Was sind Vektorregelung und U/f-Steuerung von Frequenzumrichtern?

Frequenzumrichter, gemeinhin bezeichnet als Antriebe mit variabler Frequenz (VFD), drehzahlvariable Antriebe, oder variable Frequenzumrichtersind unverzichtbare Geräte in modernen industriellen Anwendungen. Sie regeln die Drehzahl und das Drehmoment von Elektromotoren, indem sie die dem Motor zugeführte Frequenz und Spannung variieren. Zwei primäre Steuerungsmethoden, die in diesen Geräten verwendet werden, sind die Vektorsteuerung und die U/f-Steuerung. Dieser Artikel befasst sich mit diesen Steuerungsmethoden und erläutert ihre Konzepte, Merkmale und Anwendungen.

Was ist Vektorkontrolle?

Die Vektorregelung, auch bekannt als feldorientierte Regelung (FOC), ist eine hochentwickelte Regelungstechnik, die in Frequenzumrichter um die Drehzahl und das Drehmoment von Wechselstrommotoren zu steuern. Bei einem Asynchronmotor beispielsweise leitet die Vektorregelung die Gleichungen für den magnetischen Fluss ab, einschließlich der Gleichungen für den Statorfluss, den Luftspaltfluss und den Rotorfluss, und ermöglicht so eine präzise Regelung der Motorleistung.

Ausführliche Erläuterung der Vektorkontrolle

Konzept der Vektorkontrolle

Der Kerngedanke der Vektorregelung besteht darin, einen Wechselstrommotor so zu steuern, dass er sich wie ein Gleichstrommotor verhält und eine hohe Drehzahl erreicht. Dies geschieht, indem der Statorstromvektor eines Asynchronmotors in eine Feldstromkomponente und eine Drehmomentstromkomponente zerlegt wird. Diese Komponenten werden unabhängig voneinander gesteuert, wobei ihre Größe und Phase beibehalten werden. Die Vektorregelung kann in Schlupffrequenzregelung, sensorlose Vektorregelung und Vektorregelung mit Drehzahlsensoren unterteilt werden.

Merkmale der Vektorkontrolle

1. nicht rückgekoppelte Vektorregelung:

    Vorteile:

• Einfache Anwendung ohne zusätzliche Komponenten.
• Steife mechanische Eigenschaften, die eine Sättigung des Magnetkreises verhindern.

    Benachteiligungen:

• Begrenzter Drehzahlbereich und Dynamik im Vergleich zur Vektorregelung mit Rückführung.

2.Rückgekoppelte Vektorkontrolle:

    Vorteile:

• Hervorragende Leistung bei der Geschwindigkeitskontrolle.

    Benachteiligungen:

• Erfordert den Einbau eines Geschwindigkeitssensors, was die Komplexität und die Kosten erhöht.

Anwendungsbereich der Vektorkontrolle:

Vector Control ist weit verbreitet in Anwendungen, die hohe Leistung und Präzision erfordern, wie z. B.:

• CNC-Maschinen:Für präzise Positions- und Geschwindigkeitssteuerung.
• Robotik:Sorgt für reibungslose und präzise Bewegungen.
• Aufzüge:Sorgt für einen reibungslosen und zuverlässigen Betrieb.
• Industrielle Waschmaschinen:Verbessert die Kontrolle über die Waschzyklen.

Was ist V/F-Steuerung?

Die V/F-Steuerung oder Volt-pro-Hertz-Steuerung ist eine einfachere und traditionellere Methode, die in Frequenzumrichtern verwendet wird. Sie regelt die Motordrehzahl durch Aufrechterhaltung eines konstanten Verhältnisses zwischen der dem Motor zugeführten Spannung und Frequenz.

Detaillierte Erläuterung der V/F-Steuerung

Konzept der V/F-Steuerung

Das Prinzip der U/f-Steuerung besteht darin, die Spannung proportional zur Frequenz zu ändern. Dadurch wird der magnetische Fluss des Motors konstant gehalten, was schwache Magnetfelder und Sättigung verhindert. Diese Steuerungsmethode wird häufig in Systemen voreingestellt, um die Energieeffizienz zu gewährleisten.

Vergleich zwischen Vektorsteuerung und V/F-Steuerung

• Komplexität:Die Vektorsteuerung ist komplex und erfordert fortschrittliche Algorithmen und Sensoren, während die V/F-Steuerung einfacher und leichter zu implementieren ist.
• Leistung:Die Vektorsteuerung bietet vor allem bei dynamischen und präzisen Anwendungen eine überlegene Leistung, während die V/F-Steuerung für weniger anspruchsvolle Aufgaben ausreicht.
• Kosten:Vektorielle Kontrollsysteme sind aufgrund ihrer Komplexität im Allgemeinen teurer.
• Effizienz:Die Vektorregelung optimiert den Wirkungsgrad des Motors effektiver als die U/f-Steuerung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl zwischen Vektorregelung und U/f-Steuerung in einem Frequenzumrichter von den spezifischen Anforderungen der Anwendung abhängt. Die Vektorregelung ist ideal für Anwendungen mit hoher Präzision und dynamischer Leistung, während die U/f-Steuerung für einfachere, kostensensitive Anwendungen geeignet ist, bei denen eine präzise Regelung nicht so wichtig ist. Die Kenntnis dieser Regelungsmethoden ermöglicht es der Industrie, die Möglichkeiten von Frequenzumrichtern zur Verbesserung der Motorleistung und des Wirkungsgrads zu nutzen, was zu einer höheren betrieblichen Effizienz und Produktivität führt.