Consultant-e.ru
ПРОЕКТ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО БЮРО ПЕРЕВОДОВ

  • Терминов: 211028
  • Определений: 41767
  • Иллюстраций: 2218
Вакансия переводчика Требуются переводчики электротехнического профиля, а также переводчики по другим тематикам...
Вакансия верстальщика Требуются верстальщики с опытом работы в InDesign, Adobe Illustrator и т.п.
розетка с блокировкой Розетка специальной конструкции, в которой реализована функция блокировки штепсельной вилки. ...
вылет (стрелы крана) Расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части до вертикальной оси грузозахватного органа без нагр...
мостовой кран Кран мостового типа, несущие элементы конструкции которого опираются непосредственно на подкрановый путь [ГОСТ...

Термин:
Приводная техника

Преобразователь частоты: а что в нем?


Преобразователи частоты сейчас предлагаются огромным количеством фирм. И если с их основной функцией -  регулированием скорости – вроде бы все понятно, то с различными и режимами и опциями подчас не все так просто. Ниже рассмотрены наиболее распространенные функции, реализуемые в преобразователях частоты, а также способы управления двигателем.


Способ управления двигателем: векторное управление или DTC

DTC (direct torque control – прямое управление моментом), настолько часто переводится на русский язык как «векторное управление», что едва ли не большинство пользователей преобразователей частоты стали считать, что так оно и есть.Однако, на самом деле это два совершенно разных подхода к управлению асинхронным двигателем.

Векторное управление (vector control, field-oriented control, FOC) предполагает расчет потокосцепления ротора двигателя (путем интегрирования токов и напряжений статора), а также разложение вектора тока статора на две перпендикулярные составляющие: намагничивающую («ток возбуждения») и моментообразующую (определяющую момент на валу двигателя). При этом используется вращающаяся система координат, в которой действительная ось совпадает с направлением вектора потокосцепления ротора. Момент двигателя рассчитывается как произведение потокосцепления (т.е. индукции) и моментообразующей составляющей тока. Путем регулирования (обычно с помощью ПИ-регуляторов, хотя возможно и использование релейного принципа) намагничивающей и моментообразующих составляющих достигается требуемое значение момента двигателя. Получаемые задания тока по обеим осям преобразуются в неподвижную (трехфазную) систему координат и используются для управления инвертором (обычно с ШИМ).

При прямом управлении моментом также используется расчет векторов потокосцепления и тока. И это единственное, что есть общего между DTCи векторным управлением. Далее все происходит совершенно иначе. Из векторов потокосцепления и тока рассчитывается электромагнитный момент (как векторное произведение) и сравнивается с заданием момента. Если момент или потокосцепление отличаются от заданных, то система управления прогнозирует такое состояние ключей инвертора, при котором момент или потокосцепление войдут в зону допустимых отклонений за минимальное время. Таким образом, при DTC исключается «промежуточное звено» в виде регуляторов тока и ШИМ-модулятора, а при управлении инвертором используется релейный принцип. Как следствие DTC обладает следующими особенностями:

  • регулирование момента и потока осуществляется с минимальными задержками, что связано с отсутствием промежуточных звеньев в системе;

  • сниженные потери в инверторе за счет того, что коммутация ключей происходит только по мере необходимости (а не постоянно, как в системах с ШИМ);

  • при ступенчатом изменении задания практически отсутствует перерегулирование;

  • нет необходимости в преобразовании системы координат (все расчеты могут выполняться в неподвижной системе);

  • не требуется ШИМ-модулятор;

  • снижается уровень шума в связи с отсутствием фиксированной частоты коммутации ключей инвертора. Заметим, что средняя частота коммутации может поддерживаться в необходимых пределах (обычно выбирается по соображениям потерь в инверторе);

  • отсутствуют ПИ-регуляторы, что упрощает настройку системы управления;

Для реализации прямого управления моментом требуется быстродействующая система управления с периодом обсчета порядка 10-30 мкс. Кроме того, предъявляются повышенные требования к датчикам тока и напряжения, как в части шумов, так и в части линейности.

Оба метода управления плохо работают на низких скоростях (ниже 1 Гц) из-за накопления ошибок интегрирования при расчете потокосцеплений. Поэтому для получения качественного регулирования скорости требуется датчик скорости (тахогенератор или энкодер).


Устойчивость к провалам напряжения (ride-through capability)

Под устойчивостью к провалам напряжения обычно подразумевается способность преобразователя частоты сохранять способность к управлению двигателем при кратковременных провалах силового напряжения. При этом кинетическая энергия двигателя отдается звено постоянного тока с целью поддержания в нем достаточного напряжения. Это гарантирует, что при восстановлении напряжения сети будут исключены броски тока, связанные с зарядом конденсаторов звена постоянного тока (при включении преобразователя для этого используется специальная зарядная цепь). Заметим, что у многих преобразователей частоты питание системы управления осуществляется от напряжения звена постоянного тока через DC/DC-конвертор. Таким образом, до тех пор, пока двигатель вращается, преобразователь способен вернуться к нормальной работе при восстановлении напряжения питания. При этом, естественно, предельная продолжительность «работы без питания» определяется моментом инерции двигателя/механизма и моментом нагрузки.


Узел сброса энергии (braking chopper)

Транзистор, обеспечивающий сброс энергии из звена постоянного тока на тормозной резистор (braking resistor). При торможении двигателя (dynamic braking)его кинетическая энергия отдается в звено постоянного тока, что приводит к росту в нем напряжения. Для исключения появления в звене слишком высоких напряжений, оно подключается через вышеуказанный транзистор срезистору (т.е. на нем выделяется тепло). Если в преобразователе частоты узел сброса энергии отсутствует, то при попытке затормозить нагрузку с большим моментом инерции сработает защита от чрезмерного напряжения в звене постоянного тока.

Торможение с узлом сброса энергии приводит к рассеиванию энергии в виде тепла, поэтому такой способ вряд ли можно назвать «энергосберегающим». Однако он широко используется для нагрузок с небольшими маховыми массами или при редких торможениях. Для частых торможений нагрузок с большим моментом инерции (напр. центрифуг) целесообразно использовать преобразователи частоты с активным выпрямителем, способные отдавать энергию в сеть.


Избегание критических скоростей (critical speed avoidance)

Многие преобразователи позволяют задать «запрещенные» диапазоны частот, которые проходятся электроприводом с максимально-возможным ускорением/замедлением. Весьма полезная функция для нагрузок, склонных к резонансу на определенных частотах.


Работа на «общий вал» (drooping control)

В ряде механизмов двигатели механически связаны тем или иным образом (напр. через транспортируемый материал). Как следствие возникает необходимость выравнивания скоростей и нагрузок. Для этого механическая характеристика двигателей при частотном управлении искусственно делается падающей. Кроме того, большинство преобразователей частоты имеют возможность работы в режиме «ведущий-ведомый», когда ведущий преобразователь (master) передает задание момента или скорости для ведомого.


Управление внешним механическим тормозом (mechanical brake control)

Данный режим необходим для многих грузоподъемных механизмов (кранов, лифтов и т.п.). Преобразователь должен обеспечивать снятие тормоза при запуске, причем с контролем наличия момента двигателя (по измеренным токам и напряжениям). Кроме того, при остановке, в том числе по срабатыванию защит, должна выдаваться команда на наложение тормоза.


Активный выпрямитель (active front end, AFE)

Активный выпрямитель имеет выпрямитель, построенный по той же схеме, что и инвертор. Таким образом, он способен инвертировать напряжение звена постоянного тока и отдавать энергию в сеть. Такие преобразователи подходят для нагрузок, которые достаточно часто работают в генераторном режиме, напр. для центрифуг, грузоподъемных механизмов и т.п. Такие преобразователи позволяют экономить электроэнергию и отличаются высоким коэффициентом мощности и малой эмиссией гармоник в питающую сеть. Единственный недостаток – цена, которая обычно приблизительно в полтора раза выше, чем у обычного преобразователя частоты.



Автор:  Admin
Дата:  2011-06-01

Вложенные категории: