CC BY
220Частотное управление асинхронным двигателем.
Основные сведения
1 2
Мичурина А. А. , Нуруллин Р. Ю.
Мичурина Анастасия Андреевна /Michurina Anastasia Andreevna - студент;
2Нурутин Роман Юрьевич / Nurullin Roman Yurievich - студент, кафедра систем автоматического управления и контроля, факультет интеллектуальных технических систем,
Национальный исследовательский университет,
Московский институт электронной техники, г. Зеленоград
Аннотация: в статье рассматриваются современные частотные методы управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Приведена сравнительная характеристика скалярного и векторного управления асинхронным электродвигателем.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, частотное управление, частотный преобразователь, скалярное управление, векторное управление.
В настоящее время асинхронный электродвигатель (АД) стал самым распространённым типом электродвигателей. Это обусловлено его простотой как в конструктивном отношении, так и в изготовлении, низкой стоимостью, высокой надежностью и минимальными эксплуатационными расходами.
На многих предприятиях машины постоянного тока стали заменяться АД с частотными инверторами, поскольку развитие полупроводниковой электроники позволяет полноценно управлять скоростью асинхронного двигателя с помощью недорогих микропроцессорных преобразователей частоты (инверторов). Теперь частота вращения АД перестала зависеть от частоты питающей сети, и стало возможным разгонять двигатели ниже и выше их номинальной скорости [1].
В наиболее распространенных частотных преобразователях (ЧП), используемых для управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, применяется скалярное и векторное частотное управление.
При скалярном управлении по определенному закону изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Причем, нельзя изменить только частоту питающего напряжения, так как это приведет к отклонению от расчетных значений максимального, пускового моментов двигателя, КПД и коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо, соответственно, изменить и амплитуду напряжения. В существующих ЧП, используя метод скалярного управления, при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки остается неизменным. Такое отношение именуется как перегрузочная способность двигателя. При неизменности перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и КПД двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменяются. Вместе с тем, на малых частотах максимальный момент электродвигателя начинает падать. Для решения этой проблемы и для увеличения пускового момента используется повышение уровня напряжения питания.
Скалярное управление обычно используется, когда нет необходимости быстрого реагирования на изменения задания вращающего момента и скорости. Оно имеет важное достоинство: одним
преобразователем можно регулировать скорость вращения нескольких подключенных к нему электродвигателей.
При векторном управлении ток двигателя разделяют на два вектора: один из них производит поток намагничивания, а другой образует вращающий момент, каждый из которых регулируется отдельно. Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять не только амплитуду, но и вектор тока, которым является фаза статорного тока. Для управления вектором тока и положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по токам и напряжения статорных обмоток.
Векторное управление обеспечивает высокие быстродействие и точность управления скоростью электродвигателя и вращающего момента. Также оно позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования и повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя.
Основное различие между этими двумя типами управления заключается в том, что скалярное управление учитывает только величины мгновенных электрических величин (магнитного потока, тока и напряжения), приложенных к статору, с уравнениями стационарного состояния на основе эквивалентной электрической цепи электродвигателя. А при векторном управлении асинхронный двигатель рассматривается как двигатель постоянного тока с отдельно управляемыми моментом и потоком. При этом типе управления рассчитываются мгновенные электрические величины, влияющие на потокосцепление ротора в качестве векторов, и его уравнения основываются на пространственной динамической модели двигателя.
Литература
1. Чжо Ту. Разработка математических моделей, методов и алгоритмов цифрового управления режимами двигателей металлообрабатывающих станков.: Дисс. ... канд. технич. наук. Москва, 2014. 151 с.
