Законы частотного управления
Наиболее простым является закон управления выходным напряжением в зависимости от выходной частоты, который обеспечивает минимальные потери в асинхронном двигателе при неизменном моменте сопротивления. При этом законе поддерживается соотношение UВЫХ/fВЫХ = const. Управление по этому закону обеспечивает следующие механические характеристики привода.
Одним из недостатков этого закона является ограниченный диапазон регулирования частоты вращения вала двигателя (1:10) если момент нагрузки не зависит от частоты вращения (лифты, скребковые конвейеры и т.п.)
При вентиляторной или насосной (центробежные насосы) нагрузке необходим закон регулирования близкий к UВЫХ/fВЫХ2 = const. Этот закон обеспечивает максимальный к.п.д. такого привода при большом диапазоне регулирования частоты вращения.
Если при пуске и регулировании необходимо обеспечивать большие моменты, создаваемые двигателем, необходим закон регулирования, обеспечивающий постоянство магнитного потока двигателя Ф = const. При этом законе механические характеристики имеют вид:
Обеспечивая необходимые механические характеристики привода этот закон не позволяет длительно работать при частоте вращения ниже 1/10 от номинальной из-за перегрева двигателя.
Векторное управление частотой вращения асинхронных электродвигателей.
(Управление по методу ориентирования поля)
Основным недостатком рассмотренных систем частотного регулирования является невозможность отдельного регулирования магнитного потока и угловой частоты вращения. Необходимость в этом возникает в приводах, у которых величина момента сопротивления не связана жестко с частотой вращения привода (металлорежущие станки, бумагоделательные машины и т.д.) или требуются высокие динамические характеристики привода или обеспечение высокой перегрузочной способности. Векторное управление используется в электроприводе подач и главного движения ("Размер 2М"), используемых в станках с ЧПУ.
При векторном управлении прямо или косвенно контролируют вращение магнитного потока для получения независимого управления магнитным потоком ротора. Контроль магнитного потока осуществляют с помощью датчиков Холла или измерительных обмоток, уложенных в пазах статора. Это требует использования асинхронного электродвигателя, оборудованного такими датчиками или обмотками.
Основное преимущество данной системы - возможность реализации любого закона частотного управления за счет формирования задающих сигналов. К недостаткам этой системы относится необходимость аппаратной или программной перестройки её параметров при изменении типоразмера двигателя. Высокая стоимость системы управления обуславливает использование этой системы для мощных приводов или для систем с большим количеством приводов, работающих согласованно.
Непосредственные преобразователи частоты (нпч)
Непосредственные преобразователи частоты отличаются от ПЧ со звеном постоянного тока тем, что в каждое мгновение времени силовой ток в них проходит только через два коммутирующих полупроводника, что уменьшает потери в преобразователе. А в ПЧ со звеном постоянного тока ток проходит через два вентиля выпрямителя и два вентиля инвертора.
НПЧ может быть установлен как в цепи статора (НПЧ1), так и в цепи ротора асинхронного двигателя с фазным ротором (НПЧ2). В цепи фазного ротора даже высоковольтных двигателей напряжение обычно ниже 1000 В, что и позволяет использовать полупроводниковые устройства без особых проблем с изоляцией. Обычно НПЧ применяют для мощных приводов, работающих длительное время, так как НПЧ имеют более высокий к.п.д. преобразователя по сравнению с ПЧ со звеном постоянного тока. Но имеют они и недостатки. К ним относится следующее:
1) Регулировать частоту вращения привода можно только вниз от номинальной частоты;
2) Обычно значительно большее количество вентильных элементов в преобразователе (мин 18 вместо 12 в ПЧ со звеном постоянного тока);
3) Так как вентильные элементы выбираются не только по среднему, но и по действующему значению тока, то снижения стоимости вентильных элементов практически не происходит;
4) Значительно большее количество каналов управления снижает надежность преобразователя по сравнению с другими;
5) Несинусоидальная форма напряжения на нагрузке вызывает добавочные потери в электродвигателе.