Векторное управление в преобразователях частоты Опции

[Mishilda]

Коллеги!
Векторное управление в преобразователях частоты известно давно, прославлено повсеместно, как несравненный метод управления ПЧ. Накручено вокруг него много славословий, но почти всё это - реклама. А ведь до его появления ПЧ (как сейчас говорят со скалярным управлением) делали всё то же самое.
В чём же реальные преимущества векторного управления (компенсирующие явные недостатки: высокие цену и сложность, сомнительную надёжность), кроме одного несомненного: наличия наблюдателя потока и момента, позволяющего не применять дорогие датчики этих переменных? И если реальные преимущества есть, то какими физическими причинами они обусловлены?
Для конкретики:
1. улучшенная динамика
2. устойчивая работа при низкой частоте (а у кого встречается и почему есть неустойчивая?)
3. повышенный диапазон регулирования частоты (за счёт самых низких?)
4. как справляются с шаговым режимом работы АД на низких частотах?
И ещё:
1. знаете ли вы о реальных испытаниях, подтверждающих всё это? Дайте ссылку!
2. кто может пояснить, как определяется угол поворота осей для координатных преобразований?

[Mishilda]

Коллеги!
Векторное управление в преобразователях частоты известно давно, прославлено повсеместно, как несравненный метод управления ПЧ. Накручено вокруг него много славословий, но почти всё это - реклама. А ведь до его появления ПЧ (как сейчас говорят со скалярным управлением) делали всё то же самое.
В чём же реальные преимущества векторного управления (компенсирующие явные недостатки: высокие цену и сложность, сомнительную надёжность), кроме одного несомненного: наличия наблюдателя потока и момента, позволяющего не применять дорогие датчики этих переменных? И если реальные преимущества есть, то какими физическими причинами они обусловлены?
Для конкретики:
1. улучшенная динамика
2. устойчивая работа при низкой частоте (а у кого встречается и почему есть неустойчивая?)
3. повышенный диапазон регулирования частоты (за счёт самых низких?)
4. как справляются с шаговым режимом работы АД на низких частотах?
И ещё:
1. знаете ли вы о реальных испытаниях, подтверждающих всё это? Дайте ссылку!
2. кто может пояснить, как определяется угол поворота осей для координатных преобразований?

[Andy79]

После прочтения текста возник вопрос: вы кто по профессии? в какой области работаете?

Накручено вокруг него много славословий, но почти всё это - реклама. А ведь до его появления ПЧ (как сейчас говорят со скалярным управлением) делали всё то же самое.

Делали, но на постоянниках и гидравлике с обратной связью (ЭГУ)

В чём же реальные преимущества векторного управления (компенсирующие явные недостатки: высокие цену и сложность, сомнительную надёжность), кроме одного несомненного: наличия наблюдателя потока и момента, позволяющего не применять дорогие датчики этих переменных?

Почему надежность сомнительная? Высокая сложность для кого для разработчика или пользователя (автонастройку запустить не может)?

1. улучшенная динамика

Да, при правильной реализации нет просадки скорости при возмущении по нагрузке.

2. устойчивая работа при низкой частоте (а у кого встречается и почему есть неустойчивая?)

Да, так как сохраняется момент при низких оборотах, почему см. теорию

3. повышенный диапазон регулирования частоты (за счёт самых низких?)

Да, за счет первых двух пунктов

4. как справляются с шаговым режимом работы АД на низких частотах?

??? или см. п.2

[Mishilda]

Andy79, похоже, вам очень хочется обвинить автора в неграмотности.
По профессии я специалист по электроприводу, с ПЧ сделал не один проект, в основном многодвигательные. И всюду пользовался обычными ПЧ, делая для системы внешнее автоматическое управление. И никогда не испытывал трудностей в получении задуманного результата. Поэтому вопрос в духе современной рекламы: Если получается так же, эачем платить больше?
И воздержитесь, пожалуйста, от выражений "см. теорию". Давайте ссылку. Иначе получается "Да ведь так все говорят".
Не понятен ответ "при правильной реализации". Какая правильная?
Какое отношение автонастройка имеет к надёжности?
Вы, кстати, знаете, что такое "шаговый режим работы"?

[Михайло]

Векторное управление - это не реклама, а реальная технология управления двигателем. Для ее реализации используются более мощные микропроцессоры внутри преобразователя частоты для расчета математической модели. Это уже о чем-то говорит.

1. улучшенная динамика

В скалярном управлении регулируемыми координатами являются частота f и напряжение U. Частота f определяет частоту вращения (об/мин), а напряжение U - максимальный (критический) крутящий момент. В некоторых задачах требуется регулировать не просто максимальный момент, а саму величину момента, чтобы крутить нагрузку более аккуратно, без рывков, равномерно. В скалярном управлении это обеспечивается плавным изменением частоты и соответственно напряжения. Обрати внимание: частота - это характеристика, которая имеет смысл для некоторого периодического сигнала. То есть частота определяет форму синусоиды на протяжении хотя бы одного периода.
В векторном же управлении управляют вектором, т.е. мгновенным значением напряжения. То есть выходное напряжение необязательно может быть синусоидальным и каждое значение u(t) в каждой из фаз пересчитывается в соответствии с изменяющимися внешними условиями (нагрузка, задание скорости) в реальном времени и очень точно.

Еще попытка сравнения скаляра и вектора: скаляр основывается на статической модели двигателя, в которой не учитываются переходные процессы - эта модели точна, если внешние воздействия (задание по скорости, момент сопротивления нагрузки) неизменны во времени.
Вектор основывается на обобщенной математической модели электрической машины, которая более-менее учитывает переходные процессы в приводе, а значит вектор рассчитывает выходное напряжение более точно. Вектор дает на выход ровно столько, сколько необходимо нагрузке для того, чтобы изменять частоту вращения в соответствии с заданием скорости.

2. устойчивая работа при низкой частоте (а у кого встречается и почему есть неустойчивая?)

В скаляре при снижении частоты где-то ниже величины номинального скольжения (порядка 1 Гц) нагрузка может остановить двигатель и даже заставить вращаться двигатель в обратном направлении. С чем это связано? У скаляра обычно нет обратной связи по скорости (хотя ее можно сделать) и при этом величина фактической скорости зависит от нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше скорость - все это в соответствии с механическими характеристиками.
Если частота f выше величины номинального скольжения, то вроде как ничего страшного, но как только частота снижается ниже плинтуса, то можно увидеть останов и реверс двигателя. В этом случае регулирование скорости теряет смысл, т.к. преобразователь не может достойно управлять даже направлением вращения.

3. повышенный диапазон регулирования частоты (за счёт самых низких?)

да

4. как справляются с шаговым режимом работы АД на низких частотах?

если честно, не знаю, что это за режим. Это когда частота f = 0,5 Гц, а соответственно напряжение U = 380*(0,5/50) = 3,8 В?

1. знаете ли вы о реальных испытаниях, подтверждающих всё это? Дайте ссылку!

наверное после теоретического экскурса это уже не имеет смысла?

2. кто может пояснить, как определяется угол поворота осей для координатных преобразований?

Читать в учебниках тему "Обобщенная математическая модель электрической машины".

P.S. Между тем, помимо преимуществ, у векторного управления есть недостатки:
1. Чуть более высокая цена из-за более мощных вычислительных ядер.
2. В связи с наличием множественных обратных связей в векторной системе управления работа системы может быть неустойчивой, имеется вероятность резонансов в контурах и, как следствие, срабатывание тех или иных защит, останов привода по ошибке, простой производства. Особенно это может проявляться если какие-то коэффициенты в модели заданы неточно. (Скаляр вообще не имеет обратных связей - выдал частоту и напряжение на выход в соответствии с заданием скорости и доволен.)

По второй причине векторное управление, например, не применяется в ЖКХ (для регулирования производительности насосов в водоснабжении). Динамика здесь не имеет значения, а сбои могут привести в перерыве подачи воды... К тому же можно сэкономить, применив скаляр.

[Михайло]

Еще вспомнил недостаток:
3. В векторном управлении обычно нельзя подключить два двигателя параллельно. Кстати, некоторые производители допускают параллельное подключение двигателей в векторном режиме, но при этом вероятность сбоя из-за резонансов в контурах еще более высокая!
Параллельное подключение асинхронных двигателей применяется для выравнивания нагрузки между двигателями, работающими на одну общую нагрузку, т.е. между валами таких двигателей должна быть жесткая механическая связь. Что может быть проще, чем параллельное подключение асинхронников для выравнивания нагрузки??? Так вот: при векторном управлении это, как правило, невозможно... Есть только один выход - обмен информацией о загруженности двигателей между двумя векторными ПЧ. Геморрой, короче.

Сообщение отредактировал Михайло - 29.8.2014, 16:20

[Mishilda]

Михайло, спасибо за подробный ответ, но снова я вижу «читай в учебниках..». Я нигде не встретил этого в учебниках. Если знаешь – дай ссылку. И насчёт испытаний ты, конечно, не прав. И не стоит считать любой текст теорией. Теория это нечто доказанное математически.

[Pawel]

Уважаемый Mishilda, тут всё елементарно, если вы понимаете что такое вольт-частотная характиристика, у скалярного ПЧ отношение U/F линейно по всей длине до максимального выходного напряжения и на низких частотах не хватает напряжения для поддержания момента, и приходится иногда изворачиваться и подстраивать вольт-частотную характиристику под требуемые условия работы, то же относится и при максимальном напряжении и частоте выше 50 гц.
В векторном режиме частота и напряжение не зависят друг от друга, частота формизуется заданием на скорость. а напряжение форимруется необходимостью поддержания скорости и момента на этой скорости.
Это так. по простому, без глубоких научных выкладок и рассуждений.

Сообщение отредактировал Pawel - 29.8.2014, 18:14

[Mishilda]

Pawel, не так всё элементарно: 1. U/F не обязательно линейно, существуе режим boost, с добавлением напряжения на низких частотах. 2. При высоких напряжениях подстраивать нечего, напряжение уже максимально, не извернёшься. 3. Ограничения на вид зависимости U/F при скалярном управлении нет. Ничто не мешает поступать как вы написали про векторное управление. А вот в векторном режиме всё наоборот: частота формирует момент и скорость, а напряжение - магнитный поток. И выкладки тут не при чём.

[tiptop]

сохраняется момент при низких оборотах

BROMBA выразительно описал уменьшение частоты до нуля:

"так удерживает двигатель в стоячем положении, шо хрен ломом его провернешь"

[LordN]

Вектор может крутить не только АД, но и некоторые СД. Типа блдц но с синусом... Забыл..

[Михайло]

Если знаешь – дай ссылку.

Нашел одну:
Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов, 2004. Под общей редакцией Народицкого А.Г.

3. Ограничения на вид зависимости U/F при скалярном управлении нет.

Тут нужно немного одержать за рукав. Допустим мы настроили функцию Boost для привода подъема с расчетом на 5 тонн. Но ведь нагрузка необязательно будет всегда 5 т: когда-то нагрузка будет нулевой, когда-то 1 т, когда-то перегрузят - 6 т и т.д. Желательно, чтобы во всех этих случаях динамика разгона была ровной, а это значит, что надо каждый раз менять вольт-частотную характеристику, при этом заранее неизвестно на какую.
Это умеет вектор, но делает он это не за счет модификации скалярной характеристики. Здесь все гораздо сложнее.

В итоге вырисовывается следующая потребительская разница: скаляр не умеет регулировать крутящий момент, он его лишь ограничивает, при этом ограничение не меняется в реальном времени и не подстраивается под переменную нагрузку. Вектор умеет регулировать крутящий момент, некоторые приводы без этого никуда.

Сообщение отредактировал Михайло - 30.8.2014, 3:15

[Pawel]

Уважаемый Mishilda, вы и сами всё прекрасно знаете, не кажется ли вам что эта ваша тема сплошная демагогия.
Тема обсосана уже сто раз и в прессе и на форумах. Что и чем лучше нужно смотреть в конкретном применении и в двух словах об этом не скажешь.

[SVKan]

Pawel, не так всё элементарно: 1. U/F не обязательно линейно, существуе режим boost, с добавлением напряжения на низких частотах. 2. При высоких напряжениях подстраивать нечего, напряжение уже максимально, не извернёшься. 3. Ограничения на вид зависимости U/F при скалярном управлении нет. Ничто не мешает поступать как вы написали про векторное управление. А вот в векторном режиме всё наоборот: частота формирует момент и скорость, а напряжение - магнитный поток. И выкладки тут не при чём.

Стоит только разок-другой настроить и запустить тяжелый механизм как все вопросы по полезности вектора отпадают.
Тяжелый механизм это например грузоподъем (лифт, кран), мельница, дробилка, экструдер и далее по списку.
В векторе можно снять момент больше номинала. Процентов этак 150-200 от него...

Когда без настройки ничего вообще никуда не двигается (или начинает крутиться в обратную сторону) и вылетает по превышению тока, а при настроенном векторе идет нормально.

[Mishilda]

Нет, Pawel! Это серьёзная вещь, вокруг которой просто накручена масса сказок и мифов. Главным образом торговцами, но и учёные на форумах и в печати приложили руку. Некоторые пишут, что вектор не работает при низких частотах, некоторые - что именно там он имеет преимущество. Обоснования этому никто не приводит.
Заметьте, никто из вас толком не ответил на мои вопросы. Хорошо и правильно ответил Михайло о двух моделях АД. Никто не знает ни результатов испытаний (это практика), ни способов определения угла (это теория). Кто знает, включайтесь! Может быть, разбер


оборвался ответ для PAWEL. Может быть, разберёмся общими усилиями.

SVKan, если настроить скаляр, то будет то же самое. И там можно снять момент больше номинала. Процентов не только 150-200, но и более вплоть до критического (~250-300). Речь ведь у нас идёт не о полезности вектора, а о его преимуществах перед скаляром. И именно в тяжёлых механизмах преимущества не видно. В лёгких типа "консервная банка" не пробовал, наверно есть.

[По самые по...]

... Это серьёзная вещь, ...
Никто не знает ни результатов испытаний (это практика), ни способов определения угла (это теория). Кто знает, включайтесь!
... Может быть, разберёмся общими усилиями.

..Речь ведь у нас идёт не о полезности вектора, а о его преимуществах перед скаляром. ...

Бляха-муха! Ещо один дохтур Туомосс сыскался!

Ищите другие форумы! Здесь голая эксплуатация!

[Alexander_I]

Да-с... Оригинальный у вас ход мыслей однако, Mishilda. Оказывается, это сказки и мифы древней Греции, тьфу, ептыть - торговцев и ученых. И нет никакого управления моментом, нет удержания при нулевой скорости, нет работы на низких скоростях. И все потому, что вам персонально никто не обосновал, оказывается. И вот я и думаю, наверное все это мне показалось, работа с векторными режимами, с управлением моментом, и проч... И как я это использую???

[Михайло]

Никто не знает ни результатов испытаний (это практика)

Проведите следующий эксперимент с помощью скаляра и вектора:
Сделайте задание 0,1-0,5 Гц, нагрузите вал двигателя какой-нибудь нагрузкой в 50-100% от номинального момента.

В скаляре Вы обнаружите, что Вам нужен Boost. Сделав Boost, уменьшите нагрузку или наоборот увеличьте ее (перебрать различные комбинации). Будет видно, что динамика разгона в скаляре зависит от изменения нагрузки, хотя по определению привод должен разгонять всегда равномерно. Вектор должен работать стабильнее.

[Mishilda]

Alexander_I, всё тобой описанное может и скаляр. И моментом управлять и удерживать. Не пробовал? Потому что наверное поверил рекламе, а реклама врёт часто. Кстати, что это за векторный режим? И не надо передёргивать: не векторное управление - миф, а его исключительность. Всё тобой описанное есть, но есть и у скаляра. Попробуй, убедишся.

[Mishilda]

Михайло, извини, я имел в виду не просто испытания, а сравнительные испытания. Практики то полно. А преложенный тобой эксперимент я проделывал неоднократно, так работает несколько десятков тяговых приводов, скалярных, кстати. И вполне стабильно. Потому я и спрашиваю вас всех о сравнении.

Сообщение отредактировал Mishilda - 1.9.2014, 19:43

[vejs]

Если по дате смотреть, вопрос родился в пятницу ближе к концу дня... .

[SVKan]

SVKan, если настроить скаляр, то будет то же самое. И там можно снять момент больше номинала. Процентов не только 150-200, но и более вплоть до критического (~250-300). Речь ведь у нас идёт не о полезности вектора, а о его преимуществах перед скаляром. И именно в тяжёлых механизмах преимущества не видно. В лёгких типа "консервная банка" не пробовал, наверно есть.

Эти сказки венского леса рассказывайте кому-нибудь другому. Про скаляр и 300% момента.
Я это реально настраивал. В разных режимах.
На тех же лифтах например. С перегрузом.

[Alexander_I]

Alexander_I, всё тобой описанное может и скаляр. И моментом управлять и удерживать. Не пробовал? Потому что наверное поверил рекламе, а реклама врёт часто. Кстати, что это за векторный режим? И не надо передёргивать: не векторное управление - миф, а его исключительность. Всё тобой описанное есть, но есть и у скаляра. Попробуй, убедишся.

Видите-ли, Mishilda, ничего из описанного скаляр не может. Не надо добрым, и не очень, людям вешать на уши лапшу. Не может в принципе. А с частотниками я много чего перепробрвал, в том числе и то, что вы предлагаете. Так что разговор веду никак не на уровне рекламы. И не надо передергивать: ничего из описанного в скаляре и близко нет.

Также полностью согласен и с коллегой SVKan про сказки венского леса. Или тысячи и одной ночи - что больше нравится.

Сообщение отредактировал Alexander_I - 2.9.2014, 8:22

[Mishilda]

Видите-ли, Mishilda, ничего из описанного скаляр не может.

Alexander_I, у меня это работало, а у тебя - нет. Почему? Для сложных приводов нужно строить внешнюю систему автоматического регулирования (САР), причём и для скаляра и для вектора. Я строил, а ты, похоже, ограничился уставками ПЧ. Вот тебе и объяснение.
Вам обоим со SVKan: не надо скатываться на хамство ("сказки", "лапша"). "Юпитер, ты сердишся, значит ты не прав".

[Alexander_I]

Видите ли, родной, я как-раз системами и занимаюсь. Посему и пробовал это именно в системах. И настройки частотника меня интересуют только с точки зрения его работы именно в системе. И я глубоко сомневаюсь, что у тебя это - работало. Хоть каким-нибудь боком.

[poludenny]

Mishilda, для того что бы из АД "вытянуть" момент необходимо, что бы двигатель был намагничен на 100%. На 50Гц держать намагниченность достаточно легко и на скаляре поддержанием соотношения f/v. Но на низких частотах этого добиться достаточно проблематично, двигатель может недомагничиваться либо перемагничиваться.
Чтобы эффективно управлять намагничиванием АД нужно рассчитывать ток намагничивания, это как раз и решается векторными алгоритмами.

О какой внешей САР вы говорите?

[SVKan]

Alexander_I, у меня это работало, а у тебя - нет. Почему? Для сложных приводов нужно строить внешнюю систему автоматического регулирования (САР), причём и для скаляра и для вектора. Я строил, а ты, похоже, ограничился уставками ПЧ. Вот тебе и объяснение.
Вам обоим со SVKan: не надо скатываться на хамство ("сказки", "лапша"). "Юпитер, ты сердишся, значит ты не прав".

А я например те же лифты запускал. С постоянно меняющейся нагрузкой, включая перегруз кабины/двигателя.
И представь себе работало без всякой внешней САР...

В скаляре работало только в доработанном варианте компенсации скольжения (которая по сути использовала некоторые компоненты вектора для расчета буста). Тогда агрегат и момент выдавал выше 160% когда требуется. Только на околонулевых скоростях все равно не могла полноценно держать.
В векторе без энкодера можно было отстроить и вплоть до нулевых скоростей, но без полноценного отслеживания меняющейся загрузки на уровне нулевой скорости.
В векторе с энкодером сколь угодно долго и на нулевой скорости с любым требуемым моментом.
Энкодер можно заменить и на датчик момента. Тоже в векторе будет работать с нуля...
И никакие внешние САР тогда нафиг не нужны.

Выдавать любой требуемый момент скаляром на нулевой скорости никакая САР не поможет. Частотник тупо не сможет вытащить с движка требуемый момент. И "саморегулирование" за счет потребляемого тока не поможет - это далеко за границами допустимого диапазона.

[Михайло]

Mishilda,
все-таки поэкспериментируйте с запуском с 0 до 0,5 Гц в скаляре при различных нагрузках.

[Mishilda]

Михайло, спасибо за совет, но я именно это и делал. В тяговых приводах режим нулевой скорости - определяющий, нужно сдвинуть машину с места либо рывком (с большим моментом порядка 200%), либо плавно моментом 50% и менее. Частота при этом равна скольжению АД: в первом случае 1-2%, в другом - ниже 1%. Это около 0.5 Гц. И такое управление (от 20 до 200% момента) устойчиво даже при ручном управлении частотой, которым и задаётся нужный мне момент.

SVKan, вы правы насчёт доработанного варианта для boost'a. Если он есть, то ПЧ обеспечивает любой доступный АД момент при любой скорости, в том числе и нулевой. И это без вектора и энкодера. Повторяю, для инерционных приводов, для лёгких не знаю, не пробовал.

poludenny, boost как раз и обеспечивает полное (иногда избыточное) намагничивание АД. Ток намагничивания вычислять не нужно, достаточно добавить IR-компенсацию, и получите точное намагничивание. Для этого и делают внешнюю САР (автоматику на входе ПЧ, добавляющую ему функции, которых нет в самом ПЧ).

Сообщение отредактировал Mishilda - 2.9.2014, 20:12

[SVKan]

Михайло, спасибо за совет, но я именно это и делал. В тяговых приводах режим нулевой скорости - определяющий, нужно сдвинуть машину с места либо рывком (с большим моментом порядка 200%), либо плавно моментом 50% и менее. Частота при этом равна скольжению АД: в первом случае 1-2%, в другом - ниже 1%. Это около 0.5 Гц. И такое управление (от 20 до 200% момента) устойчиво даже при ручном управлении частотой, которым и задаётся нужный мне момент.

Сдвинуть и удерживать сколь-нибудь продолжительное время это две большие разницы.
Вы просто не сравнивали задание с фактической скоростью.

SVKan, вы правы насчёт доработанного варианта для boost'a. Если он есть, то ПЧ обеспечивает любой доступный АД момент при любой скорости, в том числе и нулевой. И это без вектора и энкодера. Повторяю, для инерционных приводов, для лёгких не знаю, не пробовал.

Не обеспечивает.
Проверено.
Приходится пользоваться костылями типа удержания постоянным током или настройки срабатывания механического тормоза.

poludenny, boost как раз и обеспечивает полное (иногда избыточное) намагничивание АД. Ток намагничивания вычислять не нужно, достаточно добавить IR-компенсацию, и получите точное намагничивание. Для этого и делают внешнюю САР (автоматику на входе ПЧ, добавляющую ему функции, которых нет в самом ПЧ).

Никакая внешняя автоматика не сможет помочь частотнику в скаляре держать на нулевой скорости.

[lis74]

BROMBA выразительно описал уменьшение частоты до нуля:

"так удерживает двигатель в стоячем положении, шо хрен ломом его провернешь"

Интересный момент.
А каким образом привод способен держать вал двигателя в неподвижном положении да и ещё ломом хер сдвинешь?

Сообщение отредактировал lis74 - 3.9.2014, 8:17