Электропривод
Алгоритмы векторного управления двигателем, реализованные в преобразователях частоты Optidrive и области их применения
1. Векторное управление без обратной связи
В основе преобразователей частоты Optidrive лежит технология бессенсорного векторного управления, связанная с адаптивной моделью двигателя и специализированной технологии 3GV. Работа математической модели потока двигателя базируется на данных о величине тока, измеряемого в каждой из фаз двигателя, и уровня рабочего напряжения, выдаваемого цепями ASIC. В модели автоматически идентифицируются параметры электродвигателя как для бессенсорного векторного режима, так и для скалярного управления, при этом отслеживаются текущие изменения параметров во времени. Векторное управление основывается на системе координат вектора потока статора, которая слабо восприимчива к небольшим отклонениям в измерениях показателей и параметров двигателя, что упрощает расчеты. Цепи ASIC также осуществляют контроль за обменом информацией по внутренним шинам и отдельными внешними функциями, тем самым высвобождая процессор для решения прочих задач.
Расчеты векторов, выполняемые каждую миллисекунду, основываются на измерении мгновенных значений величин токов в каждой фазе и их фазовых углов. Эти значения затем подаются в модель двигателя для расчета крутящего момента и величины магнитного потока. В расчетах не используются интегрирующие звенья, которые могут вызывать дополнительную ошибку вследствие неточности в значениях параметров или измерениий, либо изменения параметров двигателя. Величина и направление напряжения в двигателе выдаётся цепями ASIC, что позволяет избежать ошибок при измерениях. Адаптивная модель также включает в себя характеристики преобразователя и кабеля двигателя, что обеспечивает диагностику состояния электродвигателя в любой момент времени.
Непревзойденные возможности бессенсорного векторного управления потоком обеспечивают высокую динамическую точность управления двигателем, сравнимую с характеристиками управления в замкнутом контуре, практически для всего диапазона скоростей вращения:
- Статическая погрешность скорости: меньше 0.5%
- Время отработки заданного значения момента: меньше 10 мс
- Отсутствие пульсаций крутящего момента
- Высокая устойчивость к резонансным колебаниям
- Высокий пусковой момент: 200% (зависит от выбора двигателя / преобразователя)
- Высокая пусковой ток: 2.5 x Iн
- Возможность использования в составе системного многодвигательного привода
- Высокоскоростные применения, максимальная выходная частота — 2000 Гц (при использовании специальной прикладной программы)
Отсутствие пульсаций крутящего момента снижает нагрузки на механические передачи и прочие компоненты привода.
2. Векторное управление с обратной связью от датчика положения ротора
Управление при полном моменте на нулевой скорости невозможно без обратной связи. Когда область применения диктует необходимость в высокой точности поддержания скорости с ошибкой менее 0,5 % либо поддержание полного момента для всего диапазона скоростей, обязательным требованием является управление двигателем с использованием датчика обратной связи по скорости вращения. Данные функции реализуются с использованием модуля обратной связи для преобразователей Optidrive Plus и Optidrive P2. Помимо измерения токов в каждой из фаз, что осуществлялось и в Optidrive Plus привод P2 использует значения выходного напряжения совместно со значениями сигнала обратной связи от датчика скорости. Микропроцессор с улучшенными характеристиками, используемый в P2, способен проводить расчеты раз в 150 микросекунд.
Optidrive P2 можно использовать в приложениях, где необходим замкнутый контур регулирования, а также в приложениях с разомкнутым контуром регулирования, где необходимы высокие динамические характеристики. Наиболее типичными задачами, требующими высокой точности управления, являются синхронизация и позиционирование, а также управление группой механизмов в режиме Ведущий / Ведомый.
- Статическая ошибка по скорости: меньше 0,01%, в зависимости от типа импульсного датчика
- Ошибка соотношения скоростей: меньше 0,01%, в зависимости от типа импульсного датчика
- Измерение выходного напряжения для повышенной точности управления
- Использование датчиков скорости с числом импульсов за оборот до 5000
- Уровень напряжения сигнала импульсного датчика — 5, 15 или 24 В, в зависимости от типа платы ввода / вывода
- Управление моментом во всем диапазоне скоростей вращения, включая нулевую скорость
- Точность поддержания момента: не менее 2%
- Пусковой момент: более 200%, в зависимости от выбора двигателя / преобразователя
- Возможность полного конфигурирования системы Ведущий / Ведомый
- Решение задач позиционирования
- Высокоскоростная шина (12 Мбит/с) для быстрого обмена данными между преобразователями
В основе преобразователей частоты Optidrive лежит технология бессенсорного векторного управления, связанная с адаптивной моделью двигателя и специализированной технологии 3GV. Работа математической модели потока двигателя базируется на данных о величине тока, измеряемого в каждой из фаз двигателя, и уровня рабочего напряжения, выдаваемого цепями ASIC. В модели автоматически идентифицируются параметры электродвигателя как для бессенсорного векторного режима, так и для скалярного управления, при этом отслеживаются текущие изменения параметров во времени. Векторное управление основывается на системе координат вектора потока статора, которая слабо восприимчива к небольшим отклонениям в измерениях показателей и параметров двигателя, что упрощает расчеты. Цепи ASIC также осуществляют контроль за обменом информацией по внутренним шинам и отдельными внешними функциями, тем самым высвобождая процессор для решения прочих задач.
Расчеты векторов, выполняемые каждую миллисекунду, основываются на измерении мгновенных значений величин токов в каждой фазе и их фазовых углов. Эти значения затем подаются в модель двигателя для расчета крутящего момента и величины магнитного потока. В расчетах не используются интегрирующие звенья, которые могут вызывать дополнительную ошибку вследствие неточности в значениях параметров или измерениий, либо изменения параметров двигателя. Величина и направление напряжения в двигателе выдаётся цепями ASIC, что позволяет избежать ошибок при измерениях. Адаптивная модель также включает в себя характеристики преобразователя и кабеля двигателя, что обеспечивает диагностику состояния электродвигателя в любой момент времени.
Непревзойденные возможности бессенсорного векторного управления потоком обеспечивают высокую динамическую точность управления двигателем, сравнимую с характеристиками управления в замкнутом контуре, практически для всего диапазона скоростей вращения:
- Статическая погрешность скорости: меньше 0.5%
- Время отработки заданного значения момента: меньше 10 мс
- Отсутствие пульсаций крутящего момента
- Высокая устойчивость к резонансным колебаниям
- Высокий пусковой момент: 200% (зависит от выбора двигателя / преобразователя)
- Высокая пусковой ток: 2.5 x Iн
- Возможность использования в составе системного многодвигательного привода
- Высокоскоростные применения, максимальная выходная частота — 2000 Гц (при использовании специальной прикладной программы)
Отсутствие пульсаций крутящего момента снижает нагрузки на механические передачи и прочие компоненты привода.
2. Векторное управление с обратной связью от датчика положения ротора
Управление при полном моменте на нулевой скорости невозможно без обратной связи. Когда область применения диктует необходимость в высокой точности поддержания скорости с ошибкой менее 0,5 % либо поддержание полного момента для всего диапазона скоростей, обязательным требованием является управление двигателем с использованием датчика обратной связи по скорости вращения. Данные функции реализуются с использованием модуля обратной связи для преобразователей Optidrive Plus и Optidrive P2. Помимо измерения токов в каждой из фаз, что осуществлялось и в Optidrive Plus привод P2 использует значения выходного напряжения совместно со значениями сигнала обратной связи от датчика скорости. Микропроцессор с улучшенными характеристиками, используемый в P2, способен проводить расчеты раз в 150 микросекунд.
Optidrive P2 можно использовать в приложениях, где необходим замкнутый контур регулирования, а также в приложениях с разомкнутым контуром регулирования, где необходимы высокие динамические характеристики. Наиболее типичными задачами, требующими высокой точности управления, являются синхронизация и позиционирование, а также управление группой механизмов в режиме Ведущий / Ведомый.
- Статическая ошибка по скорости: меньше 0,01%, в зависимости от типа импульсного датчика
- Ошибка соотношения скоростей: меньше 0,01%, в зависимости от типа импульсного датчика
- Измерение выходного напряжения для повышенной точности управления
- Использование датчиков скорости с числом импульсов за оборот до 5000
- Уровень напряжения сигнала импульсного датчика — 5, 15 или 24 В, в зависимости от типа платы ввода / вывода
- Управление моментом во всем диапазоне скоростей вращения, включая нулевую скорость
- Точность поддержания момента: не менее 2%
- Пусковой момент: более 200%, в зависимости от выбора двигателя / преобразователя
- Возможность полного конфигурирования системы Ведущий / Ведомый
- Решение задач позиционирования
- Высокоскоростная шина (12 Мбит/с) для быстрого обмена данными между преобразователями