En tant que fournisseur de VF Control VFDS, j'ai été témoin de première main le contrôle crucial que le contrôle du couple joue dans les performances et l'efficacité des entraînements de fréquence variables. Dans ce blog, nous explorerons les différentes méthodes de contrôle du couple d'un VF Control VFD, plongeant dans leurs principes, avantages et applications.
Comprendre le couple dans les VFD
Le couple est la force de rotation qui fait tourner un objet autour d'un axe. Dans le contexte des VFD, le contrôle du couple est essentiel pour maintenir la vitesse et les performances souhaitées du moteur dans différentes conditions de charge. Un VF Control VFD (variable de fréquence) ajuste la fréquence et la tension fournies au moteur pour contrôler sa vitesse et son couple.
Contrôle direct du couple (DTC)
L'une des méthodes de contrôle du couple les plus avancées est le contrôle direct du couple (DTC). DTC offre un contrôle direct et rapide du couple et du flux du moteur. Au lieu d'utiliser une transformation de coordonnées complexes comme dans d'autres méthodes, DTC sélectionne directement le vecteur de tension optimal en fonction de la différence entre la référence et le couple réel et les valeurs de flux.
Le principe derrière DTC est de minimiser l'erreur entre le couple et le flux réels et réels. En utilisant un contrôleur d'hystérésis, DTC peut rapidement ajuster le vecteur de tension pour maintenir le couple et le flux dans les bandes spécifiées. Il en résulte une réponse dynamique très rapide, ce qui est particulièrement utile dans les applications où des changements rapides de couple sont nécessaires, comme en robotique et en usinage à grande vitesse.
Les avantages du DTC comprennent:
- Réponse dynamique rapide: Il peut réaliser un temps de réponse de couple dans l'ordre des millisecondes, permettant une accélération rapide et une décélération du moteur.
- Précision de couple élevée: Le contrôle précis du couple peut être maintenu même dans des conditions de charge variables.
- Structure de contrôle simplifiée: Puisqu'il ne s'appuie pas sur des transformations de coordonnées complexes, l'algorithme de contrôle est relativement simple, ce qui réduit la charge de calcul sur le contrôleur.
Cependant, DTC a également certaines limites. Il peut générer des niveaux relativement élevés d'ondulation de couple, ce qui peut provoquer des vibrations mécaniques dans le moteur et l'équipement connecté. De plus, la fréquence de commutation de l'onduleur en DTC n'est pas constante, ce qui peut entraîner des problèmes d'interférence électromagnétique (EMI).
Contrôle du vecteur
Le contrôle vectoriel, également connu sous le nom de contrôle orienté sur le terrain (FOC), est une autre méthode de contrôle du couple largement utilisée pour les VF de contrôle VF. L'idée de base de la commande vectorielle est de transformer les courants de stator à trois phases du moteur en deux composants orthogonaux: le composant producteur de couple (courant de axe q) et le composant producteur de flux (courant d'axe d).
Dans le contrôle du vecteur, les courants du stator sont d'abord mesurés puis transformés du cadre de référence à trois phases stationnaires à un cadre de référence à deux phases rotatif qui est aligné avec le flux de rotor. En contrôlant indépendamment l'axe Q et les courants de l'axe D, le couple et le flux du moteur peuvent être contrôlés séparément.
Il existe deux principaux types de contrôle des vecteurs: le contrôle direct du vecteur et le contrôle des vecteurs indirects. Dans le contrôle direct du vecteur, la position du flux de rotor est directement mesurée à l'aide de capteurs tels que des capteurs ou des encodeurs. Le contrôle de vecteur indirect, d'autre part, estime la position de flux de rotor en fonction des paramètres électriques du moteur et des courants de stator mesurés.
Les avantages du contrôle des vecteurs comprennent:
- Précision de contrôle du couple élevé: Il peut fournir un contrôle très précis du couple, ce qui le rend adapté aux applications qui nécessitent une vitesse de précision élevée et une réglementation de couple, comme dans les ascenseurs et les machines textiles.
- Ripple à faible couple: Par rapport au DTC, le contrôle du vecteur produit généralement moins d'ondulation de couple, ce qui entraîne un fonctionnement plus lisse du moteur.
- Fréquence de commutation constante: L'onduleur dans la commande vectorielle fonctionne à une fréquence de commutation constante, ce qui aide à réduire l'EMI.
Cependant, le contrôle vectoriel présente également certains inconvénients. Il nécessite une connaissance précise des paramètres électriques du moteur, tels que la résistance au stator, la résistance au rotor et l'inductance mutuelle. Toutes les erreurs dans ces paramètres peuvent affecter les performances du système de contrôle. De plus, l'algorithme de contrôle est plus complexe que DTC, nécessitant un contrôleur plus puissant.
V / F Contrôle avec boost de couple
Le contrôle V / F est la méthode de contrôle la plus simple et la plus couramment utilisée pour les VFD. Dans le contrôle V / F, le rapport de la tension (V) à la fréquence (F) est maintenu constant pour maintenir un flux magnétique relativement constant dans le moteur. Cependant, à basse fréquence, la chute de tension de résistance du stator devient significative, ce qui peut entraîner une diminution du couple du moteur.
Pour compenser cela, un coup de couple est ajouté au contrôle V / F. Le coup de couple augmente la tension aux basses fréquences pour maintenir le couple du moteur. Ceci est réalisé en ajoutant un composant de tension supplémentaire à la tension de sortie du VFD en fonction de la fréquence.
Les avantages du contrôle v / f avec boost de couple comprennent:
- Algorithme de contrôle simple: Il est facile à mettre en œuvre et nécessite une connaissance minimale des paramètres du moteur.
- Faible coût: Puisqu'il ne nécessite pas de capteurs complexes ou d'algorithmes de contrôle, le coût du VFD est relativement faible.
- Convient pour les applications générales - usage: Il est largement utilisé dans les applications où le contrôle précis du couple n'est pas critique, comme dans les ventilateurs, les pompes et les convoyeurs.
Cependant, le contrôle V / F avec boost de couple a des capacités de contrôle du couple limitées. Il ne peut pas fournir le même niveau de précision de couple et de réponse dynamique que le DTC ou le contrôle vectoriel. Le coup de couple est une compensation fixe, qui peut ne pas être optimale pour toutes les conditions de charge.
Applications de différentes méthodes de contrôle du couple
- Contrôle de couple direct: Le DTC est bien adapté aux applications qui nécessitent une réponse dynamique rapide et des performances de couple élevées, comme dans les véhicules électriques, les trains à grande vitesse et les robots industriels. Par exemple, dans un véhicule électrique, le DTC peut rapidement régler le couple du moteur pour fournir une accélération et une décélération lisses, améliorant l'expérience de conduite du véhicule.
- Contrôle du vecteur: Le contrôle des vecteurs est couramment utilisé dans les applications qui exigent une vitesse de précision élevée et un contrôle du couple, comme dans les machines-outils, les ascenseurs et les machines textiles. Dans une machine-outil, le contrôle des vecteurs peut assurer des forces de coupe précises en contrôlant avec précision le couple du moteur, ce qui entraîne une usinage de haute qualité.
- V / F Contrôle avec boost de couple: Le contrôle v / f avec boost de couple est largement utilisé dans les applications générales - objectif où l'efficacité du coût est une préoccupation majeure, comme dans les ventilateurs, les pompes et les souffleurs. Dans une application de ventilateur, il peut maintenir une vitesse relativement constante et fournir un couple suffisant pour conduire les lames du ventilateur.
Conclusion
En conclusion, le choix de la méthode de contrôle du couple pour un VF Control VFD dépend des exigences spécifiques de l'application. Le contrôle direct du couple offre une réponse dynamique rapide mais peut avoir des problèmes avec le couple Ripple et EMI. Le contrôle du vecteur fournit un contrôle de couple de précision élevé mais nécessite des paramètres moteurs précis et un algorithme de contrôle plus complexe. Le contrôle V / F avec coup de couple est simple et coûteux - mais a des capacités de contrôle du couple limitées.
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Références
- Boldea, I. et Nasar, SA (2005). Drives électriques: une approche intégrative. CRC Press.
- Novotny, DW et Lipo, TA (2006). Contrôle vectoriel et dynamique des disques CA. Oxford University Press.
- Bose, BK (2002). Électronique de puissance moderne et entraînements CA. Prentice Hall.