Frecvența de referință. Note de curs: Caracteristicile metrologice ale osciloscoapelor electronice. Opțiuni suplimentare includ

Sinteza frecvenței - formarea unui set discret de frecvențe din una sau mai multe frecvențe de referință f on. Frecvența de referință este o frecvență foarte stabilă a unui auto-oscilator, de obicei cuarț.

Sintetizatorul de frecvență (MF) este un dispozitiv care implementează procesul de sinteză. Sintetizatorul este utilizat în dispozitivele de recepție și transmisie radio ale sistemelor de comunicații radio, navigație radio, radar și alte scopuri.

Parametrii principali ai sintetizatorului sunt: ​​intervalul de frecvență al semnalului de ieșire, numărul N și treapta grilei de frecvență Df w, instabilitatea frecvenței pe termen lung și pe termen scurt, nivelul componentelor parasite în semnalul de ieșire și timpul de tranziție de la o frecventa la alta. La sintetizatoarele moderne, numărul de frecvențe discrete generate de acesta poate ajunge la zeci de mii, iar treapta de grilă poate varia de la zeci de herți la zeci și sute de kiloherți. Instabilitatea frecvenței pe termen lung, determinată de un auto-oscilator de cuarț, este de 10 –6, iar în cazuri speciale - 10 –8 ... 10 –9. Gama de frecvență a unui sintetizator variază mult în funcție de scopul echipamentului în care este utilizat.

Modelele practice de sintetizator de frecvență sunt foarte diverse. În ciuda acestei diversități, putem observa principiile generale care stau la baza construcției sintetizatoarelor moderne:

Toate sintetizatoarele se bazează pe utilizarea unei oscilații de referință foarte stabile cu o anumită frecvență f 0, a cărei sursă este de obicei un oscilator cu cristal de referință;

Sinteza mai multor frecvențe se realizează prin utilizarea pe scară largă a divizoarelor, multiplicatorilor și convertoarelor de frecvență, asigurând utilizarea unei oscilații de referință pentru a forma o grilă de frecvență;

Furnizarea sintetizatoarelor de frecvență cu o setare de zece zile a frecvenței excitatorului.

Pe baza metodei de generare a oscilațiilor de ieșire, sintetizatoarele sunt împărțite în două grupe: cele realizate folosind metoda de sinteză directă (pasivă) și cele realizate folosind metoda de sinteză indirectă (activă).

Prima grupă include sintetizatoare în care oscilațiile de ieșire se formează prin împărțirea și înmulțirea frecvenței oscilatorului de referință, urmată de adunarea și scăderea frecvențelor obținute ca urmare a împărțirii și înmulțirii.

Al doilea grup include sintetizatoare care generează oscilații de ieșire într-un auto-oscilator de gamă de oscilații armonice cu stabilizare parametrică a frecvenței, a căror instabilitate este eliminată printr-un sistem de control automat al frecvenței (AFC) bazat pe frecvențe de referință (foarte stabile).

Sintetizatoarele ambelor grupuri pot fi realizate folosind elemente de bază analogice sau digitale.

Sintetizatoare realizate prin metoda sintezei directe.

Un oscilator cu cuarț foarte stabil generează oscilații cu o frecvență f 0 , care sunt furnizate divizoarelor și multiplicatorilor de frecvență ai frecvențelor MF și HF.

Divizoarele de frecvență reduc frecvența gazelor de eșapament f 0 de un număr întreg de ori (d), iar multiplicatorii de frecvență o măresc de un număr întreg de ori (k). Frecvențele obținute ca urmare a împărțirii și înmulțirii frecvenței oscilatorului de referință (f 0) sunt folosite pentru a forma frecvențe de referință în dispozitive speciale numite senzori de frecvență de referință. Numărul total de senzori de frecvență de referință dintr-un sintetizator de frecvență medie depinde de gama de frecvențe generate de sintetizator și de intervalul dintre frecvențele adiacente: cu cât intervalul de frecvență este mai larg și cu cât intervalul este mai mic, cu atât este mai mare numărul de frecvențe necesare. Cu o setare de frecvență de zece zile, fiecare DFC generează zece frecvențe de referință cu un anumit interval între frecvențele adiacente. Numărul total de senzori necesari este determinat de numărul de cifre (biți) din înregistrarea frecvenței maxime a sintetizatorului.

Frecvențele de referință generate în senzori sunt alimentate la mixere. Filtrele comutabile trece-bandă incluse la ieșirea mixerelor evidențiază frecvența totală în acest exemplu: la ieșirea primului f 1 + f 2 , la ieșirea celui de-al doilea f 1 + f 2 + f 3 , la ieșirea celui de-al doilea f 1 + f 2 + f 3 . a treia f 1 + f 2 + f 3 + f 4 .

Frecvența la ieșirea excitatorului cu o setare de zece zile este determinată de pozițiile comutatoarelor din fiecare deceniu.

Instabilitatea relativă a frecvenței la ieșirea sintetizatorului este egală cu instabilitatea gazului de eșapament. Dezavantajul acestui tip de sintetizator este prezența unui număr mare de frecvențe combinate la ieșire, ceea ce se explică prin utilizarea pe scară largă a mixerelor.

Sintetizatoare de frecvență construite folosind metoda de sinteză indirectă

La sintetizatoarele realizate folosind metoda de sinteză indirectă, sursa oscilațiilor de ieșire este un auto-oscilator de gamă de oscilații armonice, ajustat automat la frecvențe foarte stabile generate în blocul de frecvență de referință al BOCH.

Esența ajustării automate a frecvenței AFC este că oscilațiile oscilatorului folosind frecvențe foarte stabile sunt convertite la o anumită frecvență constantă f a AFC, care este comparată cu valoarea frecvenței de referință. Dacă frecvențele comparate nu se potrivesc, se generează o tensiune de control, care este furnizată elementului reactiv controlat și modifică valoarea reactivității acestuia (capacitate sau inductanță).

Elementele reactive controlate sunt incluse în circuitul care determină frecvența AG. Frecvența AG se modifică până când f AFC se apropie de frecvența de referință cu o dezacordare reziduală suficient de mică.

În funcție de dispozitivul de comparare, toate sistemele AFC pot fi împărțite în trei tipuri:

Sisteme de control automat controlate de frecvență, în care detectoarele de frecvență ale găurilor negre sunt utilizate ca dispozitiv de comparație;

Sisteme cu buclă blocată în fază, care utilizează detectoare de fază PD ca dispozitiv de comparare;

Sisteme cu control automat al frecvenței puls-fază (IFAP), în care dispozitivul de comparare este detectoare puls-fază IPD.

Spre deosebire de sintetizatoare cu blocare de fază în buclă blocată în fază

sintetizatoarele cu CAP nu au dezacord rezidual. În sistemul PLL, dispozitivul de comparare este detectorul de fază PD. Tensiunea de control la ieșirea PD este proporțională cu diferența de fază dintre cele două oscilații aplicate acesteia, ale căror frecvențe sunt egale în regim staționar.

Două oscilații de frecvențe apropiate sunt furnizate PD: dintre care una este o referință cu frecvența f 0 generată în butoi, a doua este un produs al conversiei oscilațiilor oscilatorului în mixer folosind o grilă de frecvență f 01 cu butoiul.

f PR = f UG – f 01.

Dacă f PR și f 0 sunt apropiate ca valoare, atunci tensiunea de control de la ieșirea PD compensează dezacordarea unității de comandă și f PR = f 0 și se stabilește un mod staționar în sistem. Cu toate acestea, sistemul PLL funcționează într-o bandă de frecvență foarte îngustă, care nu depășește câțiva kHz. Pentru a asigura reglarea formei de undă ultrasonice pe întregul său domeniu de frecvență, un sistem de căutare automată este utilizat într-un sintetizator cu o buclă de blocare a fazei, care, prin schimbarea frecvenței formei de undă ultrasonică în întregul interval de frecvență, asigură că acesta se încadrează în banda de acoperire a sistemului de buclă de blocare a fazei. Sistemul de căutare automată este un auto-oscilator de tensiune din dinți de ferăstrău, care pornește atunci când nu există tensiune de control la ieșirea filtrului trece-jos. De îndată ce frecvențele UG intră în banda de captare a sistemului PLL, generatorul de căutare este oprit, sistemul intră în modul de reglare automată cu echilibru dinamic f PR = f 0 .

Utilizarea elementelor logice în gama medie a dus la apariția unor noi tipuri de sintetizatoare, care sunt numite digitale. Au avantaje semnificative față de cele analogice. Sunt mai simple, mai fiabile în funcționare și au dimensiuni și greutate mai mici.

Utilizarea circuitelor integrate logice în convertorul digital de frecvență a făcut posibilă eliminarea aproape completă a conversiei de frecvență a UG, înlocuind convertoarele cu un divizor de frecvență cu un coeficient de divizare variabil DPKD.

Diagrama bloc a unui sintetizator cu o buclă blocată în fază

În diagrama DPKD - un divizor cu un coeficient de diviziune variabil - un contor digital programabil K-bit. Scopul celorlalte legături ale circuitului este clar din inscripțiile făcute pe ele. Unitatea de control primește și stochează datele de programare și generează un semnal de cod, care stabilește valoarea coeficientului de împărțire N în funcție de comanda primită de sintetizator. Ca urmare a acțiunii controlului frecvenței blocate în fază, se stabilește egalitatea frecvențelor semnalelor care sosesc la intrarea discriminatorului impuls-fază: f 1 = f 2, ceea ce ne permite să scriem următoarea relație pentru frecvențele autooscilatorilor stabilizați și de referință, ținând cont de valorile coeficienților de divizare:

Conform pasului grilei de frecvențe Df w =f fl /M. Prin modificarea valorii controlate N, se setează valoarea frecvenței necesară a generatorului stabilizat, care, cu ajutorul unui element de control, poate fi reglată în domeniul de frecvență necesar.

În prezent, la dezvoltarea echipamentelor electronice, se acordă o mare atenție stabilității caracteristicilor acestuia. Comunicațiile radio mobile, inclusiv comunicațiile celulare, nu fac excepție. Condiția principală pentru obținerea unor caracteristici stabile ale componentelor echipamentelor electronice este stabilitatea frecvenței oscilatorului principal.

Orice echipament electronic, inclusiv receptoare, transmițătoare și microcontrolere, conține de obicei un număr mare de generatoare. Inițial, au trebuit depuse eforturi pentru a asigura stabilitatea frecvenței tuturor generatoarelor. Odată cu dezvoltarea tehnologiei digitale, oamenii au învățat să formeze o oscilație a oricărei frecvențe de la o frecvență originală. Ca urmare, a devenit posibilă alocarea de fonduri suplimentare pentru a crește stabilitatea frecvenței UNUI oscilator și, astfel, a obține o gamă întreagă de frecvențe cu o stabilitate foarte mare. Acest generator de frecvență se numește generator de referință

Inițial, au fost utilizate metode speciale de proiectare pentru a obține oscilații stabile ale generatoarelor LC:

• Modificarea inductanței datorată expansiunii metalului sârmei a fost compensată prin alegerea unui material de miez, al cărui efect era opus celui al conductoarelor de inductanță;
• metalul a fost ars într-un miez ceramic cu un coeficient de dilatare de temperatură scăzut;
• condensatoare cu diferiți coeficienți de temperatură de capacitate (TKE) au fost incluse în circuit.

În acest fel, a fost posibil să se obțină o stabilitate a frecvenței oscilatorului de referință de 10 -4 (la o frecvență de 10 MHz deriva de frecvență a fost de 1 kHz)

În același timp, s-a lucrat la utilizarea unor metode complet diferite de obținere a oscilațiilor stabile. Au fost dezvoltate generatoare de corzi, diapazon și magnetostrictiv. Stabilitatea lor a atins valori foarte mari, dar in acelasi timp dimensiunile, complexitatea si pretul lor au impiedicat distributia lor larga. O descoperire revoluționară a fost dezvoltarea generatoarelor folosind. Unul dintre cele mai comune circuite oscilator cu cuarț, realizat pe un tranzistor bipolar, este prezentat în Figura 1.

În acest circuit oscilator de referință, echilibrul de amplitudine este asigurat de tranzistorul VT1 și echilibrul de fază este asigurat de circuitul Z1, C1, C2. Generatorul este asamblat conform standardului. Diferența este că, în loc de inductor, se folosește un rezonator de cuarț Z1. Trebuie remarcat faptul că în această schemă nu este necesară utilizarea . De multe ori se dovedește a fi destul. O diagramă similară este prezentată în Figura 2.

Circuitele oscilatoare cu cuarț prezentate în figurile 1 și 2 fac posibilă obținerea unei stabilități a frecvenței de oscilație de referință de ordinul 10 - 5. Stabilitatea pe termen scurt a oscilațiilor oscilatorului de referință are cea mai mare influență asupra sarcinii. Dacă există oscilații străine la ieșirea oscilatorului de referință, oscilațiile acestuia pot fi captate. Ca rezultat, oscilatorul cu cristal va produce oscilații la frecvența de interferență. Pentru a preveni manifestarea acestui fenomen în oscilatorul de referință, la ieșire este de obicei instalat un amplificator, al cărui scop principal este să nu permită trecerea oscilațiilor externe în oscilatorul cu cuarț. O diagramă similară este prezentată în Figura 3.

Un parametru la fel de important care determină în mare măsură zgomotul de fază al oscilatorului (pentru circuite digitale - jitter al semnalului de sincronizare) este tensiunea de alimentare, prin urmare oscilatoarele cu cristal de referință sunt alimentate de obicei de la o sursă de tensiune foarte stabilă, cu zgomot redus, iar puterea este filtrate prin circuite RC sau LC.

Cea mai mare contribuție la instabilitatea de frecvență a oscilatorului de cuarț o are dependența de temperatură a frecvenței de rezonanță a rezonatorului de cuarț. La fabricarea rezonatoarelor cu oscilatoare de referință cu cristale, se folosesc de obicei tăieturi AT, care asigură cea mai bună stabilitate a frecvenței în funcție de temperatură. Este 1*10 -5 (10 milionimi sau 10 ppm). Un exemplu de dependență a frecvenței rezonatoarelor de cuarț cu tăiere AT de temperatură la diferite unghiuri de tăiere (unghiul de tăiere pasul 10") este prezentat în Figura 4.

O instabilitate de frecvență de 1*10 -5 este suficientă pentru majoritatea dispozitivelor radio-electronice, astfel încât oscilatoarele cu cuarț sunt utilizate pe scară largă fără măsuri speciale pentru a crește stabilitatea frecvenței. Oscilatorii de referință stabilizați cu cristale fără măsuri suplimentare de stabilizare a frecvenței se numesc XO.

După cum se poate observa din Figura 4, dependența frecvenței de acord a unui rezonator cu cuarț AT-cut de temperatură este bine cunoscută. Mai mult, această dependență poate fi eliminată experimental pentru fiecare instanță specifică a unui rezonator cu cuarț. Prin urmare, dacă măsurați constant temperatura cristalului de cuarț (sau temperatura din interiorul oscilatorului de referință de cuarț), atunci frecvența de oscilație a oscilatorului de referință poate fi deplasată la valoarea nominală prin creșterea sau scăderea capacității suplimentare conectate la rezonatorul de cuarț. .

În funcție de circuitul de control al frecvenței, astfel de oscilatoare de referință se numesc TCXO (oscilatoare cu cristal compensate de temperatură) sau MCXO (oscilatoare cu cristal controlate de microcontroler). Stabilitatea frecvenței unor astfel de oscilatoare de referință de cuarț poate ajunge la 0,5*10 -6 (0,5 milionimi sau 0,5 ppm)

În unele cazuri, oscilatoarele de referință oferă capacitatea de a ajusta frecvența nominală de generare în limite mici. Reglarea frecvenței se realizează prin tensiune aplicată unui varicap conectat la un rezonator de cuarț. Gama de reglare a frecvenței generatorului nu depășește o fracțiune de procent. Un astfel de generator se numește VCXO. O parte a circuitului oscilator de referință (fără circuit de compensare termică) este prezentată în Figura 5.

În prezent, multe companii produc oscilatoare de referință cu stabilitate de frecvență de până la 0,5 * 10 -6 în carcase de dimensiuni mici. Un exemplu de desen al unui astfel de generator de referință este prezentat în Figura 6.

Literatură:

Împreună cu articolul „Oscilatoare de referință” citiți:

http://site/WLL/KvGen.php

http://site/WLL/synt.php

Conform celor mai recente statistici, aproximativ 70% din toată energia electrică generată în lume este consumată de motoare electrice. Și în fiecare an acest procent crește.

Cu o metodă selectată corect de control al unui motor electric, este posibil să se obțină eficiență maximă, cuplu maxim pe arborele mașinii electrice și, în același timp, performanța generală a mecanismului va crește. Motoarele electrice care funcționează eficient consumă un minim de energie electrică și oferă eficiență maximă.

Pentru motoarele electrice alimentate de un invertor, eficiența va depinde în mare măsură de metoda aleasă de control al mașinii electrice. Numai prin înțelegerea meritelor fiecărei metode pot inginerii și proiectanții sistemelor de acționare să obțină performanța maximă din fiecare metodă de control.
Conţinut:

Metode de control

Mulți oameni care lucrează în domeniul automatizării, dar care nu sunt implicați îndeaproape în dezvoltarea și implementarea sistemelor de acționare electrică, consideră că controlul motoarelor electrice constă într-o secvență de comenzi introduse folosind o interfață de la un panou de control sau PC. Da, din punctul de vedere al ierarhiei generale de control a unui sistem automatizat, acest lucru este corect, dar există și modalități de a controla motorul electric în sine. Aceste metode vor avea un impact maxim asupra performanței întregului sistem.

Pentru motoarele asincrone conectate la un convertor de frecvență, există patru metode principale de control:

• U/f – volți pe herți;
• U/f cu encoder;
• Control vectorial în buclă deschisă;
• Control vectorial în buclă închisă;

Toate cele patru metode folosesc modularea lățimii impulsului PWM, care modifică lățimea unui semnal fix prin variarea lățimii impulsurilor pentru a crea un semnal analogic.

Modularea lățimii impulsului este aplicată convertizorului de frecvență prin utilizarea unei tensiuni fixe de magistrală de curent continuu. prin deschiderea și închiderea rapidă (mai corect, comutarea) generează impulsuri de ieșire. Variind lățimea acestor impulsuri la ieșire, se obține un „sinusoid” al frecvenței dorite. Chiar dacă forma tensiunii de ieșire a tranzistoarelor este pulsată, curentul se obține totuși sub formă de sinusoid, deoarece motorul electric are o inductanță care afectează forma curentului. Toate metodele de control se bazează pe modulația PWM. Diferența dintre metodele de control constă numai în metoda de calcul a tensiunii furnizate motorului electric.

În acest caz, frecvența purtătoare (indicată cu roșu) reprezintă frecvența maximă de comutare a tranzistoarelor. Frecvența purtătoare pentru invertoare este de obicei în intervalul 2 kHz - 15 kHz. Referința de frecvență (indicată cu albastru) este semnalul de comandă a frecvenței de ieșire. Pentru invertoarele utilizate în sistemele convenționale de acționare electrică, de regulă, variază de la 0 Hz la 60 Hz. Atunci când semnale de două frecvențe sunt suprapuse unul peste altul, va fi emis un semnal pentru deschiderea tranzistorului (indicat cu negru), care furnizează tensiune de alimentare motorului electric.

Metoda de control U/F

Controlul Volt-per-Hz, cel mai frecvent denumit U/F, este poate cea mai simplă metodă de control. Este adesea folosit în sistemele simple de acționare electrică datorită simplității și numărului minim de parametri necesari pentru funcționare. Această metodă de control nu necesită instalarea obligatorie a unui encoder și setări obligatorii pentru o acționare electrică cu frecvență variabilă (dar este recomandată). Acest lucru duce la costuri mai mici pentru echipamentele auxiliare (senzori, fire de feedback, relee etc.). Controlul U/F este folosit destul de des în echipamentele de înaltă frecvență, de exemplu, este adesea folosit la mașinile CNC pentru a conduce rotația axului.

Modelul cu cuplu constant are un cuplu constant pe întreaga gamă de viteze cu același raport U/F. Modelul cu raport de cuplu variabil are o tensiune de alimentare mai mică la viteze mici. Acest lucru este necesar pentru a preveni saturarea mașinii electrice.

U/F este singura modalitate de reglare a vitezei unui motor electric asincron, care permite controlul mai multor acționări electrice de la un convertor de frecvență. În consecință, toate mașinile pornesc și se opresc simultan și funcționează la aceeași frecvență.

Dar această metodă de control are mai multe limitări. De exemplu, atunci când utilizați metoda de control U/F fără un encoder, nu există absolut nicio certitudine că arborele unei mașini asincrone se rotește. În plus, cuplul de pornire al unei mașini electrice la o frecvență de 3 Hz este limitat la 150%. Da, cuplul limitat este mai mult decât suficient pentru a găzdui majoritatea echipamentelor existente. De exemplu, aproape toate ventilatoarele și pompele folosesc metoda de control U/F.

Această metodă este relativ simplă datorită specificațiilor sale mai slabe. Reglarea vitezei este de obicei în intervalul 2% - 3% din frecvența maximă de ieșire. Răspunsul la viteză este calculat pentru frecvențe peste 3 Hz. Viteza de răspuns a convertizorului de frecvență este determinată de viteza de răspuns a acestuia la modificările frecvenței de referință. Cu cât viteza de răspuns este mai mare, cu atât motorul electric va răspunde mai rapid la modificările setării vitezei.

Intervalul de control al vitezei când se utilizează metoda U/F este 1:40. Înmulțind acest raport cu frecvența maximă de funcționare a motorului electric, obținem valoarea frecvenței minime la care poate funcționa mașina electrică. De exemplu, dacă valoarea frecvenței maxime este de 60 Hz și intervalul este 1:40, atunci valoarea frecvenței minime va fi de 1,5 Hz.

Modelul U/F determină relația dintre frecvență și tensiune în timpul funcționării unui variator de frecvență. Conform acesteia, curba de setare a vitezei de rotație (frecvența motorului) va determina, pe lângă valoarea frecvenței, și valoarea tensiunii furnizate la bornele mașinii electrice.

Operatorii și tehnicienii pot selecta modelul de control U/F dorit cu un singur parametru într-un convertor de frecvență modern. Șabloanele preinstalate sunt deja optimizate pentru aplicații specifice. Există, de asemenea, oportunități de a crea propriile șabloane care vor fi optimizate pentru o anumită unitate de frecvență variabilă sau sistem de motor electric.

Dispozitivele precum ventilatoarele sau pompele au un cuplu de sarcină care depinde de viteza lor de rotație. Cuplul variabil (imaginea de mai sus) al modelului U/F previne erorile de control și îmbunătățește eficiența. Acest model de control reduce curenții de magnetizare la frecvențe joase prin reducerea tensiunii pe mașina electrică.

Mecanismele cu cuplu constant, cum ar fi transportoare, extrudere și alte echipamente, folosesc o metodă de control constant al cuplului. Cu sarcină constantă, este necesar un curent de magnetizare complet la toate vitezele. În consecință, caracteristica are o pantă dreaptă pe întregul interval de viteză.

Metoda de control U/F cu encoder

Dacă este necesar să se mărească precizia controlului vitezei de rotație, la sistemul de control este adăugat un encoder. Introducerea feedback-ului de viteză folosind un encoder vă permite să creșteți precizia controlului la 0,03%. Tensiunea de ieșire va fi în continuare determinată de modelul U/F specificat.

Această metodă de control nu este utilizată pe scară largă, deoarece avantajele pe care le oferă în comparație cu funcțiile U/F standard sunt minime. Cuplul de pornire, viteza de răspuns și domeniul de control al vitezei sunt toate identice cu U/F standard. În plus, atunci când frecvențele de funcționare cresc, pot apărea probleme cu funcționarea codificatorului, deoarece are un număr limitat de rotații.

Control vectorial în buclă deschisă

Controlul vectorial în buclă deschisă (VC) este utilizat pentru controlul mai larg și mai dinamic al vitezei unei mașini electrice. La pornirea de la un convertor de frecvență, motoarele electrice pot dezvolta un cuplu de pornire de 200% din cuplul nominal la o frecvență de numai 0,3 Hz. Acest lucru extinde în mod semnificativ lista de mecanisme în care poate fi utilizată o acționare electrică asincronă cu control vectorial. Această metodă vă permite, de asemenea, să controlați cuplul mașinii în toate cele patru cadrane.

Cuplul este limitat de motor. Acest lucru este necesar pentru a preveni deteriorarea echipamentelor, utilajelor sau produselor. Valoarea cuplurilor este împărțită în patru cadrane diferite, în funcție de sensul de rotație al mașinii electrice (înainte sau înapoi) și în funcție de implementarea motorului electric. Limitele pot fi setate pentru fiecare cadran individual, sau utilizatorul poate seta cuplul total în convertizorul de frecvență.

Modul motor al unei mașini asincrone va fi prevăzut ca câmpul magnetic al rotorului să rămână în urma câmpului magnetic al statorului. Dacă câmpul magnetic al rotorului începe să depășească câmpul magnetic al statorului, atunci mașina va intra în modul de frânare regenerativă cu eliberare de energie; cu alte cuvinte, motorul asincron va comuta în modul generator.

De exemplu, o mașină de acoperire a sticlei poate utiliza limitarea cuplului în cadranul 1 (direcția înainte cu cuplu pozitiv) pentru a preveni strângerea excesivă a capacului sticlei. Mecanismul se deplasează înainte și folosește cuplul pozitiv pentru a strânge capacul sticlei. Dar un dispozitiv precum un ascensor cu o contragreutate mai grea decât vagonul gol va folosi cadranul 2 (rotație inversă și cuplu pozitiv). Dacă cabina se ridică la ultimul etaj, atunci cuplul va fi opus vitezei. Acest lucru este necesar pentru a limita viteza de ridicare și pentru a preveni căderea liberă a contragreutății, deoarece este mai grea decât cabina.

Feedback-ul de curent în aceste convertoare de frecvență vă permite să stabiliți limite ale cuplului și curentului motorului electric, deoarece pe măsură ce curentul crește, cuplul crește și el. Tensiunea de ieșire a invertorului poate crește dacă mecanismul necesită un cuplu mai mare sau poate scădea dacă este atinsă valoarea maximă admisă. Acest lucru face ca principiul controlului vectorial al unei mașini asincrone să fie mai flexibil și mai dinamic în comparație cu principiul U/F.

De asemenea, convertizoarele de frecvență cu control vectorial și buclă deschisă au un răspuns la viteză mai rapid de 10 Hz, ceea ce face posibilă utilizarea în mecanisme cu sarcini de șoc. De exemplu, la concasoarele de roci, sarcina este în continuă schimbare și depinde de volumul și dimensiunile rocii care sunt prelucrate.

Spre deosebire de modelul de control U/F, controlul vectorial folosește un algoritm vectorial pentru a determina tensiunea maximă efectivă de funcționare a motorului electric.

Controlul vectorial al VU rezolvă această problemă datorită prezenței feedback-ului asupra curentului motorului. De regulă, feedback-ul de curent este generat de transformatoarele de curent interne ale convertizorului de frecvență însuși. Folosind valoarea curentului obținut, convertizorul de frecvență calculează cuplul și fluxul mașinii electrice. Vectorul curent al motorului de bază este împărțit matematic într-un vector de curent de magnetizare (I d) și cuplu (I q).

Folosind datele și parametrii mașinii electrice, invertorul calculează vectorii curentului de magnetizare (I d) și ai cuplului (I q). Pentru a obține performanțe maxime, convertizorul de frecvență trebuie să țină I d și I q separate printr-un unghi de 90 0. Acest lucru este semnificativ deoarece sin 90 0 = 1, iar o valoare de 1 reprezintă valoarea maximă a cuplului.

În general, controlul vectorial al unui motor cu inducție oferă un control mai strict. Reglarea vitezei este de aproximativ ± 0,2% din frecvența maximă, iar domeniul de reglare ajunge la 1:200, ceea ce poate menține cuplul atunci când rulează la viteze mici.

Controlul feedback-ului vectorial

Controlul vectorului de feedback utilizează același algoritm de control ca și VAC în buclă deschisă. Principala diferență este prezența unui encoder, care permite variatorului de frecvență să dezvolte un cuplu de pornire de 200% la 0 rpm. Acest punct este pur și simplu necesar pentru a crea un moment inițial la deplasarea lifturilor, macaralelor și a altor mașini de ridicat, pentru a preveni tasarea încărcăturii.

Prezența unui senzor de feedback al vitezei vă permite să măriți timpul de răspuns al sistemului la mai mult de 50 Hz, precum și să extindeți domeniul de control al vitezei la 1:1500. De asemenea, prezența feedback-ului vă permite să controlați nu viteza mașinii electrice, ci cuplul. În unele mecanisme, valoarea cuplului este de mare importanță. De exemplu, mașină de bobinat, mecanisme de înfundare și altele. În astfel de dispozitive este necesar să se regleze cuplul mașinii.