Векторное управление электродвигателем основано на математической модели, которая на основании направления потребляемых токов электродвигателем по каждой из фаз формирует представление о скорости вращения электродвигателя, для большей точности может использоваться датчик для обратной связи по скорости электродвигателя. Далее происходит сравнение текущей скорости вращения с заданной и корректировка выходной частоты чтобы сравнять текущее и заданное значения скорости. Отсюда следуют два типа векторного управления: векторное управление без датчика обратной связи (SVC) с точностью контроля скорости около 0,2% и векторное управление с датчиком обратной связи (VS) с точностью контроля скорости около 0,02%.
Векторное управление без датчика обратной связи. Преобразователь частоты отправляет на электродвигатель частоту и напряжение, а так же считывает потребляемый по фазам ток, определяя тем самым положение ротора электродвигателя в каждый момент времени (рисунок 1). Это позволяет понять вращается ли электродвигатель, с какой скоростью происходит вращение. Пусковой момент при данном типе управления может составлять до 180% от номинала электродвигателя.
Режим управления SVC используется там, где необходимы лучший пусковой момент и стабильность скорости при изменяющейся нагрузке. Например: для управления конвейерами, грузоподъемными механизмами, дробилками и т.п.
Плюсы использования векторного управления без датчика обратной связи:
- Высокий пусковой момент. Преобразователь частоты имеет понимание началось ли вращение электродвигателя. Пока двигатель не сдвинется с места задание скорости расти не будет, а также выходной ток будет ограничен заданным значением (обычно это 150% от номинала). Это позволяет раскрутить электродвигатель с большой нагрузкой на валу.
- Точное управление скоростью. Благодаря постоянному контролю за движением ротора электродвигателя происходит постоянная корректировка выходной частоты для компенсации скольжения при изменяющейся нагрузке на валу электродвигателя.
Минусы использования векторного управления без датчика обратной связи:
- Особые требования к настройке. При настройке векторного управления требуется ввести основные параметры электродвигателя (мощность, напряжение, частоту, ток, обороты), далее произвести автонастройку.
- Невозможно управлять несколькими электродвигателями одновременно. Из-за принципа работы векторного управления (определение положения ротора по направлению выходного тока) для корректной работы к преобразователю частоты должен быть подключен только один электродвигатель.
Векторное управление с датчиком обратной связи. Преобразователь частоты отправляет на электродвигатель частоту и напряжение, считывает потребляемый по фазам ток, а также импульсы, отправляемые энкодером (каждый импульс соответствует определенному градусу на который сдвинулся ротор), чрезвычайно точно определяя скорость вращения электродвигателя (рисунок 2). Пусковой момент при данном типе управления может составлять до 200% от номинала электродвигателя.
Режим управления VC используется там, где необходимы лучший пусковой момент и стабильность скорости при изменяющейся нагрузке. Например: для управления токарными станками, грузоподъемными механизмами, где электродвигатель подобран без запаса по мощности и т.п.
Плюсы использования векторного управления с датчиком обратной связи:
- Высокая точность управления скоростью. Наличие энкодера позволяет электродвигателю работать на любой скорости в диапазоне от нуля до номинальной частоты электродвигателя с сохранением номинального момента на валу.
- Максимальный пусковой момент. Режим управления SVC позволяет запустить электродвигатель под максимально-возможной нагрузкой, может быть актуально при проектировании систем, где невозможно установить электродвигатель с запасом по мощности.
Минусы использования векторного управления с датчиком обратной связи:
- Требуется дополнительное оборудование. Требуется установка энкодера на электродвигатель и платы поддерживающей сигналы энкодера на преобразователь частоты для работы данного режима управления, а также прокладка экранированного кабеля для подключения энкодера к преобразователю частоты.
- Особые требования к настройке. При настройке векторного управления требуется ввести основные параметры электродвигателя (мощность, напряжение, частоту, ток, обороты), далее произвести автонастройку.
- Невозможно управлять несколькими электродвигателями одновременно. Из-за принципа работы векторного управления (определение положения ротора по направлению выходного тока) для корректной работы к преобразователю чаcтоты должен быть подключен только один электродвигатель.