Скалярные преобразователи частоты
Скалярные преобразователи частоты реализуют пропорциональный закон управления и наиболее просты конструктивно. Скалярные частотные преобразователи экономичны и способны управлять группой двигателей.
Области применения скалярных частотных преобразователей.
Скалярные преобразователи находят применение во множестве сфер, где используется электропривод с двигателями переменного тока:
— Приложения, где требуется поддержка на определенном уровне конкретного технологического параметра (давление в трубах, температура и т.п.)
— Системы, требующие одновременного управления группой электродвигателей
— Металлургия (оборудование прокатных станов)
— Текстильная, целлюлозно-бумажная промышленность
— Линии производства ленточных материалов (пленка, картон)
— Высокооборотные механизмы (шпиндели станков и т.д.)
— Строительство (экскаваторное, крановое оборудование)
— Системы вентиляции/кондиционирования, водоснабжение/водоотведение (электропривод насосов и вентиляторов, компрессоры)
— ЖКХ (системы отопления, автоматические двери/ворота и т.п.)
— Добывающая/перерабатывающая промышленность
— Пищевая индустрия
— Подъемно-транспортное оборудование (лифты, конвейеры, шнеки, транспортеры и т.п.)
— Фасовочно-упаковочное оборудование
— Намоточно-размоточные узлы
— Миксеры, дозаторы, центрифуги и т.д.
— Буровое оборудование, электробуры
Назначение скалярных преобразователей частоты:
— Управление работой двигателя от пуска до останова с использованием пропорционального закона управления в АСУ:
— Реализация специальных методов регулирования (+ оптимизированных под конкретный вид нагрузок)
— Разгон/торможение, рабочие параметры и т.п.
— Обмен информацией с системой высокого уровня
— Защита оборудования и самого электродвигателя от аварий и недопустимых рабочих режимов (температура, критические токи и т.п.)
— Экономия энергопотребления
— Диагностика оборудования
Преимущества.
Скалярные преобразователи частоты (ПЧ) обладают следующими важными достоинствами:
1) Возможность использования одного ПЧ для управления несколькими двигателями (групповое управление)
2) Наиболее простая конструкция и легкая реализация метода управления + экономичность
3) Универсальность (скалярного ПЧ достаточно для большинства промышленных двигателей и нагрузок)
4) Постоянная перегрузочная способность
Недостатки.
Недостатки метода скалярного управления:
1) Отсутствует возможность точного управления скоростью вращения вала. Однако, в отдельных преобразователях реализованы специализированные законы управления.
2) Не контролируется момент на валу. В редких случаях это может привести к возникновению недопустимо больших статорных токов.
Решение проблемы: если требуется поддерживать постоянный момент на валу, то для этой задачи лучше подойдут векторные преобразователи частоты. Также возможна установка датчиков момента, но это сильно повышает общую стоимость + нельзя одновременно регулировать и момент, и скорость
3) Относительно низкий диапазон регулирования частоты вращения
4) Относительно невысокое быстродействие
Недостатки 3 и 4 также можно исправить применением векторного закона управления.
Принцип работы скалярных частотных преобразователей
Скалярный преобразователь основан на использовании закона Костенко и предполагает изменение амплитуды/частоты напряжения питания по закону U/fn, где n>1. Значение «n» определяется типом нагрузки и конкретными требованиями к приводу (в частности, для вентиляторной нагрузки n=2). Объект контроля при таком методе – магнитное поле статора. Используемые для контроля величины – ток преобразователя и выходная частота.
Сам преобразователь является промежуточным звеном между промышленной питающей сетью и электродвигателем. Силовое питание поступает на вход прибора, а на выходе, в соответствии с вышеуказанным законом и внутренними методами регулировки, формируется напряжение для питания электрического двигателя.
Если установлен датчик скорости, то реализуется контур управления с обратной связью по скорости.
Векторные преобразователи частоты
Векторные преобразователи частоты наиболее полно учитывают особенности электродвигателей. У систем с векторными частотными преобразователями высокое быстродействие, точность и широкий диапазон регулировки.
Области применения векторных частотных преобразователей
Области применения векторных и скалярных преобразователей схожи, т.к. объект управления один и тот же. Однако, есть сферы, где векторные наиболее предпочтительны:
— Быстродействующие системы, системы позиционирования (станочное оборудование, станкостроение, спецмеханизмы, лебедки, лифты, растягивающие нагрузки)
— Промышленные стиральные машины, компрессоры
— Металлообработка, полиграфия, упаковка/фасовка и т.д.
— Электропривод, где важно обеспечение высокого момента на малых скоростях
— Приложения, где на одной частоте нагрузка меняется в процессе эксплуатации (без четкой зависимости между скоростью и нагрузкой)
— Применения, требующие управления моментом на валу, а также широкого диапазона регулировки скорости.
Назначение векторных преобразователей частоты
В общем смысле назначение векторных ПЧ также схоже со скалярными. Отличие заключается в более точном управлении отдельными двигателями:
— Полное управление двигателем на стадиях от его пуска до останова, реализация сложных законов управления + обмен данными
— Высокоточное регулирование скорости в широких пределах, контроль момента нагрузки (в том числе поддержание высокого момента при низких скоростях)
— Защита двигателя/оборудования
— Экономия электрической энергии
Преимущества
Векторные ПЧ обладают преимуществами:
1) Наиболее полно учитываются динамические свойства АД, обеспечивается высокий КПД двигателя + контролируется момент на валу
2) Высокая точность регулировки скорости
3) Высокое быстродействие системы, реакция на изменение нагрузки
4) Расширенный диапазон частотного регулирования при определенных моментах (номинальных) + плавный ход в области малых частот
Недостатки
Недостатки преобразователей с векторным управлением:
1) Невозможность группового управления. Для решения этой проблемы используйте скалярные преобразователи частоты
2) Требуется максимально полная информация о параметрах двигателя + большая сложность вычислений
3) Колебания скорости выше по сравнению со скалярным ПЧ (при постоянной нагрузке)
4) Более высокая цена
Принцип работы векторных частотных преобразователей
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.