Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Векторное управление двигателем алгоритм работы ключей

Векторное управление

Правильно выбранный способ управления электроприводами переменного тока значительно снижает потребление электроэнергии, повышает к.п.д. и дает ощутимый технический и экономический эффект.

Синхронные и асинхронные машины управляются по 2 основным законам: скалярным и векторным. Суть последнего способа – контроль амплитуды и частоты питающего напряжения как при скалярном управлении, а также фазы. То есть, регулируется не только скалярная величина контролируемых характеристик, но и их векторная составляющая.

Векторный способ позволяет изменять скорость вала и момент одновременно, значительно увеличивает точность регулирования во всем диапазоне, уменьшает потери на намагничивание и нагрев, обеспечивает плавное вращения ротора без рывков на небольших скоростях. Метод также позволяет подстраивать момент на валу при переменной нагрузке без изменения частоты вращения.

На схеме представлена типовая схема векторного управления электроприводом, где:

  • АД – электрический двигатель.
  • БРП – блок регуляторов суммирования входных сигналов и сигналов обратной связи.
  • БВП – блок вычисления и преобразования импульсов обратной связи.
  • БЗП – задающий блок.
  • ДС – датчик скорости вала электродвигателя.
  • АИН ШИМ – блок амплитудно-импульсной или широтно-импульсной модуляции частоты питающего напряжения.

Принцип ее работы основан на контроле сцепления магнитных потоков ротора и статора. На блок регуляторов БРП и поступают заданные сигналы момента и потокосцепления и импульсы с контура обратной связи. Далее в задающем блоке БЗП они преобразуются в импульсы, регулирующие работу ШИМ или АИМ. На обмотки электродвигателя поступает напряжение заданной частоты и величины. Датчик скорости ДС считает количество оборотов вала ротора в единицу времени и подает сигнал на блок регуляторов БРП. В нем осуществляется суммирование фазовых составляющих заданных сигналов и импульсов обратной связи. В результате на задающий блок БЗП поступает интегрированный сигнал с учетом фактической скорости и момента на валу электродвигателя.

Основной причиной появления векторного управления является то, что асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) — самый массовый и дешёвый в производстве двигатель, надёжный и наименее требовательный в эксплуатации (в конструкции нет механических коллекторов, контактных колец) плохо поддаётся регулированию скорости, поэтому он первоначально применялся для нерегулируемых приводов, либо для приводов с механической регулировкой (с помощью коробки передач); специальные многоскоростные АДКЗ позволяли только ступенчато изменять скорость (от двух до пяти ступеней), но их стоимость была гораздо выше, чем обычных, кроме того, требовалась станция управления для таких двигателей, которая дополнительно сильно удорожала систему управления, при этом было невозможно автоматически поддерживать скорость двигателя при изменении нагрузки. Позже были разработаны методы управления скоростью АДКЗ (скалярное управление), но в переходных процессах при скалярном регулировании потокосцепление ротора изменяется (при изменении токов статора и ротора), что приводит к снижению темпа изменения электромагнитного момента и ухудшению характеристик в динамике.

С другой стороны двигатель постоянного тока (ДПТ) при большей его стоимости и эксплуатационных затратах и меньшей надёжности (имеется механический коллектор) просто поддаётся управлению, при этом регулировка может осуществляться как изменением напряжения на якоре с постоянным номинальным потоком возбуждения (первая зона регулирования) так и изменением напряжения на обмотке возбуждения (ослабление потока возбуждения) с постоянным номинальным напряжением на якоре (вторая зона регулирования). При этом обычно регулирование ведётся сначала в первой зоне , а при необходимости дальнейшего регулирования во второй зоне (с постоянной мощностью).

Идеей векторного управления было создание такой системы управления АДКЗ, в которой, подобно ДПТ можно раздельно управлять моментом и магнитным потоком, при этом поддерживается на постоянном уровне потокосцепление ротора и значит изменение электромагнитного момента будет максимальным.

Ожидаемый эффект

Если BLDC двигатель возбуждать синусоидальными токами, ожидается увеличение момента на валу, снижение вибрации, снижение шума, увеличение максимальных оборотов. Почему так происходит? Вспомним, как работает система управления BLDC двигателем. Для его управления используется блочная коммутация (block commutation). Т.е. При достижении определенного положения ротора происходит коммутация (напряжение подается на определенные обмотки) и магнитное поле статора смещается и остается неподвижным до момента следующей коммутации пока ротор не провернется до определенного положения. Таким образом, магнитное поле статора вращается не плавно, а шагами. Это доступно продемонстрировано на этом фрагменте видео.

Наглядно это можно объяснить с помощью двух магнитов. Магнит статора как бы тянет к себе ротор. При этом магнит статора перемещается скачками и ждет пока ротор приблизиться, потом совершает следующий скачок. При этом в момент скачка дистанция между магнитами увеличивается, а их магнитное взаимодействие снижается, а при приближении магнитное взаимодействие увеличивается. Из-за этого и получаются пульсации момента. Если сделать движение более равномерным, выдерживая между «магнитами» постоянную дистанцию, усилие между магнитами пульсировать не будет, и движение будет происходить с меньшими потерями. Благодаря синусоидальному возбуждению, и достигается плавность вращения магнитного поля статора, что и дает эффект.

Читать еще:  Doodle god как создать артефакт вечный двигатель

Преобразователи энергии

Одним из важных направлений работ АО «ВНИИ «Сигнал» является разработка и изготовление регулируемых приводов и систем электропитания

Основными элементами силового преобразования энергии в РП и СЭП являются: генераторы, двигатели, статические преобразователи энергии (СПЭ).

Для управления синхронными двигателями применяются:

  • принцип частотно-токового управления, позволяющий задавать необходимую скорость вращения двигателя и величину выходного момента путем формирования тока статора двигателя;
  • принцип векторного управления, позволяющий сохранять максимальной величину выходного момента;
  • принцип подчиненного регулирования, при котором работа каждого внутреннего контура подчиняется внешнему. Достоинствами такого способа построения является простота расчёта и настройки.

Сами двигатели СДМ имеют встроенные средства измерения электромагнитных параметров, что позволяет улучшить регулировочные характеристики, повысить точность и быстродействие регулируемых приводов. Использование для возбуждения СДМ высококоэрцитивных магнитов позволяет обеспечить их КПД на уровне (94 – 97) % и повысить удельную мощность (мощность на единицу массы) по сравнению с гидроприводом и электроприводом с двигателем постоянного тока в 2 – 4 раза. Отсутствие щеточно-коллекторного узла позволяет увеличить ресурс работы, который лимитируется в данном случае практически только износом подшипников, в 3 – 5 раз по сравнению с гидроприводом и в 8 – 10 по сравнению с малоинерционным двигателем постоянного тока серии ЭДМ.

В состав СПЭ входит микропроцессорная система управления (МСУ), которая в совокупности со встроенными в СДМ датчиками позволяет реализовать наиболее эффективные алгоритмы управления, контроля, настройки как СПЭ, так и привода в целом.

Для ряда артиллерийских комплексов и систем азимутального вращения базе СДМ разработаны модульные блоки, включающие непосредственно сам СДМ, а также электромагнитный тормоз, датчики угла, скорости, и промежуточный редуктор между СДМ и объектом регулирования. Такое решение практически исключает люфты, кинематические погрешности, упругие деформации между составными элементами и уменьшает суммарную массу исполнительного механизма.

Основные характеристики синхронных двигателей СДМ и модулей на их базе:
Тип / ПараметрСДМ 3,0 – 1,5 – 220СДМ 12 – 3,0 – 220СДМ 12 – 3,0 – 127СДМ 12 – 5,5 – 220СДМ 24 – 6,0 – 220АЮИЖ… 001АЮИЖ… 002АЮИЖ… 006АЮИЖ… 007
Номинальный момент на валу, Н•м3121212241171432624
Коэффициент перегрузки по моменту444444444
Номинальная частота вращения, об/мин.15003000300055006000380546060006000
Номинальная мощность, кВт0,553,73,77,0153,776,91515
Момент инерции ротора, кг•м 20,00090,00180,00180,00180,00340,001810,001810,007640,00764
Габаритные размеры, мм245 × 225 × 193362 × 225 × 193362 × 225 × 193362 × 225 × 193410 × 270 × 240580 × 260 × 255435 × 271 × 274504 × 252 × 287445 × 252 × 287
Масса, кг112222233544504555
КПД0,920,950,950,950,970,910,910,950,95
cos φ0,950,960,970,950,950,960,960,960,96

Преобразователи энергии для управления синхронными двигателями построены на IGBT-транзисторах, что позволяет совместно с СДМ увеличить КПД привода в целом до уровня 88-90 % (у гидропривода – 50-60 %) и увеличить надежность.

В состав СПЭ входит микропроцессорная система управления (МСУ), которая в совокупности со встроенными в СДМ датчиками позволяет реализовать наиболее эффективные алгоритмы управления, контроля, настройки как СПЭ, так и привода в целом.

Большую группу СПЭ, разработанных АО «ВНИИ «Сигнал», составляют встраиваемые управляемые выпрямители и инверторы.

Устройства управления и обеспечения для статических преобразователей энергии

  • Вторичные источники электропитания
  • Согласующие фильтры
  • Тормозные ключи
  • Модули микроЭВМ
  • Стабилизаторы напряжения
  • Устройства сопряжения
  • Регуляторы момента и скорости
Стабилизаторы силового электропитания

  • Количество фаз входного напряжения – 3
  • Выходное напряжение – (540 – 750) В
  • Точность стабилизации – не хуже ± 4%
  • Номинальный выходной ток – 150 А
  • Частота коммутации – до 15 кГц
  • Кратность перегрузки – 2
  • Отдача энергии в сеть – обеспечивается
  • Датчики тока – встроены
  • Гальваническая развязка управления – обеспечена
Инверторы напряжения на IGBT-модулях

  • Количество фаз – 3
  • Номинальный выходной ток – (50, 75, 100, 150) А
  • Частота коммутации – до 15 кГц
  • Кратность перегрузки – 2
  • Датчики тока – встроены
  • Гальваническая развязка управления – обеспечена

Одним из наиболее востребованных СПЭ разработки АО «ВНИИ «Сигнал» является преобразователь напряжения для вагонного кондиционера (ПНВК) мощностью 10 кВт.

ПНВК разработан по техническому заданию ОАО «Теплообменник» г. Н.Новгород и предназначен для электропитания компрессора системы охлаждения воздуха пассажирских железнодорожных вагонов (Кондиционеры МАБ-II пассажирских железнодорожных вагонов типа 47к, RIC-160).

Конкурентными преимуществами преобразователя являются лучшие потребительские качества, в частности работоспособность при температуре окружающей среды до +60 °С по сравнению с рабочей температурой до +45 °С у лучших российских аналогов.

Технические характеристики ПНВК:
ПараметрЗначение
Диапазон регулирования частотыот 40 до 60 Гц
Диапазон регулирования напряженияот 190 до 4270 В
Номинальный ток21 А
КПД0,94
Мощность10 кВт
Масса55 кг
Наработка на отказ15000 ч
Габариты, мм664 х 514 х 200 мм

Базируясь на создании СПЭ, ВНИИ «Сигнал» создал ряд гибридных систем электропитания (ГСЭП), вырабатывающих энергию для потребителей от трех источников: первичный (газовая турбина, ветроколесо, тяговый двигатель подвижного носителя), резервный (дизельный, газотурбинный двигатель и др.), электрический накопитель энергии (аккумуляторная батарея, молекулярный накопитель и др.). В ГСЭП входят: генератор, необходимые электрические преобразователи энергии и цифровая система управления, обеспечивающая управляемое оптимальное перераспределение мощности между потребителями.

Одним из важнейших элементов ГСЭП является электрогенератор (ЭГ), обеспечивающий оптимальное сочетание по скорости входного вала с валом первичного двигателя и по выходным сигналам с первичными СПЭ.

Параметры электрогенераторов ГСЭП:
Параметры / Наименование ГСЭПЖаворонокСЭП – 0,3СЭП — 12
Номинальная скорость ротора, об/мин.3002000012000
Максимальная рабочая скорость ротора, об/мин.3602500015000
Минимальная рабочая скорость ротора, об/мин.12075005000
Выходная мощность при номинальной скорости, кВт300,38,5
Выходное напряжение3 фазы, 380 В, 50 Гц3 фазы, В, 2 кГц3 фазы, 400 В, 2 кГц
КПД в номинальном режиме0,950,90,9
Масса, кг500

При разработке как отдельных элементов ГСЭП, так и системы в целом главное внимание уделяется оптимальному сочетанию их с первичными источниками и потребителями энергии, обеспечению высокого КПД и показателей надежности.

Создание гаммы подобных ГСЭП обеспечивает создание эффективных технологий автономного и гарантированного электроснабжения.

Так ГСЭП с турбогенераторами позволяют получить электроэнергию практически на любых газораспределительных станциях (ГРС), газораздаточных пунктах (ГРП), котельных, ТЭЦ практически без дополнительных затрат природных ресурсов за счет преобразования энергии, выделяющейся при редуцировании давления природного газа. При этом отпадает необходимость разработки и согласования проектов привязки ГРС и ГРП к электросети, прокладки электролиний на десятки километров. Появляется возможность автоматизации ранее неэлектрофицированных ГРС, ГРП, сокращается число дежурных и затраты на объезд ГРС, ГРП.

ГСЭП с отбором мощности от вала тягового двигателя необходимы практически для всех мобильных рабочих и боевых комплексов, где требуется управлять большим числом рабочих органов, используя лишь энергию первичного тягового двигателя.

ГСЭП с ветроколесом востребуемы сегодня многими потребителями, но, к сожалению, работы по созданию эффективной ГСЭП далеко не завершены.

ГСЭП разработки АО «ВНИИ «Сигнал» используется в составе ветродизельного комплекса «Жаворонок».

Состав системы электроснабжения ветроэнергетической установки:

  • Генератор синхронный
  • Преобразователь напряжения
  • Блок аккумуляторных батарей
  • Трансформатор

Назначение: система электроснабжения предназначена для выработки электроэнергии за счет преобразования энергии вращения ротора ГС, преобразования энергии резервного и буферного источников и обеспечения внешних потребителей трехфазным переменным током частотой 50 Гц, напряжением 380 В (по четырехпроводной схеме с глухозаземленной нейтралью), с качеством электроэнергии по ГОСТ 13822-82, а также собственных потребителей комплекса во всех режимах эксплуатации.

Высокие требования к перспективным комплексам, включая повышение энерговооруженности, маневренности, надежности, снижение массогабаритных характеристик, расхода топлива ставят задачу создания высокоинтегрированных, помехозащищенных, высокоэкономичных систем электроснабжения и их составных частей.

Имея большой опыт по разработке СПЭ и СЭП предприятие готово к тесному сотрудничеству в этой области с отечественными и зарубежными заказчиками.

Достоинства и недостатки ВД

В последнее время, этот тип двигателей быстро приобретает популярность, проникая во многие отрасли промышленности. Находит применение в различных сферах использования: от бытовых приборов до рельсового транспорта.

ВД с электронными системами управления часто объединяют в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.

  • Относительно сложная система управления двигателем
  • Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора
  • Во многих случаях более рациональным оказывается применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.

Для применений, комбинирующих максимально достижимый КПД с предельно простыми и надёжными блоками управления (ключевой коммутатор, не использующий ШИМ), можно также выделить следующую особенность: Несмотря на то, что обороты могут широко варьироваться управляющим блоком, приемлемый КПД можно получить лишь в относительно узком интервале угловых скоростей. Это определяется индуктивностью обмоток. Если скорость будет ниже оптимальной, продолжающаяся подача тока в данную фазу, после достижения предела магнитного потока, будет приводить лишь к ненужному нагреву. На скоростях выше оптимальной, магнитный поток в полюсе не достигнет максимума из-за ограниченного индуктивностью времени нарастания тока. Примерами таких двигателей являются модельные бесколлекторные комплекты. Они должны быть эффективными, лёгкими и надёжными, а для того чтобы обеспечить оптимальную угловую скорость при заданной нагрузочной характеристике, производители выпускают модельные ряды с различными индуктивностями (числом витков) обмоток. При этом, меньшее число витков соответствует более быстроходному двигателю.

Заключение

Мультикоптеры – это захватывающая новая технология со многими приложениями от FPV-гонок радиоуправляемых моделей до удаленной инспекции различных труднодоступных инженерных сооружений (мостов, опор линий электропередач и других). Компания Infineon поставляет более 50 компонентов, которые могут использоваться в составе мультикоптеров. Эти компоненты, поддерживаемые соответствующими отладочными наборами и программными инструментами, позволяют разработчикам быстро создавать, отлаживать и выпускать на рынок системы, которые отвечают всем современным требованиям.

Частотные преобразователи DELTA Electronics

Преобразователи частоты DELTA Electronics или, как их еще называют — частотные преобразователи, предназначены для управления и регулирования скорости вращения электрических двигателей или их момента.

При частотном регулировании электропривода частотный преобразователь Delta Electronics с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ) формирует на своем выходе такое трехфазное напряжение, при котором электродвигатель вращается с заданной частотой или моментом, а пуск двигателя происходит плавно, без больших пусковых токов и ударов, что, в свою очередь, уменьшает нагрузку на электрическую сеть, электродвигатель, механизмы и увеличивает срок их службы.

Частотно-регулируемые приводы широко используются для управления производительностью (расходом или давлением) насосов, вентиляторов и воздуходувок, в подъемно-транспортном оборудовании и конвейерах, в экструдерах, смесителях, центрифугах, сепараторах, вибраторах, в пескоструйных аппаратах, в металло- и деревообрабатывающем оборудовании, обрабатывающих центрах и прессах, типографском оборудовании. Также частотный привод может применяться в операциях намотки, протяжки, резки и т.п.

В номенклатуру частотных преобразователей Delta Electronics входят:

Помимо преобразователей частоты подразделение промышленной автоматизации Delta Electronics занимается разработкой и производством широкого спектра продукции для автоматизации производственных процессов: сервоприводы, панели оператора, программируемые контроллеры, температурные регуляторы, счетчики, конвертеры интерфейса источники питания, что позволяет конечным пользователям эффективно решить практически любую задачу автоматизации и энергосбережения.

Со списком продукции Delta Electronics, поставляемым нашей компанией, можно ознакомиться в приведённом ниже прайс-листе.

Общепромышленные преобразователи частоты VFD-С

Серия VFD-C использует FOC-векторное управление в качестве базовой технологии управления двигателем, за счет чего достигаются беспрецедентно высокие характеристики привода, такие как пусковой момент, точность поддержания скорости и момента в широком диапазоне регулирования.

Большой эксплуатационный ресурс в совокупности с контролем времени наработки наиболее важных компонентов обеспечивают длительную и надежную эксплуатацию изделия.

  • Режимы управления скоростью, моментом, положением.
  • Модульный дизайн с большим количеством плат расширения.
  • Встроенный ПЛК с LD-программированием и часы реального времени.
  • Модели с двумя наборами номинальных данных (для нормального/тяжелого рабочего цикла).
  • Управление/ограничение момента в 4-х квадрантах.
  • Управление стандартными асинхронными двигателями и синхронными сервомоторами в разомкнутом и в замкнутом контуре скорости.
  • Стартовый момент: до 150% на 0.5Гц (без обратной связи); до 150% на 0Гц (с энкодером).
  • Стабильное управления скоростью на низких частотах, до 200% момента на нулевой скорости в режиме FOC+PG.
  • Помимо традиционного ПИ-регулятора в контуре скорости, в VFD-C используется PDFF-управление, которое устраняет перерегулирование и улучшает отклик системы.
  • Функция безопасной остановки двигателя в соответствие со стандартами EN954-1, EN60204-1 и IEC61508 для предотвращения травмирования персонала от случайного запуска.
  • Функция синхронизации угловых положений вала нескольких приводов.
  • Встроенные CANOpen и Modbus, опциональные PROFIBUS-DP, DeviceNet, MODBUS TCP и Ethernet/IP интерфейсы.
  • Встроенный тормозной ключ (в моделях до 30кВт включительно).
  • Встроенный дроссель постоянного тока (в моделях от 37кВт).
  • Встроенный RFI-фильтр.
  • Съемный цифровой пульт управления с текстовым ЖК-дисплеем.
  • Платы расширения входов/выходов и для подключения энкодера.
  • Быстросъемный вентилятор.

Преобразователи частоты для насосов и вентиляторов VFD-СP

Встроенные возможности серии VFD-CP многодвигательного управления, циклического управления по времени и одновременного управления 8-ю насосами улучшают эффективность использования оборудования, выравнивают моторесурс насосов и экономят электроэнергию. Динамическое управление давлением/потоком воздуха позволяет снизить затраты на оборудование для конечного пользователя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector