Первоисточник материала: http://www.lmphotonics.com/sstart.htm

Устройства регулирования частоты

      Скорость стандартных асинхронных двигателей может регулироваться путем изменения частоты или величины напряжения, подводимого к двигателю. Из-за проблемы насыщения в асинхронных двигателях напряжение, подводимое к двигателю, должно изменяться по частоте. Асинхронный двигатель представляет собой псевдосинхронную машину, являющуюся источником скорости. Рабочая скорость определяется величиной подводимой частоты независимо от момента нагрузки двигателя.
      Современные устройства регулирования частоты представлены двумя основными видами управления: U/f и векторное. U/f управление это такое, при котором подводимое к двигателю напряжение непосредственно связано с частотой. В идеальном двигателе, магнитная цепь должна быть чисто индуктивной для поддержания постоянства коэффициента U/f, что обеспечит постоянные потери в стали. Реальный двигатель обладает и резистивным сопротивлением последовательно с индуктивным. Это не влияет на управление частотой, тем не менее если частота управления уменьшается, резистивное сопротивление становится значимым относительно индуктивной составляющей. Это вызывает изменения частоты до очень низких значений, в результате трудно получить достаточный вращающий момент при низких скоростях.
      Для многих случаев применения пониженный момент не является проблемой, но для некоторых необходим высокий вращающий момент при низкой скорости. Ранние устройства были разработаны на повышенное напряжение с целью обеспечения необходимого вращающего момента на низкой скорости.
      Векторное управление реализует программную математическую модель изменения векторов подводимого напряжения, что позволяет поддерживать постоянной полосу всех частот ниже линии частоты. Это управление должно быть настроено для каждого двигателя и обычно включает самонастраивающийся алгоритм, позволяющий определять компонентные величины для математической модели. Если двигатель был заменён, то управление необходимо скорректировать для определения характеристик нового двигателя.
      Векторное управление бывает трех типов: замкнутого цикла, разомкнутого цикла и прямого управление вращающим моментом. Контроллеры замкнутого цикла были первыми устройствами векторного управления, до сих пор они остаются лучшим выбором для точного контроля при нулевой скорости. Векторное управление разомкнутого цикла и непосредственное управление вращающим моментом пригодно для механизмов, требующих хорошего управления при частотах свыше 3-5 Гц.
      Большинство современных типов управления: U/f, векторное замкнутого цикла или векторное разомкнутого цикла может реализоваться просто изменением параметров. Основные отличия современных векторных систем управления заключаются в наличии специальных функциональных, программных возможностей и интерфейса пользователя.
      Реакторы постоянного и переменного тока позволяют уменьшать шум сгенерированный приводом, чтобы улучшать коэффициент мощности привода. Поскольку привод искажает питающее напряжение, форма тока весьма искажена, а гармоники велики. Большинство производителей заявляют cos(φ) свыше 0,95, что подразумевает высокий коэффициент мощности. Пока коэффициент мощности смещения высокий, коэффициент мощности искажения может быть менее чем 0,7. Коэффициент мощности искажения не может быть скорректирован конденсаторами, но может быть улучшен дорогими фильтрами.
      Системы управления с «активным передним фронтом» или «регенеративные» содержат инвертор на входе, который позволяет получить синусоидальную форму тока, что в результате сказывается на повышении коэффициента мощности. Возможно, эта технология станет обязательным требованием в ближайшем будущем.
      Системы используются в типичных процессах автоматизации, включая некоторые дополнительные функциональные назначения и регулирование, что упрощает процесс автоматизации.
      Векторное и некоторые виды U/f управления могут использоваться для контроля скорости и крутящего момента. Контролирование величины вращающего момента используется в натяжных устройствах, таких как бумажные машины, в которых эталонный элемент контролирует наматывание на барабан и увеличение диаметра барабана. Это требует различного питания привода для варьирования скорости движения бумаги.

Конструктивные особенности

Рисунок 1 - Система управления

      Силовая секция векторной системы управления содержит выпрямитель тока (рис. 2), для преобразования подводимой энергии из переменной в постоянную.

Рисунок 2 - Выпрямитель тока

      Далее следует фильтр (рис. 3), который состоит из нескольких высоковольтных конденсаторов постоянного тока, обычно включенных параллельно. Фильтр обычно содержит одну или две дроссельные катушки для улучшения качества выпрямленного тока.

Рисунок 3 - Фильтр

      После фильтра следует инвертор, который состоит из серии полупроводниковых ключей (рис. 3). Есть три плеча для трех выходных фаз, на каждое из плеч приходится по два ключа.

Рисунок 4 - Инвертор

Один из ключей формирует положительную полуволну на выходе фазы, второй ключ – отрицательную. Управление выходами ключей осуществляется путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ), на выходе формируется синусоидальный сигнал, протекающий через двигатель. Существует множество схем и алгоритмов восстановления формы выходного сигнала, один общий алгоритм – это пространственно-векторная модуляция. Восстановление формы выходного сигнала обычно осуществляется микропрограммой или в специальном функциональном чипе.

Первоисточник материала: http://www.lmphotonics.com/sstart.htm