частотник векторный или скалярный в чем разница
Асинхронный двигатель — двигатель переменного тока, в котором токи в обмотках статора создают вращающееся магнитное поле. Это магнитное поле индуктирует токи в обмотке ротора и, действуя на эти токи, увлекает за собой ротор.
Однако для того, чтобы во вращающемся роторе вращающееся магнитное поле статора индуктировало токи, ротор в своем вращении должен немного отставать от вращающегося, поля статора. Поэтому в асинхронном двигателе скорость вращения ротора всегда немного меньше скорости вращения магнитного поля (которая определяется частотой переменного тока, питающего двигатель).
Отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора (скольжение ротора) тем больше, чем больше нагрузка двигателя. Отсутствие синхронизма между вращением ротора и магнитного поля статора — характерная черта асинхронного двигателя, от которой и происходит его название.
Вращающееся магнитное поле в статоре создается с помощью обмоток, питаемых токами, сдвинутыми по фазе. Обычно для этой цели применяется трехфазный переменный ток. Существуют также однофазные асинхронные двигатели, в которых сдвиг фаз между токами в обмотках создается включением различных реактивных сопротивлений в обмотки.
С целью регулировки угловой скорости вращения ротора, а также крутящего момента на валу современных бесщеточных двигателей, применяют либо векторное, либо скалярное управление электроприводом.
Более всего распространение получило скалярное управление асинхронным двигателем, когда для управления например скоростью вращения вентилятора или насоса, достаточно удерживать постоянной скорость вращения ротора, для этого хватает сигнала обратной связи от датчика давления или от датчика скорости.
Принцип скалярного управления прост: амплитуда питающего напряжения является функцией частоты, причем отношение напряжения к частоте оказывается приблизительно постоянным.
Конкретный вид этой зависимости связан с нагрузкой на валу, однако принцип остается таковым: повышаем частоту, а напряжение при этом пропорционально повышается в зависимости от нагрузочной характеристики данного двигателя.
В итоге магнитный поток в зазоре между ротором и статором поддерживается почти постоянным. Если же отношение напряжения к частоте отклонить от номинального для данного двигателя, то двигатель либо перевозбудится, либо недовозбудится, что приведет к потерям в двигателе и к сбоям в рабочем процессе.
Таким образом скалярное управление позволяет добиться почти постоянного момента на валу в рабочем диапазоне частот независимо от частоты, однако на низких скоростях момент все же снижается (чтобы этого не произошло, необходимо повысить отношение напряжения к частоте), поэтому для каждого двигателя имеет место строго определенный рабочий диапазон скалярного управления.
Кроме того, невозможно построить систему скалярного регулирования скорости без датчика скорости, установленного на валу, ибо нагрузка сильно влияет на отставание реальной скорости вращения ротора от частоты питающего напряжения. Но даже с датчиком скорости при скалярном управлении не получится с высокой точностью регулировать момент (по крайней мере так, чтобы это было экономически целесообразно).
В этом и заключаются недостатки скалярного управления, объясняющие относительную немногочисленность сфер его применения, ограниченных в основном обычными асинхронными двигателями, где зависимость скольжения от нагрузки не является критичной.
Для избавления от названных недостатков, в далеком 1971 году инженеры компании Сименс предложили использовать векторное управление двигателем, при котором контроль осуществляется с обратной связью по величине магнитного потока. Первые системы векторного управления содержали датчики потока в двигателях.
Сегодня подход к данному методу несколько иной: математическая модель двигателя позволяет рассчитывать скорость вращения ротора и момент на валу в зависимости от текущих токов фаз (от частоты и величин токов в обмотках статора).
Этот более прогрессивный подход предоставляет возможность независимо и почти безынерционно регулировать как момент на валу, так и скорость вращения вала под нагрузкой, ибо в процессе управления учитываются еще и фазы токов.
Некоторые более точные системы векторного управления оснащены схемами обратной связи по скорости, при этом системы управления без датчиков скорости именуются бездатчиковыми.
Так, в зависимости от области применения того или иного электропривода, его система векторного управления будет иметь свои особенности, свою степень точности регулировки.
Когда требования к точности регулировки скорости допускают отклонение до 1,5%, а диапазон регулировки — не превышает 1 к 100, то бездатчиковая система вполне подойдет. Если же требуется точность регулировки скорости с отклонением не более 0,2%, а диапазон сводится до 1 к 10000, то необходимо наличие обратной связи по датчику скорости на валу. Наличие датчика скорости в системах векторного управления позволяет точно регулировать момент даже при низких частотах до 1 Гц.
Итак, векторное управление дает следующие преимущества. Высокую точность управления скоростью вращения ротора (и без датчика скорости на нем) даже в условиях динамически изменяющейся нагрузки на валу, при этом рывков не будет. Плавное и ровное вращение вала на малых скоростях. Высокий КПД в силу низких потерь в условиях оптимальных характеристик напряжения питания.
Не обходится векторное управление без недостатков. Сложность вычислительных операций. Необходимость задавать исходные данные (параметры регулируемого привода).
Для группового электропривода векторное управление принципиально не годится, здесь лучше подойдет скалярное.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Векторный или скалярный преобразователи частоты?
Вопрос выбора векторного или скалярного преобразователя рано или поздно встает перед каждым пользователем, который заинтересован в покупке электропривода переменного тока.Производители уже давно утвердили определенные стандарты, на основе которых создаются преобразователи частоты и формируются их функции.
Помимо существенного ценового различия (векторные более дорогие) скалярные и векторные преобразователи отличаются и в техническом плане. Однако для того, чтобы понять все технические особенности каждого типа, необходимо углубиться в тему и изучить понятия, давшие названия частотным преобразователям. Характеризовать преобразователь частоты с помощью указанных выше терминов представляется не совсем правильно. Особенно это касается понятия «скалярный». Здесь необходимо вспомнить элементарную физику. Скалярной называется величина со значением в виде одного числа, то есть все значения могут быть изображены линейно. Это позволяет отнести длину, время, площадь, температуру к скалярным показателям. Векторы в отличие от скаляр имеют не только число, но и направление. Именно поэтому относить эти термины к преобразователям частоты может быть некорректно. Основная причина такой классификации может быть связана с желанием увеличить достоинства каждой модели и, соответственно, ее стоимость.
Здесь важно изучить технический вопрос. Вращающий момент вала в электродвигателе корректируется, когда изменяется величина и частота тока обмоток. В результате сила магнитного поля статора также изменяется. Большая часть моделей преобразователей производятся с учетом возможности настройки электрических показателей для различных типов оборудования. В качестве примера, выходной ток может быть линейным, параболической или гиперболической формы. Это зависит от того, какую величину будет иметь момент инерции оборудования. Гиперболическая форма будет у выходного тока, который используется для привода в движение большой массы транспортера. Параболическая кривая способствует началу движения вентиляторов и водяных насосов. Таким образом, можно сэкономить электроэнергию. Такая схема работы характерна для большинства частотников скалярного типа. Существует еще один способ увеличить момент на валу в электродвигателе. Для этого применяется третья гармоника выходного тока с вектором прямой последовательности (вращается с вектором тока главной гармоники в одном направлении). Для других гармоник характерно обратное направление работы. В ходе работы этой схемы увеличивается мощность выходного тока и момент на валу.
Векторный частотник появился с развитием технологий, которые позволили управлять моментом по-новому. А именно, стала использоваться как сила и частота, так и фаза тока. Первые модели векторного преобразователя частоты функционировали на основе измерения показателей напряжения и выходного тока, таким образом можно было вычислить необходимый сдвиг фазы. Однако серьёзных результатов в изучении этой области не было достигнуто. Положительный опыт был получен только после того, как был введен контур обратной связи, контролирующий положение ротора. Так, в режиме реального времени вычислялась скорость, с которой должно вращаться магнитное поле статора. В результате стала возможной оптимизация стабильного момента вращения с учетом применения еще одного сдвига фазы.
Таким образом, можно выделить основное различие между скалярным и векторным преобразователями. В скалярном частотнике управляется и контролируется магнитное поле только статора, а в векторном преобразователе значение имеет взаимодействие магнитных полей статора и ротора, что способно оптимизировать момент вращения при работе на разной скорости.
Основная задача производителей векторного частотного преобразователя – обеспечение высокого момента при малой скорости вращения. В данном случае компенсация потери момента из-за невысокой скорости осуществлялась за счет повышения тока и улучшения взаимодействия магнитных полей. 100% достижение этой цели привело бы к тому, что частотно регулируемый привод стал сервоприводом с высоким постоянным моментом при любой скорости. Однако достичь подобного результата чрезвычайно сложно. Именно поэтому векторные частотные преобразователи сегодня не обладают достаточным количеством преимуществ, особенно если Вы работаете с малыми скоростями вращения. Стоит также отметить, что сочетание повышенного тока и небольших скоростей приводит серьезному перегреву двигателя, поэтому в данной системе обязательно использование внешнего вентилятора обдува.
С развитием технологий результативность или нерезультативность работы векторного ЧП будет подтверждена. Но на данный момент векторные преобразователи не отличаются серьезными преимуществами и надежностью, как и любая усложненная система. Кроме того, по сравнению со скалярными преобразователями векторные не могут использоваться в работе многодвигательных приводов.
Частотник векторный или скалярный в чем разница
Технические различия между векторными и скалярными частотными
Вопрос: На рынке представлены векторные и скалярные частотные преобразователи, причем
векторные ощутимо дороже. Каковы технические различия между ними?
Вопрос не так прост, чтобы ответить на него односложным образом. Сами по себе термины
«векторный» и «скалярный» являются неточными применительно к характеристике
частотных преобразователей. Поскольку речь идет по существу о параметре переменного
тока, то использование термина «скалярный» вообще недопустимо. Из курса элементарной
значение, и направление. В этой связи разделение частотных преобразователей на скалярные
и векторные в принципе некорректно, и отражает стремление менеджеров торговых
компаний обосновать более высокие цены на один из типов преобразователей, якобы имеющий превосходство над другим.
Что касается технической стороны дела, она заключается в следующем.
Основным способом корректировки вращающего момента на валу электродвигателя является
изменение частоты и величины тока обмоток статора, что приводит к изменению силы его
вращающегося магнитного поля. Большинство частотных преобразователей устроены таким
образом, что дают возможность пользователю настроить характеристику выходных
электрических параметров под конкретный вид оборудования. Например, в зависимости от
величины момента инерции приводимого в движение оборудования можно придать
характеристике выходного тока преобразователя линейный, параболический или гиперболический вид.
Так, если необходимо стронуть с места тяжелую массу на приводимом в движение
транспортере, характеристике выходного тока следует придать гиперболический вид. Водяные насосы и вентиляторы желательно приводить в движение по параболической
кривой, что дает экономию электроэнергии. По этому алгоритму работают практически все
частотные преобразователи, называемые неправильным термином «скалярные», более точным названием которых было бы: «частотные преобразователи с предварительной настройкой частоты и величины выходного тока».
Другим эффективным средством повышения момента на валу электродвигателя является
использование 3-й гармоники выходного тока, вектор которой, как и кратных ей более
высоких гармоник, вращается в ту же сторону, что и вектор тока основной гармоники (50
Гц), т.е., имеет прямую последовательность. Другие же вращаются в обратном направлении
и имеют обратную последовательность. Общий ток нейтрали, вычисляемый по формуле:
может превышать фазные токи, поскольку амплитуда колебаний третьей гармоники
существенно больше амплитуд последующих гармоник. Данный эффект может быть
использован для увеличения мощности выходного тока и увеличения момента на валу двигателя.
Инженерная мысль, однако, не стоит на месте и некоторые разработчики приняли решение
использовать для управления моментом на валу двигателя не только частоту и силу
питающего тока, но и его фазу. Кстати, именно отсюда появился и начал гулять по интернету и рекламным изданиям термин «векторный» частотный преобразователь.
Первые попытки создать частотный преобразователь с управлением моментом двигателя по фазе питающего тока строились на измерении параметров выходного тока и напряжения (по
аналогии с электросчетчиком) и вычислении необходимого сдвига фаз. Эти попытки
оказались недостаточно эффективными, особенно на малых скоростях вращения двигателя,
хотя для этой цели использовались процессоры с внушительными вычислительными мощностями.
Технические различия между векторными и скалярными частотными
Лучших результатов удалось достичь путем введения контура обратной связи для контроля
положения ротора двигателя. Используя обратную связь по скорости вращения ротора
двигателя и, вычисляя в режиме текущего времени необходимую скорость вращения магнитного поля статора, удалось оптимизировать стабильность момента вращения в довольно широком диапазоне за счет дополнительного сдвига фаз.
Физическая природа явления кроется в конструкции асинхронного электродвигателя с
короткозамкнутым ротором. Вращающееся магнитное поле пересекает замкнутую обмотку ротора, где появляются токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем статора, создают
механическую силу. Эта сила вынуждает ротор вращаться в направлении вращения
магнитного поля статора, однако, скорость вращения ротора всегда будет отставать на 3-6% от скорости вращения магнитного поля.
Такое отставание называется скольжением, и именно оно обеспечивает превращение
электрической энергии в механическую энергию в асинхронном электродвигателе. Строго
говоря, при отсутствии скольжения в обмотках ротора не будет возникать электродвижущая
сила, соответственно не будет взаимодействия магнитных полей и не будет возникать момент вращения ротора.
Иными словами, если в т.н. «скалярных» преобразователях объектом контроля и управления
является только магнитное поле статора, то в т.н. «векторных» преобразователя объектом
Для чего это делается? Как известно, момент вращения электродвигателя прямо
пропорционален силе тока и обратно пропорционален скорости вращения ротора.
Разработчики «векторных» преобразователей ставили перед собой вполне определенную
скоростях вращения, т.е. потерю момента вращения вследствие низкой скорости стремились
компенсировать повышением тока и усилением сцепления магнитных полей статора и ротора.
Если бы поставленная цель была достигнута, частотно-регулируемый асинхронный
электропривод превратился бы в сервопривод, где высокий постоянный момент на валу
обеспечивается даже при нулевой скорости вращения. Однако, принципиальные
конструктивные и электротехнические различия между асинхронным электродвигателем и
серводвигателем настолько велики, что никакие усилия и уловки разработчиков не могут
серьезно приблизить асинхронный электропривод к сервоприводу. Вследствие этого
В рекламе т.н. «векторных» преобразователей упор делается на постоянство момента
вращения двигателя в широком диапазоне частот. Таким способом подчеркивается, что «невекторные» преобразователи эти свойством не обладают.
Подобные утверждения не имеют под собой серьезной основы.
Во-первых, все разговоры о моменте вращения имеют смысл на этапе проектирования
привода, когда производятся необходимые расчеты, подбираются электродвигатели, редукторы, компоненты для передачи движения. В процессе эксплуатации частотно-
регулируемого асинхронного электропривода предметом контроля и управления является
уже собственно технологический параметр (скорость вращения, давление, температура, влажность, яркость и т.д.).
Технические различия между векторными и скалярными частотными
Во-вторых, асинхронный электродвигатель имеет одно уникальное свойство, а именно:
способность изменять момент вращения в зависимости от момента сопротивления на валу. Иными словами, асинхронный двигатель потребляет только такую величину тока, которая
обеспечивает равенство момента вращения и момента сопротивления, создаваемого нагрузкой.
По этой причине, при правильном выборе мощности электродвигателя на этапе
проектирования привода в т.н. «векторных» способах управления моментом вращения
вообще-то нет особой нужды, тем более что и они на минимальных скоростях малоэффективны.
Жизнь идет вперед, время покажет, является ли «векторный» вариант столбовой дорогой
развития частотно-регулируемого асинхронного привода, или канет в лету, как многие другие произведения инженерной мысли.
Сейчас же совершенно очевидно, что дополнительная плата, взимаемая за т.н. «векторность» преобразователя технически не оправдана, а любое усложнение системы, как известно, ведет к снижению ее надежности.
Другим немаловажным обстоятельством, препятствующим широкому распространению т.н.
«векторных» преобразователей, является невозможность их использования в
многодвигательных приводах, тогда как преобразователи с предварительной настройкой
частоты и величины выходного тока (т.н. «скалярные») могут одновременно управлять работой неограниченного количества электродвигателей.
Иными словами, с точки зрения эксплуатационных свойств частотных преобразователей, их
управления параметрами выходного тока, а именно:
1) Преобразователи с предварительной настройкой параметров выходного тока.
Используются в большинстве общепромышленных приводов как с обратной связью по
контролю технологического параметра так и без нее, включая приводы насосов,
вентиляторов, конвейеров, транспортеров, экструдеров, в том числе одно- и многодвигательные системы.
2) Преобразователи с динамической настройкой параметров выходного тока. Используются в однодвигательных приводах высокоточного технологического
оборудования. Могут быть с обратной связью по контролю положения ротора двигателя и без нее. По точности и глубине регулирования скорости вращения несколько превосходят преобразователи первого типа, но значительно уступают сервоприводам.
Что касается проблемы в целом, следует иметь ввиду, что для решения конкретных задач в области управляемого привода применяются соответствующие электродвигатели со своими
двигатели постоянного тока с контроллерами и, наконец, асинхронные и синхронные
электродвигатели с частотными преобразователями. Попытки создать универсальный привод
заведомо обречены на провал, поскольку конструктивные различия между приводами
слишком велики, а решаемые приводами задачи просто несопоставимы. Невозможно создать из асинхронного двигателя серводвигатель, а из синхронного шаговый, даже если встроить в него полсотни полюсов.
учетом необходимого момента на валу в самом неблагоприятном диапазоне частот
вращения, а управление технологическим параметром поручить ПИД-регулятору, который имеется в большинстве скалярных преобразователей. автор статьи
большинстве современных т.н. «скалярных» преобразователей.
cnc-club.ru
Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.
Отличия векторных и скалярных частотников.
Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение ukr-sasha » 11 июн 2014, 15:47
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Yur_ra » 11 июн 2014, 16:14
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Darxton » 11 июн 2014, 16:21
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Yur_ra » 11 июн 2014, 16:28
Забыл добавить, что не раз уже сталкивался с асинхронными сервоприводами на станках- вполне прилично работают. Экспорт ниодима и других редкоземельных Китай зажал, так что вполне вероятно будет ожидать некого бума предложений сервоприводов именно на основе асинхронного двигателя.
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение aftaev » 11 июн 2014, 19:11
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение nik1 » 11 июн 2014, 19:42
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Impartial » 11 июн 2014, 21:35
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение ukr-sasha » 11 июн 2014, 21:36
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение nik1 » 11 июн 2014, 21:42
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Yur_ra » 11 июн 2014, 23:31
Есть довольно простой алгоритм заставить асинхронник работать как щёточный двигатель без всякой обратной связи, и я бы не сказал, что математика сложная- всего льшь с заданной скоростью поле крутить, но да- всегда для АД чревато повышенным нагревом.
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Serg » 11 июн 2014, 23:32
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение ukr-sasha » 12 июн 2014, 00:34
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Yur_ra » 12 июн 2014, 02:00
Re: Отличия векторных и скалярных частотников.
Сообщение Impartial » 12 июн 2014, 10:12
Векторный или скалярный преобразователи частоты: технические отличия
Открыв любой интернет-магазин, в котором продаются преобразователи частоты, вы наверняка встретите фильтр, позволяющий выбрать векторные либо скалярные (линейные) частотники. Все знают, что векторные – эффективнее и лучше, но далеко не всем известно, в чем именно заключается преимущество таких частотников. Рассмотрим подробнее отличия между векторными и скалярными частотными преобразователями.
Скалярный частотник: на базе закона U/f=const
По информации экспертов компании vesper.ru, наиболее простыми, распространенными и доступными являются именно скалярные частотные преобразователи, которые управляют скоростью вращения двигателя с помощью линейного закона, утверждающего что соотношение напряжения и частоты является константой. В результате скоростью устройство управляет за счет изменения частоты. Особенности скалярных устройств:
Векторный частотник: глубокое управление физикой электродвигателя
В свою очередь современный малогабаритный векторный преобразователь также управляет скоростью вращения, но делает это не только за счет банального изменения частоты, но и путем управления магнитным полем ротора. В результате обеспечивается тонкое управление амплитудой и моментом на валу. Условно можно выделить два типа векторных устройств:
За счет добавления функции управления магнитным полем ротора обеспечивается:
Поэтому в более ответственных и сложных системах с переменной нагрузкой предпочитают применять векторные частотники с обратной связью.