Слайд 2
Скалярное управление (частотное управление)
Под скалярным управлением понимают все
невекторные системы управления электроприводом. Данные системы включают в себя
простые системы управления асинхронным двигателем при питании его от источника напряжения регулируемой частоты. Существуют три основных закона скалярного управления:
Первый используется для постоянного момента нагрузки, второй для вентиляторной нагрузки, третий при моменте нагрузки обратно пропорциональном скорости.
Наиболее широко распространен первый закон управления, так как в нем поддерживаются постоянными жесткость, критический момент и относительное критическое скольжение (не абсолютное !!!).
Слайд 3
Скалярное управление (частотное управление)
Механические характеристики при частотном регулировании
координат АД:
а – расчетные;
б – практические
Слайд 4
IR - компенсация
Из графиков видно, что при небольших
частотах произошло снижение критического момента АД. Причина этого заключается
в уменьшении магнитного потока АД при низких частотах вследствие влияния активного сопротивления статора, вызывающего из-за падения напряжении на активном сопротивлении статора уменьшение ЭДС АД. Для компенсации этого влияния следует с уменьшением частоты снижать напряжение в меньшей степени, чем это предусмотрено соотношением.
Такое падение напряжения не только снижает критический момент и повышает критическое скольжение, но также приводит к нагреву обмотки статора двигателя.
Слайд 5
Векторное управление
Векторное управление — метод управления СД и АД,
не только формирующим гармонические токи (напряжения) фаз, но и
обеспечивающим управление магнитным потоком ротора (моментом на валу двигателя). Векторное управление применяется в случае, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходимо получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах, например, 0…50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150-200% от Мном, это позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление вращающим моментом двигателя..
Такое управление заключается в математическом разделении двух каналов, отвечающих за регулирование в первой и второй зонах. Фактически АД, представляется в виде ДПТ НВ, имеющей две независимые обмотки.
Векторное управление имеет 2 разновидности: DTC и FOC.
Слайд 8
Преобразователи частоты. Общие сведения.
Имея на входе переменное напряжение
неизменных амплитуды и частоты, электрический преобразователь может преобразовать его
как в переменное напряжение той же частоты, но другой амплитуды, так и в переменное напряжение с другими амплитудой и частотой. В первом случае электрический преобразователь называют преобразователем напряжения (ПН), во втором – преобразователем частоты (ПЧ).
Электрический преобразователь может выполнять функцию выпрямителя, т. е. преобразовывать переменное напряжение в постоянное, либо инвертора – преобразовывать постоянное напряжение в переменное, если источник энергии находится на стороне постоянного напряжения.
Кроме того, электрический преобразователь может быть импульсным, т. е. преобразовывать стандартное переменное напряжение сети в последовательность импульсов, амплитуда, длительность, скважность, форма и другие признаки которых определяются специфическими особенностями работы электромеханического преобразователя.
Слайд 9
ПЧ со звеном постоянного тока.
Выпрямленное напряжение Е0 подается
на силовой фильтр, находящийся в звене постоянного тока, который
обеспечивает 2 функции: сглаживание выходного напряжения выпрямителя и циркуляцию реактивной мощности в ПЧ. После фильтра напряжение подается на вход инвертора, который преобразует напряжение постоянного тока Е0 в трехфазное амплитуды Uрег и регулируемой частоты fрег. Реализация УВ и УИ может быть самой разнообразной. На практике нашли распространение 2 схемы:
1. автономный инвертор тока (АИТ)
2. автономный инвертор напряжения (АИН)
На рис. УВ – управляемый выпрямитель, УИ – управляемый инвертор
Слайд 10
ПЧ со звеном постоянного тока.
Инвертором называется преобразователь напряжения
постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются
в составе преобразователей частоты в случае питания ЭП от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании ЭП от источника постоянного напряжения. В составе ЭП они обеспечивают, как правило, получение переменного напряжения регулируемой частоты, что требуется для регулирования скорости двигателей переменного тока. Существует большое количество инверторов, различающихся своими схемами, характеристиками и областями применения. В схемах ЭП наибольшее применение нашли автономные инверторы напряжения.
Автономные инверторы напряжения (АИН) имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Управляющим воздействием на двигатель переменного тока является напряжение регулируемой частоты.
Слайд 11
Автономный инвертор напряжения:
Схема АИН состоит из нерегулируемого выпрямителя
В, собранного на шести диодах VD1 – VD6, и
автономного инвертора напряжения АИН на шести управляемых ключах, в качестве которых на схеме показаны модули, содержащие биполярные транзисторы с изолированным затвором VT1 – VT6 и шунтирующие диоды VD7 – VD12. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется широтно-импульсной модуляцией выпрямленного напряжения. Конденсаторы С выполняют роль фильтра и элемента, осуществляющего обмен реактивной мощности с нагрузкой
Слайд 12
Достоинства и недостатки АИН:
Достоинства: большое регулирование частоты (от
долей Гц до кГц), возможность параллельной работы нескольких двигателей
от одного ПЧ, высокий коэффициент мощности (0,95-0,98).
Недостатки: невозможность рекуперации энергии в сеть, если используются неуправляемые выпрямители; более низкий КПД по сравнению с ПЧ с непосредственной связью.
На сегодняшний день АИН – самый распространенный тип двухзвенного ПЧ.
Слайд 13
Выбор ПЧ:
Выбираемый преобразователь частоты должен соответствовать следующим требованиям:
Параметры
питающей сети: 3-х фазная сеть 400 В, 50 Гц.
Если
двигатель работает при нагрузке, которая не выше номинального момента двигателя, то номинальный ток инвертора должен удовлетворять условию:
Если к ПЧ будет подключаться несколько двигателей, то тогда:
При условии, что к приводу не предъявляются повышенные требования по динамике и перегрузочной способности (при спокойной нагрузке), возможно применение преобразователя, который имеет мощность, удовлетворяющую условию:
Если к ПЧ будет подключаться несколько двигателей
Слайд 14
Выбор ПЧ:
Выбираемый преобразователь частоты должен соответствовать следующим требованиям:
Поддержка
требуемого метода частотного управления. Различают три основных способа управления
в системе ПЧ–АД: скалярный, векторный, прямое управление моментом. Каждый способ управления имеет свои достоинства и недостатки, которые обуславливают необходимость его применения на конкретном оборудовании.
Совместимость с двигателем и контроллером (если есть возможность, то двигатель, ПЧ и контроллер должны быть произведены одной фирмой).
Возможность рекуперации энергии в сеть (наличие управляемых выпрямителей) – если двигатель часто работает в режиме рекуперативного торможения.
Слайд 15
Тормозной прерыватель:
При торможении электропривода, двигатель может переходить в
генераторный режим. Генерируемая при этом энергия возвращается в частотный
преобразователь и выпрямляется на обратных диодах IGBT-транзисторов, следовательно растет напряжение на звене постоянного тока (ЗПТ). Часть этого напряжения (20-30%) может быть рассеяно на силовых элементах, на разрядных резисторах ЗПТ и др. Однако, если этого не достаточно, то напряжение может вырасти до опасного значения.
Чтобы разрядить перенапряжение требуется внешний тормозной резистор, и силовой ключ который открывал бы цепь при повышенных значениях и закрывал при нормальных - чтобы энергия сети не рассеивалась на резисторах. Таким ключом является тормозной прерыватель.
Слайд 16
Перенапряжения на выходе ПЧ при подключении через кабель:
В
большинстве случаев напряжение на выходе ПЧ формируется с помощью
широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Высокое значение скорости нарастания напряжения на фронте импульсов (du/dt) вызывает протекание в кабельной линии (КЛ) и обмотке двигателя специфических волновых процессов, что приводит к возникновению следующих нежелательных явлений:
- перенапряжений на обмотках двигателя которые сокращают срок службы его изоляции;
- электромагнитного излучения высокой частоты, оказывающего негативное воздействие на работу слаботочных устройств автоматики (контроллеры, датчики и т. п.), находящихся рядом с ПЧ;
- дополнительных тепловых потерь в стали двигателя.
Слайд 17
Выходные фильтры (синус-фильтры, дроссели, ферритовые кольца):
При длинах кабельной
линии, соединяющей ПЧ и АД более чем 75-100 м,
необходимо использовать специальные фильтры электромагнитной совместимости (ЭМС), которые будут снижать возникающие перенапряжения
К таким фильтрам относятся дроссели (снижают крутизну нарастания импульса напряжения, используются при относительно низких длинах кабеля) и синус-фильтры (корректируют выходное напряжение до практически синусоидально формы, убирают перенапряжения, однако более дорогие. Используются при больших длинах кабеля. Нельзя использовать при использовании прямого управления моментом).
Номинальный то дросселя (синус-фильтра) не должен быть меньше номинального тока асинхронного двигателя.
