы «Сименс».

Устройства с управлением по вектору главного потокосцепления двигателя, в нашей стране стали именоваться векторными системами. При использовании устройства управления по вектору главного потокосцепления и стабилизации модуля главного потокосцепления двигателя во всех режимах работы исключается чрезмерное насыщение магнитной системы, упрощается структура управления АД. Для составляющих вектора главного потокосцепления (по осям α, β статора) возможно прямое измерение, например, с помощью датчиков Холла, устанавливаемых в воздушном зазоре двигателя.

Питание АД и СД в режиме векторного управления осуществляется от инвертора, который может обеспечить в любой момент времени требуемые амплитуду и угловое положение вектора напряжения (или тока) статора. Измерение амплитуды и положение вектора потокосцепления ротора производится с помощью наблюдателя (математический аппарат позволяющий восстанавливать неизмеряемые параметры системы).

Векторный преобразователь, в отличие от скалярного, использует математическую модель двигателя. В этом случае объектом управления становится не только поле статора, но еще и ротора + учитывается их взаимодействие. Помимо выходной частоты и тока преобразователя используется также фаза выходного тока. Таким образом, обеспечивается почти безынерционное регулирование скорости вращения и момента вала.

Существует две основные системы такого управления АД – бездатчиковые и с обратной связью. В общем, структура скалярного и векторного ПЧ схожа – они преобразуют входное сетевое напряжение в выходное по своим законам регулирования.

Инверторы (частотные преобразователи) Hyundai

Преобразователи частоты («частотники») Hyundai предназначены для точного и быстрого регулирования работы электродвигателей переменного тока. Помимо регулирования скорости вращения двигателей, устройство обеспечивает диагностику, контроль и электронную защиту электродвигателя, организует отрицательную или положительную обратную связь.

Преобразователи частоты позволяют снизить изнашиваемость оборудования, продлевают срок его службы, повышают экономичность электродвигателей и обеспечивают постоянный контроль за его состоянием. Частотные преобразователи Hyundai Heavy Industries имеют широкие функциональные возможности: векторный принцип управления электродвигателем, точное позиционирование ротора, бессенсорный векторный контроль, традиционные режимы управления.

Частотники Хендай — это доступная цена при высочайшем качестве продукции, высокая надежность, хорошая адаптация к российским условиям, простота в обслуживании.

Предлагаем к продаже новую современную серию векторных частотных преобразователей Hyundai:
Серия N700V
Область применения: краны, лебедки, лифтовое оборудование, мотальные машины, перемоточные станки, прессы, ткацкие станки, резаки и т. д.
Серия N700Е
Область применения: вентиляторы и насосы, градирни, конвейеры и линии транспортировки, прядильные и стиральные машины и т. д.

Описание

Инвертор серии N700V

Инвертор серии N700Е

Функциональные возможности

Обладает усовершенствованным бессенсорным векторным контролем при ультранизкой скорости.
Улучшенные характеристики крутящего момента при низких скоростях, что обеспечивает высокое качество контроля. Бессенсорный векторный контроль: 200% и более при 0,5Гц и сенсорный векторный контроль: 150% и более при 0Гц.

Высокие показатели характеристик скорости и крутящего момента.
Минимизированное отклонение скорости при изменении нагрузки, (быстрое реагирование на внезапное изменение нагрузки). Регулирование функции ограничения крутящего момента в диапазоне 0

200% (защита устройства при неожиданных внешних изменениях нагрузки). Большая скорость реакции на команду терминала.

Улучшена характеристика снижения крутящего момента.
Снижение характеристик крутящего момента (питание VP2.0) обеспечивает мягкую работу двигателя и оптимальную экономию электроэнергии.

Расширена функция многоскоростного контроля.
При помощи базового параметра времени ускорения-торможения и максимум 7 индивидуальных настроек времени ускорения-торможения, возможно изменять время ускорения-торможения, что обеспечивает более точное управление и контроль.

Читать еще:  Что такое калийный двигатель

Стабильная и усиленная операция крутящего момента.
Возможность использовать инверторы N700 для различных применений (векторный контроль). Скоростной контроль или контроль по крутящему моменту по усмотрению пользователя.

Расширеный рабочий диапазон ослабления поля.
Рабочий диапазон ослабления поля увеличен до 320 Гц, что позволяет достигнуть максимальной операции крутящего момента.

Усовершенствована автоматическая настройка в сетевом / автономном режиме.
Автоматическая настройка осуществляется вне зависимости от условий нагрузки, характеристики крутящего момента и контроля скорости остаются высокоэффективными. При изменении температуры двигателя точность операций достигается методом автоматической компенсации константы двигателя.

Улучшена функция торможения постоянным током.
Благодаря улучшенной функции торможения постоянным током, обеспечиваются высокие параметры торможения при команде останова.

Функция управления внешним тормозом для лифта.
Надежное и точное управление всеми параметрами при использовании внешнего тормоза для лифтов. Рабочая скорость изменяется в зависимости от нагрузки.

Высокое качество выходного напряжения и тока.
При изменении входного напряжения, функция автоматического регулятора поддерживает устойчивое выходное напряжение, идущего на двигатель. Предупреждение автоматического выключения для управления скачками напряжения и тока обеспечивает высокое качество электропитания, подаваемого на двигатель.

Функция автоматического поиска скорости после прерывания входного напряжения.
Благодаря функции предупреждения самопроизвольного останова и перезапуска, инвертор и двигатель надежно защищены и безопасно перезапущены.

Функция температурного контроля.
Проверяется и отображается температура IGBT (основной части инвертора).

Функциональные возможности

Бюджетная версия модели N700V

Применим для различных нагрузок.
Улучшен контроль с усовершенствованным бессенсорным векторным управлением.
Улучшены характеристики управления при низкой скорости. Имеет бессенсорное векторное управление: 150% или более при 1 Гц.
Расширен рабочий диапазон ослабления поля, при котором могут выполняться работы с максимальным вращающим моментом.
Имеет эффективную характеристику вращающего момента без автоматического выключения при быстром ускорении или замедлении.
После применения 150% нагрузки работа с ускорением достигается в течение 1 сек.

Улучшена функция настройки двигателя.
Технология оптимизации констант двигателя с функцией компенсации констант при автонастройке, минимизирует управление скоростью, что обеспечивает стабильное управление двигателем.
Возможность варьирование скорости — менее 1% на номинальной скорости.

Расширенная защита для безопасности функционирования.
Предотвращение непредвиденных аварий с помощью функции защиты от короткого замыкания.
Защита двигателя при помощи функции выявления пропадания выходной фазы (S/W функция).

Встроенная панель (BRD) контура регенеративного торможения 5.5кВт

22кВт
Контур регенеративного торможения BRD (5.5кВт

22кВт) для нагрузок, требующих быстрого ускорения/торможения позволяет осуществлять управление при ускорении и торможении без дополнительных настроек.
При ускорении и торможении процесс движения максимально эффективен

Улучшена маневренность при различных нагрузках.
Улучшена характеристика вращающего момента, который может быть уменьшен до1.7, что идеально подходит для работы с насосом или вентилятором.
Оптимизировано сохранение электроэнергии согласно характеристикам нагрузки.

Как подключить частотник к асинхронному двигателю?

Используемый для управления частотой напряжения преобразователь зачастую используется для энергоснабжения трёхфазных двигателей. С помощью преобразователя частоты также возможно обеспечить присоединение такого устройства к однофазной сети, предотвратив снижение его рабочей мощности. Этим они значимо выигрывают у конденсаторов, которые при подключении не могут сохранить исходный уровень мощности. Подробней про применение частотника для трехфазника- смотрите здесь.

При подключении частотного преобразователя следует предварительно разместить автоматический выключатель, функционирующий от тока сети по значению равного номинальному (или наиболее близкого к таковому) уровню потребления тока в двигателе. Если используется частотник трёхфазного типа, то соответственно следует воспользоваться трёхфазным автоматом с общим рычагом. Такой вариант обеспечивает быстрое обесточивание всех фаз сразу при замыкании на одной из них.

Ток срабатывания по своим характеристикам должен совпадать с однофазным током электрического двигателя.

В случае же, если для частотного преобразователя свойственно однофазное питание, то следует применить одинарный автомат, который подходит для работы с утроенным однофазным током.

Читать еще:  Внешний аккумулятор для запуска двигателя автомобиля

Однако, при любых обстоятельствах установку частотного преобразователя нельзя осуществлять через включение автомата в месте разрыва нулевых или заземляющих проводов. В таких условиях подразумевается только прямое включение автомата.

Дальнейшую настройку преобразователя частоты осуществляют через соединение с контактами электрического двигателя. Используются при этом фазные провода. Но предварительно производится соединение обмоток электрического двигателя по схеме «звезда» или «треугольник».

Работа по той или иной схеме базируется на том, каков тип преобразователя частоты и характер производимого им напряжения.

По стандарту корпус каждого двигателя имеет отметку с двумя значениями, которым может равняться напряжение. Если частотник продуцирует напряжение соответствующее нижней границы, то соединение осуществляется по типу «треугольник». В остальных случаях для использования принцип «звезды».

Месторасположение управляющего пульта, обязательно прилагающегося при покупке частотного преобразователя, следует подбирать тщательно, чтобы обеспечить наибольшее удобство пользования.

Подключения пульта управления осуществляется по схеме обозначенной в прилагаемой к преобразователю инструкции. После рукоятка фиксируется на нулевом уровне, и автомат включается. В этот момент должно наблюдаться свечение светового индикатора.

Для использования частотного преобразователя, следует надавить кнопку «RUN» (она уже запрограммирована надлежащим образом). Далее делается лёгкий поворот рукоятки, провоцирующий старт постепенного вращения электрического двигателя. Если вращение осуществляется в направлении, противоположном необходимому, то следует нажать реверс. После при помощи рукоятки настраивается требуемая частота вращения устройства. При этом следует учитывать, что на корпусе пульта управления зачастую прописаны не уровни частоты вращения двигателя, выражаемые в оборотах в минуту, а частоты, которую имеет питающее напряжение, выражаемое в герцах.

Чтобы ограничить пусковой ток и снизить пусковой момент в момент пуска асинхронного двигателя с уровнем мощности больше 5000Вт, используется подключение типа «звезда-треугольник». До достижения номинала скорости задействуется схема подключения частотного преобразователя «звезда», а после питание осуществляется по схеме «треугольник». В момент переключения уровень пускового тока уменьшается в три раза относительно прямого пуска. При начале работы по второй схеме до момента разгона двигателей ток возрастёт до уровня прямого пуска. Такой варианты наиболее актуален для, имеющих большую маховую массу, позволяя после разгона сбросить нагрузку.

Логично, что использование такой схемы возможно только с двигателями, рассчитанными на подключения обоих типов.

Проведение работы по схеме «звезда-треугольник» всегда чревато резкими скачками уровня тока в противовес плавному нарастанию в условиях прямого пуска. В момент смены соединения скорость резко снижается и увеличить её можно только увеличив силу тока.

Билет № 20

Для того чтобы параметры ротора и статора изобразить на одной векторной диаграмме, произведем приведение параметров обмотки ротора к параметрам обмотки статора. При этом обмотку ротора с числом фаз m2, обмоточным коэффициентом k2 и числом витков W2 заменяют обмоткой с m1×k1×W1, соблюдая при этом энергетический баланс в роторе.

Не останавливаясь на методике приведения параметров, которая повторяется из раздела «трансформаторы», перепишем основные уравнения приведенного асинхронного двигателя: ::

2. Потери, КПД В синхронном двигателе

Потери разделяются на основные и добавочные. Основные поте-

ри синхронного двигателя складываются из магнитных и электрических потерь в статоре, потерь на возбуждение и механических. Магнитные потери в сердечнике статора Рм1, электрические потери в обмотке статора Рэ1, добавочные потери Рдоб и КПД определяют, также как и для асинхронных двигателей

Потери на возбуждение, Вт,

Суммарные потери в синхронном двигателе, Вт,

Коэффициент полезного действия синхронного двигателя зависит от нагрузки на валу Р2 и коэффициента мощности cosφ1. Для синхронных двигателей мощностью до 100 кВт КПД при номинальной нагрузке составляет 80-90%.

3. схема подключения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector