+7 (499) 343-54-32
МЕТОДЫ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ В ПРИВОДАХ COMMANDER SK
.....
Общая информация
Несмотря на все видимое многообразие существующих на данный момент методов управления и способов аппаратной реализации тех или иных частотных преобразователей, нельзя не заметить, что в той или иной мере все они сводятся к определенным весьма ограниченным вариантам решений.
Тем самым, здесь можно говорить о наличие неких типовых решений, в той или иной мере применяемых подавляющим большинством производителей. Более того, сегодня можно даже утверждать о фактической выработке негласных пока стандартов на структуру преобразователей частоты и выполняемые ими функции.
Дело в том, что в общем случае можно выделить две основные задачи, решаемые регулируемым электроприводом – это, с одной стороны, управление моментом, а с другой, скоростью вращения электродвигателя. При этом необходимость регулирования момента диктуется предъявляемыми к электроприводу техническими и технологическими требованиями. Так для нормального функционирования привода необходимо ограничивать момент и ток двигателя допустимыми значениями в переходных процессах пуска, торможения и приложения нагрузки. Например, для механизмов, испытывающих при работе значительные перегрузки вплоть до стопорения рабочего органа (как то, электоприводы мельниц), возникает необходимость непрерывного регулирования момента двигателя в целях ограничения динамических ударных нагрузок. Во многих других случаях требуется также точное дозирование усилия на рабочем органе (электроприводы металлообрабатывающих станков, намоточные машины и т.п.).
С другой стороны, технологические режимы многих производственных механизмов на разных этапах работы требуют движения рабочего органа с различной скоростью, что обеспечивается либо механическим путем, либо путем электрического регулирования скорости электропривода. Причем сами требования к диапазону и точности регулирования скорости могут изменяться в самых широких пределах в зависимости от области применения самого электропривода.
Основные методы управления электроприводом
Как известно, для решения задач регулирования скорости и момента в современном электроприводе применяют два основных метода частотного управления: векторное и скалярное.
Из этих двух методов, скалярное управление используют тогда, когда необходимо удерживать на определенном уровне или скорость вращения вала электродвигателя или какого-то технологического параметра. В основном этот метод используется в приводах компрессоров, вентиляторов, насосов и тому подобных механизмов.
Принцип действия скалярного управления асинхронным двигателем – амплитуда и частота питающего напряжения изменяются по закону U/fn = const, где n≥1. Но то, как будет выглядеть данная зависимость в конкретном случае, зависит от требований, предъявляемых нагрузкой электроприводу. Как правило, в качестве независимого воздействия выступает частота, а напряжение при определенной частоте определяется видом механической характеристики, а также значениями критического и пускового моментов.
Благодаря скалярному управлению обеспечивается постоянная перегрузочная способность асинхронного двигателя, независящая от частоты напряжения, и все же при довольно низких частотах может произойти значительное снижение момента, развиваемого двигателем. Максимальное значение диапазона скалярного управления, при котором возможно осуществление регулирования значения скорости вращения ротора электродвигателя, без потери момента сопротивления не превышает 1:10.
Следует отметить, что скалярное управление асинхронным двигателем в целом реализуется довольно просто, но при этом обладает двумя весьма существенными недостатками.
Какими?
Во-первых, невозможностью регулирования скорости вращения вала в отсутствие датчика скорости на самом валу. Казалось бы, это не проблема, поскольку установка датчика скорости с легкостью ее решает. Но при этом еще одним значительным недостатком остается – отсутствие возможности регулирования значения момента на валу двигателя. В принципе и это решаемо установкой датчика момента. Однако…
Однако нельзя не заметить, что с одной стороны, такие датчики имеют очень высокую стоимость, нередко значительно превышающую стоимость всего электропривода. А с другой стороны, увы, но даже при наличии датчика момента само управление моментом выходит очень инерционным.
Но и это не самое болезненное здесь! Главное, что при скалярном управлении нельзя регулировать одновременно и момент, и скорость, а потому приходится осуществлять регулирование лишь той величины, которая в данный момент времени наиболее важна в силу условий технологического процесса.
К чему это ведет? К безумно дорогой, а главное не очень производительной системе.
Не зря довольно долгое время разработчики оборудования пытались найти какое-то иное – более простое, а главное более дешевое и действенное решение. И в 1971 году оно было найдено фирмой Siemens, которая для устранения недостатков, присущих скалярному управлению, предложила метод векторного управления. Правда, нельзя не заметить, что первые варианты электроприводов с векторным управлением требовали использования двигателей со встроенными датчиками потока. А это весьма существенно ограничивало применение такого типа приводов.
Впрочем, сегодня эта проблема устранена, причем в немалой мере благодаря тому, что система управления современных электроприводов содержит в себе математическую модель двигателя, позволяющую рассчитать скорость вращения и момент вала. В качестве необходимых датчиков здесь устанавливаются только датчики тока фаз статора двигателя, а специально разработанная структура системы управления обеспечивает независимость и практически безынерционность регулирования основных параметров – момент вала и скорость вращения вала.
Следует заметить, что на сегодняшний день сформировалось два основных класса систем векторного управления – это так называемые «бездатчиковые системы» (т.е. системы без датчика скорости на валу двигателя) и системы с обратной связью по скорости.
Разумеется, каждая из этих систем определяется не столько стоимостью, сколько областью применения электропривода. Так, при небольших диапазонах изменения скорости (не более 1:100) и требованиях к точности ее поддержания не более ±0,5% применяют бездатчиковое векторное управление. А вот если скорость вращения вала изменяется в широких пределах (до 1:10000 и более), да к тому же имеются требования к высокой точности поддержания скорости вращения (до ±0,02% при частотах вращения менее 1 Гц) или есть необходимость позиционирования вала, а также при необходимости регулирования момента на валу двигателя на очень низких частотах вращения, то здесь без вариантов применяют методы векторного управления с обратной связью по скорости.
Методы управления электроприводом Commander SK
Преобразователи Commander SK - это сетка приводов, предназначенных для управления скоростью вращения асинхронных электродвигателей с помощью изменения частоты питающего напряжения, прежде всего в системах вентиляции и кондиционирования, насосных станций и другом подобном оборудовании. Такая специфика применения привода Commander SK привела к тому, что в нем был реализован бездатчиковый метод векторного регулирования. При этом был использован алгоритм векторного управления в разомкнутом контуре, который позволяет поддерживать фактически постоянный магнитный поток в двигателе за счет динамической регулировки напряжения двигателя исходя из специфики его нагрузки.
Применение бездатчикового метода регулировки двигателя в данном случае означает, что изменение скорости вращения электродвигателя здесь необходимо осуществляется вручную с помощью ввода необходимых значений параметров настройки. Последнее может быть произведено несколькими способами:
- во-первых, на клавиатуре преобразователя:
- во-вторых, на вынесенной панели;
- в-третьих, настройка может производится автоматически от внешних сигналов управления или по заданной программе при подключении преобразователей к контроллеру или с использованием компьютера.
При этом преобразователи Commander SK даже в своей стандартной комплектации отличаются очень высокой функциональностью. Так, они обладают возможностью регулировать частоту напряжения в диапазоне от 0 до 1,5 кГц и поддерживать момент на валу двигателя при частоте 1 Гц. В тоже время преобразователи могут быть подключены к компьютеру по шине Modbus RTU RS 485 через разъем RJ45 и управляться напрямую с ПК. Одновременно они оснащены функциями автонастройки (без вращения вала двигателя), изменения частоты коммутации от 3 до 18 кГц, а также торможения постоянным током и технологического ПИД-регулятора. Причем встроенный тормозной транзистор и возможность подключения тормозного резистора позволяют быстро останавливать механизмы с большими моментами инерции.
В этом плане преобразователь Commander SK полностью выявляет все преимущества векторного метода управления асинхронным двигателем, такие как:
- высокий уровень точности при регулировании скорости вращения вала электродвигателя;
- плавность хода вращения двигателя на малых частотах без каких-либо рывков;
- быстрота реагирования на возможное изменение нагрузки, в силу чего какие-либо резкие скачки нагрузки практически не отражаются на скорости электропривода,
- обеспечение высокого уровня КПД двигателя, за счет сниженных потерь из-за возможного намагничивания и нагрева.
При этом сетевое напряжение стандартной частоты (50 Гц) трансформируется преобразователем в напряжение питания электродвигателя с заданным значением частоты, выбираемым в зависимости от предъявляемых к оборудованию требований в диапазоне от 0 до 1500 Гц.
.....
Впрочем, нельзя не заметить, что несмотря на многочисленные преимущества, метод векторного управления имеет и некоторые недостатки – как-то большая сложность вычислений, поскольку для работы необходимо знание параметров двигателя. А это в свою очередь приводит к необходимости настройки как самого преобразователя, так и все системы только специалистом.
Иначе говоря, настройка «методом научного тыка», ровно, как и попытка обойтись своими силами может привести к тому, что вся система просто не будет работать!