Способы управление преобразователем частоты

Управление преобразователем частоты является важным элементом, раскрывающим полезные возможности частотного регулирования и играет важную роль, так как позволяет:

• Регулировать скорость вращения двигателя в широком диапазоне. Это ключевая функция преобразователя частоты, расширяющая технологические возможности.
• Обеспечивать плавный пуск,  остановку двигателя без перегрузок. Позволяет увеличить срок службы механизмов.
• Поддерживать постоянный крутящий момент на валу. Важно для механизмов с переменной нагрузкой.
• Оптимизировать работу двигателя на разных скоростях для экономии электроэнергии. Дает значительный энергосберегающий эффект.
• Защищать  от перегрева, превышения тока и других аварийных ситуаций.
• Интегрировать преобразователь частоты в системы автоматизации через различные интерфейсы .
• Дистанционно управлять аппаратом.

Основные способы управления 

Существует несколько основных способов управления частотным преобразователем:

1. Скалярное  (V/F) - самый простой способ, при котором напряжение и частота на выходе преобразователя изменяются пропорционально друг другу.

Основные принципы скалярного управления:

• Напряжение на выходе преобразователя изменяется пропорционально частоте по линейному или криволинейному закону V/F = const.
• Поддерживается постоянное отношение V/F во всём диапазоне регулирования скорости для обеспечения номинального потока в двигателе.
• Нет обратной связи по скорости или моменту двигателя.
• Простота реализации, низкая цена.
• Достаточно высокая точность регулирования скорости.
• Ограниченные возможности по управлению моментом и пусковым током.

Скалярное управление широко используется в приводах без высоких требований к динамике и точности регулирования скорости и момента. 

2. Векторное управление - основано на математической модели двигателя. Позволяет независимо регулировать момент и потокосцепление. Более сложное и точное управление.

Это более сложный способ управления частотным преобразователем, основанный на математической модели двигателя.

Основные его особенности :

• Раздельное независимое управление потокосцеплением и моментом двигателя за счет ориентации вектора тока статора по отношению к вектору потокосцепления ротора.
• Требуется информация о положении ротора двигателя от датчика обратной связи или модель бездатчикового управления.
• Обеспечивается высокая точность и динамика управления скоростью и моментом.
• Возможность работы на очень низких скоростях.
• Энергоэффективные алгоритмы управления.
• Более сложная система управления и высокая стоимость.

Векторное управление применяется в высокоточных и динамичных приводах, работающих в широком диапазоне скоростей и нагрузок. 

3. Управление с обратной связью - используются датчики тока, скорости или положения для замкнутой системы управления и коррекции параметров.

Управление частотным преобразователем с обратной связью позволяет повысить точность и качество регулирования за счет  сигналов датчиков о состоянии двигателя и привода.

Основные особенности :

• Используются датчики тока, скорости или положения ротора, подключенные к входам преобразователя.
• Система управления сравнивает сигнал задания и сигналы датчиков ОС.
• Вырабатывает управляющие воздействия для коррекции отклонений фактических параметров от заданных.
• Позволяет компенсировать возмущения и нелинейности привода.
• Улучшает динамические характеристики привода.
• Дополняет векторное управление для получения информации о роторе.
• Усложняет систему, снижает надежность, повышает стоимость.

Управление с ОС применяется в высокоточных сервоприводах и сложных технологических установках. 

4. Бездатчиковое управление - расчёт управляющих воздействий на основе модели двигателя без использования датчиков обратной связи.

Бездатчиковое управление осуществляется без использования датчиков положения ротора или обратной связи по скорости.

Принцип работы:

• В основе лежит математическая модель двигателя, его параметры записаны в память преобразователя.
• Положение ротора и скорость рассчитываются на основе модели по измеренным токам и напряжениям статора.
• Осуществляется по этим расчётным значениям.

Преимущества:

• Отсутствие датчиков удешевляет и упрощает привод.
• Более высокая надёжность за счёт отсутствия датчиков.

Недостатки:

• Менее точное управление по сравнению с системами с датчиками ОС.
• Требует точной настройки параметров модели двигателя.

Используется в приводах, где нет жёстких требований к точности без необходимости применять датчики. 

5. Управление по сигналу задания - значение заданной частоты или скорости подаётся на вход преобразователя внешним сигналом.

Управление частотным преобразователем по сигналу задания частоты вращения или скорости является распространенным способом.

Основные моменты:

• Сигнал задания в виде напряжения или тока подается на вход преобразователя.
• В качестве сигнала могут использоваться:
• Стандартные сигналы 0-10В, 4-20мА, 0-20мА.
• Импульсный сигнал от ПЛК или потенциометра.
• Интерфейсы связи RS-485, Ethernet.
• Преобразователь сравнивает сигнал на входе с текущей скоростью.
• Изменяет частоту и напряжение на двигателе для достижения заданного значения.
• Позволяет осуществлять простое дистанционное управление приводом.
• Требует реализации внешнего контура регулирования для точного поддержания скорости.
• Часто используется совместно с векторным или скалярным управлением. 

6. Управление по сетевым протоколам - используются интерфейсы ModBus, Profibus, Ethernet для интеграции в системы АСУТП.

Современные частотные преобразователи могут управляться по различным промышленным сетевым протоколам:

• Modbus (RTU, TCP, ASCII) - открытый протокол, используется для связи по RS-485, Ethernet. Позволяет управлять параметрами, режимами, задавать частоту.
• Profibus - популярный протокол в промышленности, быстрый циклический обмен данными со специальными ПЛК.
• Profinet - протокол на основе Ethernet, высокоскоростная связь со специализированным оборудованием.
• EtherNet/IP - промышленный Ethernet, использует технологию CIP, интеграция в сеть предприятия.
• CAN - для построения распределённых систем, связь по двухпроводной шине.
• BACnet - для систем отопления, вентиляции, кондиционирования.
• LonWorks - для построения распределённых систем управления зданиями.
• DNP3 - протокол для систем телемеханики энергосистем.

Использование сетевых протоколов позволяет интегрировать преобразователь частоты в системы АСУ ТП, SCADA. 

Выбор способа зависит от требований к точности и сложности системы управления, стоимости реализации.