Atsauces frekvence. Lekciju konspekts: Elektronisko osciloskopu metroloģiskās īpašības. Papildu iespējas ietver

Frekvenču sintēze - diskrētas frekvenču kopas veidošana no vienas vai vairākām atsauces frekvencēm f on. Atsauces frekvence ir ļoti stabila pašoscilatora, parasti kvarca, frekvence.

Frekvences sintezators (MF) ir ierīce, kas īsteno sintēzes procesu. Sintezatoru izmanto radiosakaru sistēmu radio uztveršanas un radio raidīšanas ierīcēs, radionavigācijā, radarā un citos nolūkos.

Galvenie sintezatora parametri ir: izejas signāla frekvenču diapazons, skaitlis N un frekvenču režģa solis Df w, ilgtermiņa un īstermiņa frekvences nestabilitāte, viltus komponentu līmenis izejas signālā un pārejas laiks. no vienas frekvences uz otru. Mūsdienu sintezatoros tā ģenerēto diskrēto frekvenču skaits var sasniegt desmitiem tūkstošu, un režģa solis var atšķirties no desmitiem hercu līdz desmitiem un simtiem kilohercu. Ilgtermiņa frekvences nestabilitāte, ko nosaka kvarca pašoscilators, ir 10 –6, bet īpašos gadījumos - 10 –8 ... 10 –9. Sintezatora frekvenču diapazons ir ļoti atšķirīgs atkarībā no tā aprīkojuma mērķa, kurā tas tiek izmantots.

Praktiski frekvenču sintezatoru modeļi ir ļoti dažādi. Neskatoties uz šo daudzveidību, mēs varam atzīmēt vispārējos principus, kas ir pamatā mūsdienu sintezatoru uzbūvei:

Visi sintezatori ir balstīti uz vienas ļoti stabilas atsauces svārstības ar noteiktu frekvenci f 0 izmantošanu, kuras avots parasti ir atsauces kristāla oscilators;

Vairāku frekvenču sintēze tiek veikta, plaši izmantojot dalītājus, reizinātājus un frekvences pārveidotājus, nodrošinot vienas atsauces svārstības izmantošanu frekvenču režģa veidošanai;

Frekvenču sintezatoru nodrošināšana ar ierosinātāja frekvences desmit dienu iestatījumu.

Pamatojoties uz izejas svārstību ģenerēšanas metodi, sintezatorus iedala divās grupās: tie, kas izgatavoti, izmantojot tiešās (pasīvās) sintēzes metodi, un tie, kas izgatavoti, izmantojot netiešās (aktīvās) sintēzes metodi.

Pirmajā grupā ietilpst sintezatori, kuros izejas svārstības tiek veidotas, dalot un reizinot atsauces oscilatora frekvenci, kam seko dalīšanas un reizināšanas rezultātā iegūtās frekvences saskaitīšana un atņemšana.

Otrajā grupā ietilpst sintezatori, kas ģenerē izejas svārstības harmonisko svārstību diapazona pašoscilatorā ar parametrisku frekvences stabilizāciju, kura nestabilitāti novērš automātiskās frekvences kontroles (AFC) sistēma, kuras pamatā ir atsauces (ļoti stabilas) frekvences.

Abu grupu sintezatorus var izgatavot, izmantojot analogo vai digitālo elementu bāzi.

Sintezatori, kas izgatavoti, izmantojot tiešās sintēzes metodi.

Ļoti stabils kvarca oscilators ģenerē svārstības ar frekvenci f 0, kuras tiek piegādātas MF un HF frekvenču frekvenču dalītājiem un reizinātājiem.

Frekvences dalītāji samazina izplūdes gāzu frekvenci f 0 par veselu skaitu reižu (d), un frekvences reizinātāji to palielina par veselu skaitu reižu (k). Frekvences, kas iegūtas atsauces oscilatora frekvences (f 0) dalīšanas un reizināšanas rezultātā, tiek izmantotas, lai veidotu atsauces frekvences īpašās ierīcēs, ko sauc par atsauces frekvences sensoriem. Kopējais atsauces frekvenču sensoru skaits vidēja diapazona frekvenču sintezatorā ir atkarīgs no sintezatora ģenerēto frekvenču diapazona un intervāla starp blakus esošajām frekvencēm: jo plašāks ir vidējā diapazona frekvenču diapazons un mazāks intervāls, jo lielāks ir nepieciešamo frekvenču skaits. Ar desmit dienu frekvences iestatījumu katrs DFC ģenerē desmit atsauces frekvences ar noteiktu intervālu starp blakus esošajām frekvencēm. Kopējo nepieciešamo sensoru skaitu nosaka ciparu (bitu) skaits sintezatora maksimālās frekvences ierakstā.

Sensoros radītās atsauces frekvences tiek ievadītas maisītājos. Joslas pārslēdzamie filtri, kas iekļauti maisītāju izejā, izceļ kopējo frekvenci šajā piemērā: pirmā f 1 + f 2 izejā, otrā f 1 + f 2 + f 3 izejā, f 1 + f 2 + f 3 izejā. trešais f 1 + f 2 + f 3 + f 4 .

Frekvenci pie ierosinātāja izejas ar desmit dienu iestatījumu nosaka katras desmitgades slēdžu pozīcijas.

Relatīvā frekvences nestabilitāte pie sintezatora izejas ir vienāda ar izplūdes gāzu nestabilitāti. Šāda veida sintezatora trūkums ir liela skaita kombinēto frekvenču klātbūtne tā izejā, kas izskaidrojams ar mikseru plašo izmantošanu.

Frekvenču sintezatori, kas izgatavoti, izmantojot netiešās sintēzes metodi

Sintezatoros, kas izgatavoti, izmantojot netiešās sintēzes metodi, izejas svārstību avots ir harmonisko svārstību diapazona pašoscilators, kas automātiski pielāgots ļoti stabilām frekvencēm, kas ģenerētas BOCH atsauces frekvenču blokā.

AFC automātiskās frekvences regulēšanas būtība ir tāda, ka oscilatoru svārstības, izmantojot ļoti stabilas frekvences, tiek pārveidotas par noteiktu konstantu AFC frekvenci f, ko salīdzina ar atsauces frekvences vērtību. Ja salīdzināmās frekvences nesakrīt, tiek ģenerēts vadības spriegums, kas tiek piegādāts vadāmajam reaktīvajam elementam un maina tā reaktivitātes vērtību (kapacitāti vai induktivitāti).

Vadāmie reaktīvie elementi ir iekļauti ķēdē, kas nosaka AG frekvenci. AG frekvence mainās, līdz f AFC tuvojas atsauces frekvencei ar pietiekami mazu atlikušo atskaņošanu.

Atkarībā no salīdzināšanas ierīces visas AFC sistēmas var iedalīt trīs veidos:

Sistēmas ar frekvences bloķēšanas vadību, kurās kā salīdzināšanas ierīce tiek izmantoti melno caurumu frekvenču detektori;

Sistēmas ar fāzes bloķēšanas cilpas fāzes bloķēšanas cilpu, izmantojot fāzes detektorus PD kā salīdzināšanas ierīci;

Sistēmas ar impulsa fāzes automātisko frekvences vadību (IFAP), kurās salīdzināšanas ierīce ir impulsa fāzes detektori IPD.

Sintezatori ar fāzes bloķēšanas cilpas fāzes bloķēšanu, atšķirībā no

sintezatoriem ar CAP nav atlikušās atskaņošanas. PLL sistēmā salīdzināšanas ierīce ir PD fāzes detektors. Vadības spriegums pie PD izejas ir proporcionāls fāzes starpībai starp abām tai pielietotajām svārstībām, kuru frekvences ir vienādas līdzsvara stāvoklī.

PD tiek piegādātas divas tuvu frekvenču svārstības: viena no tām ir atsauce ar frekvenci f 0, kas ģenerēta stobrā, otrā ir oscilatora svārstību pārveidošanas produkts maisītājā, izmantojot frekvenču režģi f 01 ar stobru.

f PR = f UG – f 01.

Ja f PR un f 0 ir tuvu vērtībām, tad vadības spriegums no PD izejas kompensē vadības bloka detuning un f PR = f 0, un sistēmā tiek izveidots stacionārs režīms. Tomēr PLL sistēma darbojas ļoti šaurā frekvenču joslā, kas nepārsniedz dažus kHz. Lai nodrošinātu ultraskaņas viļņu formas noregulēšanu visā tās frekvenču diapazonā, sintezatorā ar fāzes bloķēšanas cilpu tiek izmantota automātiskās meklēšanas sistēma, kas, mainot ultraskaņas viļņu formas frekvenci visā frekvenču diapazonā, nodrošina, ka tā ietilpst fāzes bloķēšanas cilpas sistēmas pārklājuma joslā. Automātiskās meklēšanas sistēma ir zāģa zoba sprieguma pašoscilators, kas ieslēdzas, ja zemas caurlaidības filtra izejā nav vadības sprieguma. Tiklīdz UG frekvences nonāk PLL sistēmas uztveršanas joslā, meklēšanas ģenerators tiek izslēgts, sistēma pāriet automātiskās regulēšanas režīmā ar dinamisko līdzsvaru f PR = f 0.

Loģisko elementu izmantošana vidējā diapazonā izraisīja jaunu sintezatoru veidu parādīšanos, ko sauc par digitālajiem. Viņiem ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar analogiem. Tie ir vienkāršāki, uzticamāki darbībā, un tiem ir mazāki izmēri un svars.

Loģisko integrālo shēmu izmantošana digitālajā frekvences pārveidotājā ļāva gandrīz pilnībā novērst UG frekvences pārveidošanu, aizstājot pārveidotājus ar frekvences dalītāju ar mainīgu dalījuma koeficientu DPKD.

Sintezatora blokshēma ar vienu fāzē bloķētu cilpas gredzenu

DPKD diagrammā - dalītājs ar mainīgu dalījuma koeficientu - K bitu programmējams digitālais skaitītājs. Pārējo ķēdes saišu mērķis ir skaidrs no uzrakstiem uz tiem. Vadības bloks saņem un saglabā programmēšanas datus un ģenerē koda signālu, kas nosaka dalījuma koeficienta N vērtību atkarībā no sintezatora saņemtās komandas. Fāzes bloķētās frekvences vadības darbības rezultātā tiek noteikta impulsa fāzes diskriminatora ieejā ienākošo signālu frekvenču vienādība: f 1 = f 2, kas ļauj uzrakstīt šādu sakarību stabilizēto un atsauces pašoscilatoru frekvences, ņemot vērā dalījuma koeficientu vērtības:

Atbilstoši frekvenču režģa solim Df w =f fl /M. Mainot vadāmo vērtību N, tiek iestatīta nepieciešamā stabilizētā ģeneratora frekvences vērtība, kuru ar vadības elementa palīdzību var noregulēt vajadzīgajā frekvenču diapazonā.

Pašlaik, izstrādājot elektroniskās iekārtas, liela uzmanība tiek pievērsta to raksturlielumu stabilitātei. Mobilie radio sakari, tostarp mobilie sakari, nav izņēmums. Galvenais nosacījums elektronisko iekārtu komponentu stabilu raksturlielumu sasniegšanai ir galvenā oscilatora frekvences stabilitāte.

Jebkurš elektroniskais aprīkojums, tostarp uztvērēji, raidītāji un mikrokontrolleri, parasti satur lielu skaitu ģeneratoru. Sākotnēji bija jāpieliek pūles, lai nodrošinātu visu ģeneratoru frekvences stabilitāti. Attīstoties digitālajām tehnoloģijām, cilvēki ir iemācījušies no vienas sākotnējās frekvences veidot jebkuras frekvences svārstības. Tā rezultātā radās iespēja piešķirt papildu līdzekļus, lai palielinātu VIENA oscilatora frekvences stabilitāti un tādējādi iegūtu veselu frekvenču diapazonu ar ļoti augstu stabilitāti. Šo frekvenču ģeneratoru sauc atsauces ģenerators

Sākotnēji tika izmantotas īpašas projektēšanas metodes, lai iegūtu stabilas LC ģeneratoru svārstības:

• Induktivitātes izmaiņas stieples metāla izplešanās dēļ tika kompensētas, izvēloties serdes materiālu, kura iedarbība bija pretēja induktivitātes vadītāju iedarbībai;
• metāls tika sadedzināts keramikas serdenī ar zemu temperatūras izplešanās koeficientu;
• ķēdē tika iekļauti kondensatori ar dažādiem kapacitātes temperatūras koeficientiem (TKE).

Tādā veidā bija iespējams sasniegt atsauces oscilatora frekvences stabilitāti 10 -4 (frekvencē 10 MHz frekvences novirze bija 1 kHz)

Vienlaikus tika veikts darbs pie pilnīgi atšķirīgu metožu izmantošanas stabilu svārstību iegūšanai. Tika izstrādāti stīgu, kamertonis un magnetostriktīvie ģeneratori. To stabilitāte sasniedza ļoti augstas vērtības, bet tajā pašā laikā to izmēri, sarežģītība un cena liedza to plašo izplatību. Revolucionārs sasniegums bija izmantoto ģeneratoru izstrāde. Viena no visizplatītākajām kvarca oscilatoru shēmām, kas izgatavota uz bipolāra tranzistora, ir parādīta 1. attēlā.

Šajā atsauces oscilatora ķēdē amplitūdas līdzsvaru nodrošina tranzistors VT1 un fāzes līdzsvaru nodrošina ķēde Z1, C1, C2. Ģenerators ir samontēts atbilstoši standartam. Atšķirība ir tāda, ka induktora vietā tiek izmantots kvarca rezonators Z1. Jāatzīmē, ka šajā shēmā nav nepieciešams izmantot . Bieži vien izrādās, ka pilnīgi pietiekami. Līdzīga diagramma ir parādīta 2. attēlā.

1. un 2. attēlā redzamās kvarca oscilatoru shēmas ļauj iegūt atsauces svārstību frekvences stabilitāti 10 - 5. Vislielākā ietekme uz slodzi ir atsauces oscilatora svārstību īstermiņa stabilitātei. Ja atsauces oscilatora izejā ir svešas svārstības, tā svārstības var uztvert. Tā rezultātā kristāla oscilators radīs svārstības ar traucējumu frekvenci. Lai šī parādība neizpaustos atsauces oscilatorā, tā izejā parasti tiek uzstādīts pastiprinātājs, kura galvenais mērķis ir neļaut ārējām svārstībām iekļūt kvarca oscilatorā. Līdzīga diagramma ir parādīta 3. attēlā.

Tikpat svarīgs parametrs, kas lielā mērā nosaka oscilatora fāzes troksni (digitālajām shēmām - sinhronizācijas signāla trīce), ir barošanas spriegums, tāpēc standarta kristāla oscilatori parasti tiek darbināti no ļoti stabila, zema trokšņa līmeņa sprieguma avota un jauda ir filtrēts ar RC vai LC ķēdēm.

Vislielāko ieguldījumu kvarca oscilatora frekvences nestabilitātē dod kvarca rezonatora rezonanses frekvences atkarība no temperatūras. Kristālu atsauces oscilatoru rezonatoru ražošanā parasti izmanto AT-izgriezumus, kas nodrošina vislabāko frekvences stabilitāti atkarībā no temperatūras. Tas ir 1*10 -5 (10 miljondaļas jeb 10 ppm). Kvarca rezonatoru ar AT-griezumu frekvences atkarības piemērs no temperatūras dažādos griezuma leņķos (griezuma leņķa solis 10") parādīts 4. attēlā.

Vairumam radioelektronisko ierīču pietiek ar frekvences nestabilitāti 1*10 -5, tāpēc kvarca oscilatori tiek izmantoti ļoti plaši bez īpašiem pasākumiem frekvences stabilitātes paaugstināšanai. Kristālu stabilizētus atsauces oscilatorus bez papildu frekvences stabilizācijas pasākumiem sauc par XO.

Kā redzams 4. attēlā, AT griezuma kvarca rezonatora regulēšanas frekvences atkarība no temperatūras ir labi zināma. Turklāt šo atkarību var eksperimentāli noņemt katram konkrētam kvarca rezonatora gadījumam. Tāpēc, ja pastāvīgi mēra kvarca kristāla temperatūru (vai temperatūru kvarca atsauces oscilatora iekšpusē), tad atsauces oscilatora svārstību frekvenci var novirzīt uz nominālo vērtību, palielinot vai samazinot kvarca rezonatoram pievienoto papildu kapacitāti. .

Atkarībā no frekvences vadības ķēdes šādus atsauces oscilatorus sauc par TCXO (temperatūras kompensētiem kristāla oscilatoriem) vai MCXO (mikrokontrolleru vadītiem kristāla oscilatoriem). Šādu kvarca atsauces oscilatoru frekvences stabilitāte var sasniegt 0,5*10 -6 (0,5 miljonās daļas jeb 0,5 ppm)

Dažos gadījumos atsauces oscilatori nodrošina iespēju noregulēt nominālo ģenerēšanas frekvenci nelielās robežās. Frekvences regulēšanu veic ar spriegumu, kas tiek pievadīts varikapam, kas savienots ar kvarca rezonatoru. Ģeneratora frekvences regulēšanas diapazons nepārsniedz procenta daļu. Šādu ģeneratoru sauc par VCXO. Daļa no atsauces oscilatora ķēdes (bez termiskās kompensācijas ķēdes) ir parādīta 5. attēlā.

Pašlaik daudzi uzņēmumi maza izmēra korpusos ražo atsauces oscilatorus ar frekvences stabilitāti līdz 0,5 * 10 -6. Šāda atsauces ģeneratora rasējuma piemērs ir parādīts 6. attēlā.

Literatūra:

Kopā ar rakstu "Atsauces oscilatori" lasiet:

http://site/WLL/KvGen.php

http://site/WLL/synt.php

Saskaņā ar jaunākajiem statistikas datiem, aptuveni 70% no visas pasaulē saražotās elektroenerģijas patērē elektriskās piedziņas. Un katru gadu šis procents pieaug.

Ar pareizi izvēlētu elektromotora vadības metodi ir iespējams iegūt maksimālu efektivitāti, maksimālo griezes momentu uz elektriskās mašīnas vārpstas, un tajā pašā laikā palielināsies mehānisma kopējā veiktspēja. Efektīvi strādājoši elektromotori patērē minimālu elektrību un nodrošina maksimālu efektivitāti.

Elektromotoriem, kurus darbina ar invertoru, efektivitāte lielā mērā būs atkarīga no izvēlētās elektriskās mašīnas vadības metodes. Tikai izprotot katras metodes priekšrocības, inženieri un piedziņas sistēmu dizaineri var iegūt maksimālu katras vadības metodes veiktspēju.
Saturs:

Kontroles metodes

Daudzi cilvēki, kas strādā automatizācijas jomā, bet nav cieši saistīti ar elektriskās piedziņas sistēmu izstrādi un ieviešanu, uzskata, ka elektromotora vadība sastāv no komandu secības, kas tiek ievadītas, izmantojot saskarni no vadības paneļa vai datora. Jā, no automatizētās sistēmas vispārējās vadības hierarhijas viedokļa tas ir pareizi, taču ir arī veidi, kā vadīt pašu elektromotoru. Tieši šīs metodes maksimāli ietekmēs visas sistēmas veiktspēju.

Asinhronajiem motoriem, kas savienoti ar frekvences pārveidotāju, ir četras galvenās vadības metodes:

• U/f – volti uz hercu;
• U/f ar kodētāju;
• Atvērtās cilpas vektora kontrole;
• Slēgtā cikla vektora kontrole;

Visas četras metodes izmanto PWM impulsa platuma modulāciju, kas maina fiksētā signāla platumu, mainot impulsu platumu, lai izveidotu analogo signālu.

Impulsa platuma modulācija tiek pielietota frekvences pārveidotājam, izmantojot fiksētu līdzstrāvas kopnes spriegumu. ātri atverot un aizverot (pareizāk, pārslēdzot) tie rada izejas impulsus. Mainot šo impulsu platumu izejā, tiek iegūts vajadzīgās frekvences “sinusoīds”. Pat ja tranzistoru izejas sprieguma forma ir impulsa, strāva joprojām tiek iegūta sinusoīda formā, jo elektromotoram ir induktivitāte, kas ietekmē strāvas formu. Visas vadības metodes ir balstītas uz PWM modulāciju. Atšķirība starp vadības metodēm ir tikai elektromotoram piegādātā sprieguma aprēķināšanas metodē.

Šajā gadījumā nesējfrekvence (parādīta sarkanā krāsā) ir tranzistoru maksimālā pārslēgšanas frekvence. Invertoru nesējfrekvence parasti ir diapazonā no 2 kHz līdz 15 kHz. Frekvences atsauce (parādīta zilā krāsā) ir izejas frekvences komandas signāls. Invertoriem, ko izmanto parastajās elektriskās piedziņas sistēmās, tas parasti svārstās no 0 Hz līdz 60 Hz. Kad divu frekvenču signāli tiek uzlikti viens otram, tiks izdots signāls, lai atvērtu tranzistoru (norādīts melnā krāsā), kas piegādā elektromotoram strāvas spriegumu.

U/F kontroles metode

Volt-per-Hz kontrole, ko visbiežāk dēvē par U/F, iespējams, ir vienkāršākā vadības metode. To bieži izmanto vienkāršās elektriskās piedziņas sistēmās tā vienkāršības un minimālā darbībai nepieciešamo parametru skaita dēļ. Šī vadības metode neprasa obligātu kodētāja uzstādīšanu un obligātus iestatījumus mainīgas frekvences elektriskajai piedziņai (bet ir ieteicama). Tas samazina papildu aprīkojuma (sensoru, atgriezeniskās saites vadu, releju utt.) izmaksas. U/F vadība diezgan bieži tiek izmantota augstfrekvences iekārtās, piemēram, to bieži izmanto CNC iekārtās, lai vadītu vārpstas rotāciju.

Konstanta griezes momenta modelim ir nemainīgs griezes moments visā ātruma diapazonā ar tādu pašu U/F attiecību. Mainīgas griezes momenta attiecības modelim ir zemāks barošanas spriegums pie maziem apgriezieniem. Tas ir nepieciešams, lai novērstu elektriskās mašīnas piesātinājumu.

U/F ir vienīgais veids, kā regulēt asinhronā elektromotora apgriezienus, kas ļauj vadīt vairākas elektriskās piedziņas no viena frekvences pārveidotāja. Attiecīgi visas mašīnas ieslēdzas un apstājas vienlaicīgi un darbojas ar tādu pašu frekvenci.

Taču šai kontroles metodei ir vairāki ierobežojumi. Piemēram, izmantojot U/F vadības metodi bez kodētāja, nav absolūti nekādas pārliecības, ka asinhronās mašīnas vārpsta griežas. Turklāt elektriskās mašīnas palaišanas griezes moments 3 Hz frekvencē ir ierobežots līdz 150%. Jā, ierobežotais griezes moments ir vairāk nekā pietiekams, lai pielāgotos lielākajai daļai esošo iekārtu. Piemēram, gandrīz visi ventilatori un sūkņi izmanto U/F vadības metodi.

Šī metode ir salīdzinoši vienkārša tās brīvākas specifikācijas dēļ. Ātruma regulēšana parasti ir diapazonā no 2% līdz 3% no maksimālās izejas frekvences. Ātruma reakcija tiek aprēķināta frekvencēm virs 3 Hz. Frekvences pārveidotāja reakcijas ātrumu nosaka tā reakcijas ātrums uz atsauces frekvences izmaiņām. Jo lielāks reakcijas ātrums, jo ātrāk elektriskā piedziņa reaģēs uz ātruma iestatījuma izmaiņām.

Ātruma regulēšanas diapazons, izmantojot U/F metodi, ir 1:40. Reizinot šo attiecību ar elektriskās piedziņas maksimālo darba frekvenci, mēs iegūstam minimālās frekvences vērtību, ar kuru elektriskā mašīna var darboties. Piemēram, ja maksimālā frekvences vērtība ir 60 Hz un diapazons ir 1:40, tad minimālā frekvences vērtība būs 1,5 Hz.

U/F modelis nosaka attiecības starp frekvenci un spriegumu mainīgas frekvences piedziņas darbības laikā. Saskaņā ar to griešanās ātruma iestatīšanas līkne (motora frekvence) papildus frekvences vērtībai noteiks arī sprieguma vērtību, kas tiek piegādāta elektriskās mašīnas spailēm.

Operatori un tehniķi var izvēlēties vēlamo U/F vadības modeli ar vienu parametru mūsdienīgā frekvences pārveidotājā. Iepriekš instalētās veidnes jau ir optimizētas noteiktām lietojumprogrammām. Ir arī iespējas izveidot savus šablonus, kas tiks optimizēti konkrētai mainīgas frekvences piedziņai vai elektromotoru sistēmai.

Ierīcēm, piemēram, ventilatoriem vai sūkņiem, ir slodzes griezes moments, kas ir atkarīgs no to griešanās ātruma. U/F modeļa mainīgais griezes moments (attēls iepriekš) novērš vadības kļūdas un uzlabo efektivitāti. Šis vadības modelis samazina magnetizējošās strāvas zemās frekvencēs, samazinot spriegumu uz elektriskās mašīnas.

Pastāvīga griezes momenta mehānismi, piemēram, konveijeri, ekstrūderi un citas iekārtas, izmanto konstanta griezes momenta kontroles metodi. Ar pastāvīgu slodzi visos ātrumos ir nepieciešama pilna magnetizējošā strāva. Attiecīgi raksturlielumam ir taisns slīpums visā ātruma diapazonā.

U/F vadības metode ar kodētāju

Ja nepieciešams palielināt rotācijas ātruma regulēšanas precizitāti, vadības sistēmai tiek pievienots kodētājs. Ātruma atgriezeniskās saites ieviešana, izmantojot kodētāju, ļauj palielināt vadības precizitāti līdz 0,03%. Izejas spriegumu joprojām nosaka norādītais U/F modelis.

Šī vadības metode netiek plaši izmantota, jo tās sniegtās priekšrocības salīdzinājumā ar standarta U/F funkcijām ir minimālas. Palaišanas griezes moments, reakcijas ātrums un ātruma kontroles diapazons ir identiski standarta U/F. Turklāt, palielinoties darba frekvencēm, var rasties problēmas ar kodētāja darbību, jo tam ir ierobežots apgriezienu skaits.

Atvērtās cilpas vektora vadība

Atvērtā cikla vektora vadība (VC) tiek izmantota plašākai un dinamiskākai elektriskās mašīnas ātruma kontrolei. Iedarbinot no frekvences pārveidotāja, elektromotori var attīstīt palaišanas griezes momentu 200% no nominālā griezes momenta tikai ar frekvenci 0,3 Hz. Tas ievērojami paplašina to mehānismu sarakstu, kuros var izmantot asinhrono elektrisko piedziņu ar vektorvadību. Šī metode ļauj arī kontrolēt iekārtas griezes momentu visos četros kvadrantos.

Griezes momentu ierobežo motors. Tas ir nepieciešams, lai novērstu aprīkojuma, iekārtu vai izstrādājumu bojājumus. Griezes momentu vērtība ir sadalīta četros dažādos kvadrantos atkarībā no elektriskās mašīnas griešanās virziena (uz priekšu vai atpakaļgaitā) un atkarībā no tā, vai elektromotors nodrošina . Ierobežojumus var iestatīt katram kvadrantam atsevišķi, vai arī lietotājs var iestatīt kopējo griezes momentu frekvences pārveidotājā.

Asinhronās mašīnas motora režīms tiks nodrošināts, ja rotora magnētiskais lauks atpaliek no statora magnētiskā lauka. Ja rotora magnētiskais lauks sāk apsteigt statora magnētisko lauku, mašīna pāries reģeneratīvās bremzēšanas režīmā ar enerģijas izlaišanu, citiem vārdiem sakot, asinhronais motors pārslēgsies uz ģeneratora režīmu.

Piemēram, pudeļu aizvākošanas iekārta var izmantot griezes momenta ierobežošanu 1. kvadrantā (virziens uz priekšu ar pozitīvu griezes momentu), lai novērstu pudeles vāciņa pārmērīgu pievilkšanu. Mehānisms virzās uz priekšu un izmanto pozitīvo griezes momentu, lai pievilktu pudeles vāciņu. Bet tāda ierīce kā lifts ar pretsvaru, kas ir smagāks par tukšo kabīni, izmantos 2. kvadrantu (reversais griešanās un pozitīvais griezes moments). Ja kabīne paceļas līdz augšējam stāvam, tad griezes moments būs pretējs ātrumam. Tas ir nepieciešams, lai ierobežotu celšanas ātrumu un novērstu pretsvara brīvu krišanu, jo tas ir smagāks par kabīni.

Strāvas atgriezeniskā saite šajos frekvences pārveidotājos ļauj iestatīt elektromotora griezes momenta un strāvas ierobežojumus, jo, palielinoties strāvai, palielinās arī griezes moments. Invertora izejas spriegums var palielināties, ja mehānismam nepieciešams lielāks griezes moments, vai samazināties, ja tiek sasniegta tā maksimālā pieļaujamā vērtība. Tas padara asinhronās mašīnas vektora vadības principu elastīgāku un dinamiskāku salīdzinājumā ar U/F principu.

Tāpat frekvences pārveidotājiem ar vektora vadību un atvērto cilpu ir ātrāka ātruma reakcija 10 Hz, kas ļauj to izmantot mehānismos ar triecienslodzēm. Piemēram, iežu drupinātājos slodze pastāvīgi mainās un ir atkarīga no apstrādājamā iežu tilpuma un izmēriem.

Atšķirībā no U/F vadības shēmas, vektoru vadība izmanto vektora algoritmu, lai noteiktu elektromotora maksimālo efektīvo darba spriegumu.

Transportlīdzekļa bloka vektora vadība atrisina šo problēmu, jo ir atgriezeniskā saite par motora strāvu. Parasti strāvas atgriezenisko saiti ģenerē paša frekvences pārveidotāja iekšējie strāvas transformatori. Izmantojot iegūto strāvas vērtību, frekvences pārveidotājs aprēķina elektriskās mašīnas griezes momentu un plūsmu. Pamata motora strāvas vektors ir matemātiski sadalīts magnetizējošās strāvas (I d) un griezes momenta (I q) vektorā.

Izmantojot elektriskās mašīnas datus un parametrus, invertors aprēķina magnetizējošās strāvas (I d) un griezes momenta (I q) vektorus. Lai sasniegtu maksimālu veiktspēju, frekvences pārveidotājam ir jāatdala I d un I q ar 90 0 leņķi. Tas ir svarīgi, jo sin 90 0 = 1, un vērtība 1 apzīmē maksimālo griezes momenta vērtību.

Kopumā asinhronā motora vektora vadība nodrošina stingrāku kontroli. Ātruma regulēšana ir aptuveni ±0,2% no maksimālās frekvences, un regulēšanas diapazons sasniedz 1:200, kas var saglabāt griezes momentu, braucot ar mazu ātrumu.

Vektoru atgriezeniskās saites vadība

Atgriezeniskās saites vektora vadība izmanto to pašu vadības algoritmu kā atvērtā cikla VAC. Galvenā atšķirība ir kodētāja klātbūtne, kas ļauj mainīgas frekvences piedziņai attīstīt 200% palaišanas griezes momentu pie 0 apgr./min. Šis punkts ir vienkārši nepieciešams, lai radītu sākuma momentu, pārvietojoties no liftiem, celtņiem un citām celšanas mašīnām, lai novērstu kravas nogrimšanu.

Ātruma atgriezeniskās saites sensora klātbūtne ļauj palielināt sistēmas reakcijas laiku līdz vairāk nekā 50 Hz, kā arī paplašināt ātruma regulēšanas diapazonu līdz 1:1500. Arī atgriezeniskās saites klātbūtne ļauj kontrolēt nevis elektriskās mašīnas ātrumu, bet gan griezes momentu. Dažos mehānismos liela nozīme ir griezes momenta vērtībai. Piemēram, tinumu mašīna, aizsērēšanas mehānismi un citi. Šādās ierīcēs ir nepieciešams regulēt mašīnas griezes momentu.