3.1 Преобразователи частоты

Для бесступенчатого регулирования скорости вращения короткозамкнутого асинхронного двигателя (АД) используют преобразователи частоты (ПЧ). Силовая часть ПЧ, как правило, состоит из неуправляемого выпрямителя, конденсатора в промежуточном контуре постоянного напряжения и автономного инвертора с формированием в обмотки статора тока или напряжения по методу синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Что касается систем автоматического управления (САУ) ПЧ, то существует много вариантов их реализации. Фирмы-производители тщательно скрывают принципиальные моменты построения САУ. Основное количество ноу-хау относится к определению параметров схемы замещения АД (режим Auto tuning) и к определению скорости вращения ротора АД косвенным методом по измеренным величинам тока и напряжения статора АД (Идентификатор состояния АД).

Системы автоматического управления приводами переменного тока удобно подразделить на скалярные и векторные. Скалярные САУ формируют в обмотке статора амплитуду и частоту напряжения или тока. В случае управления по вольт-частотной характеристике (U/f) САУ формирует в обмотки статора напряжение с амплитудой U и частотой f. В случае частотно-токового управления в обмотки статора формируются амплитуда тока I и частота f.

Предложенное F. Blaschke в 1972 г. управление с ориентированием потока, названное векторным управлением, сделало возможным управление АД как двигателем постоянного тока с независимым возбуждением. С тех пор было проведено большое число дополнительных исследований этого метода, обеспечивающего хорошие динамические характеристики, и уже имеется много его промышленных применений.

W. Leonard в 1975 г. выполнил аппроксимацию предложенного F. Blaschke управления с ориентированием потока. Основная его идея состоит в приведении системы уравнений трехфазного АД к ортогональной системе координат x, y, в которой переменные представляют как установившиеся величины постоянного тока. Фазу и амплитуду тока статора путем раздельного регулирования

составляющих тока статора регулируют таким образом, чтобы составляющая тока, создающая поток, оставалась постоянной, а регулирование момента осуществлялось только изменением составляющей тока создающей момент АД.

Иначе говоря, САУ с векторным управлением предполагает формирование в обмотке статора амплитуды напряжения или тока, частоты напряжения или тока и угла между вектором магнитного потока АД и вектором тока или напряжения. Т.е. в обмотке статора формируется не амплитуда тока или напряжения, а их мгновенные значения.

Векторные САУ можно подразделить на САУ с регулированием напряжения (ПЧ работает в режиме источника напряжения) и с регулированием тока (ПЧ работает в режиме источника тока). Наиболее часто на практике используют векторные САУ с регулированием тока.

По типам, используемым в САУ обратным связям (ОС) для определения магнитного потока и скорости вращения ротора векторные САУ можно разделить:

САУ с ОС по магнитному потоку и ОС по скорости вращения ротора (прямой метод измерения потока, прямой метод измерения скорости);

САУ с ОС по скорости вращения ротора (косвенный метод определения магнитного потока, прямой метод измерения скорости);

Бессенсорные САУ (косвенный метод определения магнитного потока и косвенный метод определения скорости вращения ротора).

Самые лучшие динамические характеристики, при прочих равных условиях, естественно, могут быть получены в САУ с прямым определением магнитного потока и скорости ротора, но из-за того, что прямое измерение магнитного потока сопряжено с известными трудностями (встраивание датчиков Холла в обмотки статора) эти САУ используются только для высокоточных электроприводов.

Самыми распространенными САУ в настоящее времени являются системы с использованием косвенных методов определения магнитного потока. Причем, наблюдается тенденция более динамичного развития бессенсорных САУ (САУ без обратной связи по скорости и без обратной связи по магнитному потоку).

Рис.13. Вольтчастотные характеристики