Quali sono i metodi di controllo della coppia di un VFD di controllo VF?

Come fornitore di VF di controllo VF, ho assistito in prima persona al controllo cruciale del controllo della coppia nelle prestazioni e nell'efficienza delle unità di frequenza variabile. In questo blog, esploreremo i vari metodi di controllo della coppia di un VFD di controllo VF, approfondendo i loro principi, i vantaggi e le applicazioni.

Comprensione della coppia nei VFD

La coppia è la forza di rotazione che fa ruotare un oggetto attorno a un asse. Nel contesto dei VFD, il controllo della coppia è essenziale per mantenere la velocità e le prestazioni desiderate del motore in diverse condizioni di carico. Un VFD di controllo VF (azionamento a frequenza variabile) regola la frequenza e la tensione fornite al motore per controllarne la velocità e la coppia.

Controllo della coppia diretta (DTC)

Uno dei metodi di controllo della coppia più avanzati è Direct Torque Control (DTC). DTC offre un controllo diretto e rapido della coppia e del flusso del motore. Invece di utilizzare una trasformazione di coordinate complesse come in altri metodi, DTC seleziona direttamente il vettore di tensione ottimale in base alla differenza tra i valori di riferimento e di coppia e flusso effettiva.

Il principio dietro DTC è ridurre al minimo l'errore tra la coppia e il flusso desiderati e effettivi. Usando un controller di isteresi, DTC può regolare rapidamente il vettore di tensione per mantenere la coppia e il flusso all'interno delle bande specificate. Ciò si traduce in una risposta dinamica molto rapida, che è particolarmente utile nelle applicazioni in cui sono richiesti rapidi cambiamenti nella coppia, come in robotica e lavorazione ad alta velocità.

I vantaggi di DTC includono:

• Risposta dinamica rapida: Può ottenere un tempo di risposta alla coppia nell'ordine di millisecondi, consentendo una rapida accelerazione e decelerazione del motore.
• Precisione ad alta coppia: Il controllo preciso della coppia può essere mantenuto anche in condizioni di carico variabili.
• Struttura di controllo semplificata: Dal momento che non si basa su trasformazioni di coordinate complesse, l'algoritmo di controllo è relativamente semplice, riducendo l'onere computazionale sul controller.

Tuttavia, DTC ha anche alcune limitazioni. Può generare livelli relativamente elevati di ondulazione di coppia, che possono causare vibrazioni meccaniche nel motore e nell'apparecchiatura collegata. Inoltre, la frequenza di commutazione dell'inverter in DTC non è costante, il che può portare a problemi di interferenza elettromagnetica (EMI).

Controllo vettoriale

Il controllo vettoriale, noto anche come controllo orientato al campo (FOC), è un altro metodo di controllo della coppia ampiamente utilizzato per VFD di controllo VF. L'idea di base del controllo vettoriale è quella di trasformare le correnti dello statore a tre fasi del motore in due componenti ortogonali: il componente di coppia - produzione (corrente dell'asse Q) e il componente di produzione di flusso (corrente dell'asse d -).

Nel controllo del vettore, le correnti dello statore vengono prima misurate e quindi trasformate dal frame di riferimento a tre fasi stazionario in un frame di riferimento a due fasi rotante allineato al flusso del rotore. Controllando in modo indipendente le correnti Q - Asse e D - Asse, la coppia e il flusso del motore possono essere controllati separatamente.

Esistono due tipi principali di controllo vettoriale: controllo vettoriale diretto e controllo vettoriale indiretto. Nel controllo diretto del vettore, la posizione del flusso del rotore viene misurata direttamente utilizzando sensori come sensori di sala o encoder. Il controllo vettoriale indiretto, d'altra parte, stima la posizione del flusso del rotore in base ai parametri elettrici del motore e alle correnti di statore misurate.

I vantaggi del controllo vettoriale includono:

• Precisione di controllo della coppia ad alta coppia: Può fornire un controllo molto preciso della coppia, rendendolo adatto per applicazioni che richiedono una regolamentazione ad alta velocità di precisione e di coppia, come in ascensori e macchinari tessili.
• Ondulazione a bassa coppia: Rispetto al DTC, il controllo vettoriale produce generalmente meno ondulazione di coppia, con conseguente funzionamento più fluido del motore.
• Frequenza di commutazione costante: L'inverter nel controllo vettoriale funziona a una frequenza di commutazione costante, che aiuta a ridurre l'EMI.

Tuttavia, il controllo vettoriale ha anche alcuni svantaggi. Richiede una conoscenza accurata dei parametri elettrici del motore, come resistenza allo statore, resistenza al rotore e induttanza reciproca. Eventuali errori in questi parametri possono influire sulle prestazioni del sistema di controllo. Inoltre, l'algoritmo di controllo è più complesso di DTC, che richiede un controller più potente.

Controllo v/f con spinta di coppia

Il controllo V/F è il metodo di controllo più semplice e più comunemente usato per i VFD. Nel controllo V/F, il rapporto tra la tensione (V) e la frequenza (F) viene mantenuto costante per mantenere un flusso magnetico relativamente costante nel motore. Tuttavia, a basse frequenze, la caduta di tensione di resistenza allo statore diventa significativa, il che può causare una diminuzione della coppia del motore.

Per compensare questo, la coppia viene aggiunta al controllo V/F. Il potenziamento della coppia aumenta la tensione a basse frequenze per mantenere la coppia del motore. Ciò si ottiene aggiungendo un componente di tensione aggiuntivo alla tensione di uscita del VFD in base alla frequenza.

I vantaggi del controllo V/F con boost di coppia includono:

• Algoritmo di controllo semplice: È facile da implementare e richiede una conoscenza minima dei parametri del motore.
• Basso costo: Poiché non richiede sensori complessi o algoritmi di controllo, il costo del VFD è relativamente basso.
• Adatto per applicazioni generali - Scopo: È ampiamente utilizzato nelle applicazioni in cui il controllo preciso della coppia non è fondamentale, come nelle ventole, nelle pompe e nei trasportatori.

Tuttavia, il controllo V/F con Torque Boost ha capacità di controllo della coppia limitate. Non può fornire lo stesso livello di accuratezza della coppia e risposta dinamica del DTC o del controllo vettoriale. Il potenziamento della coppia è una compensazione fissa, che potrebbe non essere ottimale per tutte le condizioni di carico.

Applicazioni di diversi metodi di controllo della coppia

• Controllo della coppia diretta: DTC è adatto per applicazioni che richiedono una risposta dinamica rapida e prestazioni ad alta coppia, come nei veicoli elettrici, treni ad alta velocità e robot industriali. Ad esempio, in un veicolo elettrico, DTC può regolare rapidamente la coppia del motore per fornire accelerazione e decelerazione fluide, migliorando l'esperienza di guida del veicolo.
• Controllo vettoriale: Il controllo dei vettori è comunemente utilizzato nelle applicazioni che richiedono un'alta velocità di precisione e un controllo della coppia, ad esempio in macchine utensili, ascensori e macchinari tessili. In una macchina utensile, il controllo dei vettori può garantire forze di taglio accurate controllando con precisione la coppia del motore, con conseguente lavorazione di alta qualità.
• Controllo v/f con spinta di coppia: V/F Control con Torque Boost è ampiamente utilizzato in generale - Applicazioni a scopo in cui il costo - l'efficacia è una delle principali preoccupazioni, come nei ventilatori, nelle pompe e nei soffiatori. In un'applicazione della ventola, può mantenere una velocità relativamente costante e fornire una coppia sufficiente per guidare le lame della ventola.

Conclusione

In conclusione, la scelta del metodo di controllo della coppia per un VFD di controllo VF dipende dai requisiti specifici dell'applicazione. Il controllo della coppia diretta offre una rapida risposta dinamica ma può avere problemi con Torque Ripple ed EMI. Il controllo vettoriale fornisce un controllo di coppia ad alta precisione ma richiede parametri motori accurati e un algoritmo di controllo più complesso. Il controllo V/F con Torque Boost è semplice e di costo, ma ha capacità di controllo della coppia limitate.

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Riferimenti

• Bollea, I., & Nasar, SA (2005). Drive elettriche: un approccio integrativo. CRC Press.
• Novotny, DW, e Lipo, TA (2006). Controllo vettoriale e dinamica delle unità AC. Oxford University Press.
• Bose, BK (2002). Elettronica di energia moderna e unità AC. Prentice Hall.