3.2.Скалярные сау. Управление ад по вольтчастотной характеристике

При управлении АД по вольтчастотной характеристике (ВЧХ) ПЧ работает в режиме источника напряжения и формирует в обмотки статора АД амплитуду и частоту напряжения по одному из известных законов частотного регулирования. Практически все фирмы производители ПЧ предусматривают возможность выбора вида ВЧХ (закона частотного управления), причем выбор может производить пользователь в зависимости от того, на какую нагрузку работает АД путем несложных манипуляций с клавиатурой встроенного в ПЧ пульта управления.

Например, фирма HITACHI, Япония в ПЧ серии J300 предлагает на выбор три ВЧХ рис.13. Прямолинейную ВЧХ; ВЧХ с ослаблением момента в 1.5, 1.7, 2.0 раза по сравнению с прямолинейной ВЧХ, см. рис.13a-d.

При использовании ПЧ в качестве регуляторов скорости вращения АД приводящих в движения механизмы со статическим моментом сопротивления типа "сухого" трения (момент сопротивления не зависит от скорости вращения ротора, М_с=Const) ПЧ необходимо запрограммировать на работу в режиме линейной ВЧХ (рис13a). В некоторых механизмах в первоначальный момент пуска силы трения могут существенно превышать их значения при движении. Для таких механизмов необходимо использовать кусочно-линейную ВЧХ (рис13а; кривая, изображенная штриховой линией) или использовать режим векторного регулирования. В противном случае АД может не стронуть механизм с места. В ПЧ фирмы Hitachi есть возможность на "ходу" изменять изгиб ВЧХ, с тем, чтобы индивидуально подобрать ВЧХ для данного механизма.

Вольтчастотные характеристики с ослаблением момента используются в том случае если ПЧ приводит в действие АД механизма с вентиляторной нагрузкой. Если, при этом, ПЧ работает в контуре с ОС по технологическому параметру, например, давлению на выходе центробежного насоса, то может быть получен существенный энергосберегающий эффект (до 50% экономия по электроэнергии и 20% экономия по воде при среднесуточном снижении скорости насоса на 20%). Преобразователи частоты серий L100, SJ100, J300, JE300 фирмы Hitachi укомплектованы ПИД-регулятором для включения ПЧ в контур регулирования с ОС по технологическому параметру (давлению, расходу, уровню жидкости в емкости, температуре, скорости). Наибольшим энергосберегающим эффектом обладает вольтчастотная характеристика с ослаблением момента в 2.0 раза. Если механизм хорошо запускается на этой характеристике и устойчиво работает, то ее наиболее целесообразно, по критерию энергосбережения, и использовать. Кроме того, в ПЧ серий J300, JE300 есть функция энергосбережения. Если эта функция активизирована, то ПЧ в автоматическом режиме осуществляет поиск напряжения на выходе ПЧ необходимого для создания требуемого момента АД, согласованного со статической нагрузкой конкретного механизма с вентиляторной характеристикой. В этом случае достигается максимальный энергосберегающий эффект для данного механизма, естественно, при работе ПЧ в контуре с ОС по технологическому процессу, например давлению на выходе центробежного насоса. Необходимо отметить еще и то, что при использовании функции энергосбережения появляется возможность компенсации чрезмерного типоразмера АД. Это существенно, потому, что основная масса АД используемых в нашей промышленности в качестве привода для центробежных насосов, систем вентиляции и компрессоров загружена лишь на 60-70%. И в этом контексте открываются большие резервы экономии электроэнергии.

3.3 Векторные САУ

Некоторые фирмы, эксплуатируя модное понятие "Векторное управление" представляют свои ПЧ как ПЧ имеющие режим векторного управления хотя на самом деле, по сути, таковыми не являются. В этой ситуации при выборе ПЧ трудно не ошибиться не вооружась необходимыми знаниями о САУ с векторным управлением. Поэтому ниже мы вкратце изложим суть векторного управления.

3.3.1 Теоретические аспекты векторного управления

Р ассмотрим схему замещения АД. Она изображена на рис 14.

М атематической основой всех векторных систем управления является теория обобщенной электрической машины. В теории электрических машин доказано, что любая многофазная электрическая машина с n-фазной обмоткой статора и m-фазной обмоткой ротора при условии равенства полных сопротивлений фаз статора (ротора) в динамике может быть представлена двухфазной моделью. Такая двухфазная модель в специальной литературе получила название обобщенной электрической машины. Схема обобщенной электрической машины в осях x-y изображена на рис.15. Оси это неподвижные жестко связанные со статором оси координат. Оси x, y это оси системы координат, которая вращается со скоростью поля статора. На осях x, y располагаются двухфазные обмотки статора и ротора.

Электромеханические процессы в обобщенной электрической машине, изображенной на рис. 15 можно описать с помощью системы дифференциальных уравнений (1).

Для создания быстродействующей и точной САУ асинхронным двигателем необходимо разработать такой алгоритм управления током или напряжением статора, при котором магнитный поток асинхронной машины оставался бы неизменным в статике и динамике.

Качество векторной САУ во многом зависит от точности измерения параметров схемы замещения L_s , L_r , L_m, R_s, R_r и от точности измерения суммарного момента инерции АД и механической системы технологической установки. Эти параметры, как правило, определяются один раз, перед вводом ПЧ в работу, в режиме ПЧ "Автонастройка" (Auto tuning).

Качество векторной САУ также определяется точностью измерения и количеством переменных АД, которые можно контролировать на протяжении всего технологического цикла. Такими переменными являются поток в воздушном зазоре, токи и напряжения статорной цепи, скорость вращения ротора. Чем большее количество переменных контролируется САУ, тем более точное решение можно получить для системы уравнений (1).

Для примера рассмотрим векторную САУ которая формирует в обмотки статора вектор тока. В этом случае классический инвертор напряжения в ПЧ работает в режиме источника тока.