Векторный или скалярный преобразователи частоты?

Векторный и скалярный преобразователь: характеристики и отличия

Вопрос выбора векторного или скалярного преобразователя рано или поздно встает перед каждым пользователем, который заинтересован в покупке электропривода переменного тока. Производители уже давно утвердили определенные стандарты, на основе которых создаются преобразователи частоты и формируются их функции.

Помимо существенного ценового различия (векторные более дорогие) скалярные и векторные преобразователи отличаются и в техническом плане. Однако для того, чтобы понять все технические особенности каждого типа, необходимо углубиться в тему и изучить понятия, давшие названия частотным преобразователям.

Характеризовать преобразователь частоты с помощью указанных выше терминов представляется не совсем правильным. Особенно это касается понятия «скалярный». Здесь необходимо вспомнить элементарную физику.

Скалярной называется величина со значением в виде одного числа, то есть все значения могут быть изображены линейно. Это позволяет отнести длину, время, площадь, температуру к скалярным показателям.

Векторы, в отличие от скаляр, имеют не только число, но и направление. Именно поэтому относить эти термины к преобразователям частоты может быть некорректно.

Основная причина такой классификации может быть связана с желанием увеличить достоинства каждой модели и, соответственно, ее стоимость.

Здесь важно изучить технический вопрос.

Вращающий момент вала в электродвигателе корректируется, когда изменяется величина и частота тока обмоток. В результате сила магнитного поля статора также изменяется. Большая часть моделей преобразователей производятся с учетом возможности настройки электрических показателей для различных типов оборудования.

В качестве примера, выходной ток может быть линейным, параболической или гиперболической формы. Это зависит от того, какую величину будет иметь момент инерции оборудования. Гиперболическая форма будет у выходного тока, который используется для привода в движение большой массы транспортера. Параболическая кривая способствует началу движения вентиляторов и водяных насосов. Таким образом, можно сэкономить электроэнергию. Такая схема работы характерна для большинства частотников скалярного типа.

Существует еще один способ увеличить момент на валу в электродвигателе. Для этого применяется третья гармоника выходного тока с вектором прямой последовательности (вращается с вектором тока главной гармоники в одном направлении). Для других гармоник характерно обратное направление работы. В ходе работы этой схемы увеличивается мощность выходного тока и момент на валу.

Векторный частотник появился с развитием технологий, которые позволили управлять моментом по-новому. А именно, стала использоваться как сила и частота, так и фаза тока.

Первые модели векторного преобразователя частоты функционировали на основе измерения показателей напряжения и выходного тока, таким образом можно было вычислить необходимый сдвиг фазы. Однако серьёзных результатов в изучении этой области не было достигнуто. Положительный опыт был получен только после того, как был введен контур обратной связи, контролирующий положение ротора. Так, в режиме реального времени вычислялась скорость, с которой должно вращаться магнитное поле статора. В результате стала возможной оптимизация стабильного момента вращения с учетом применения еще одного сдвига фазы.

Таким образом, можно выделить основное различие между скалярным и векторным преобразователями. В скалярном частотнике управляется и контролируется магнитное поле только статора, а в векторном преобразователе значение имеет взаимодействие магнитных полей статора и ротора, что способно оптимизировать момент вращения при работе на разной скорости.

Основная задача производителей векторного частотного преобразователя – обеспечение высокого момента при малой скорости вращения. В данном случае компенсация потери момента из-за невысокой скорости осуществлялась за счет повышения тока и улучшения взаимодействия магнитных полей.

100% достижение этой цели привело бы к тому, что частотно регулируемый привод стал сервоприводом с высоким постоянным моментом при любой скорости. Однако достичь подобного результата чрезвычайно сложно. Именно поэтому векторные частотные преобразователи сегодня не обладают достаточным количеством преимуществ, особенно если Вы работаете с малыми скоростями вращения. Стоит также отметить, что сочетание повышенного тока и небольших скоростей приводит серьезному перегреву двигателя, поэтому в данной системе обязательно использование внешнего вентилятора обдува.

Краткое сравнение преобразователей частоты

Разница между векторным и скалярным преобразователями частоты заключается в том, как они управляют током в электродвигателе.

Скалярный преобразователь частоты управляет только величиной напряжения и частоты, подаваемого на двигатель. Он не контролирует фазу тока. Это приводит к тому, что ток в двигателе может отставать от напряжения, что снижает эффективность двигателя и может привести к перегреву.

Векторный преобразователь частоты управляет как величиной и частотой напряжения, так и фазой тока. Он использует обратную связь для мониторинга тока двигателя и регулировки его фазы, чтобы она соответствовала фазе напряжения. Это позволяет двигателю работать с более высокой эффективностью и точностью.

Вот краткое сравнение:

Векторные преобразователи частоты обычно используются в приложениях, где требуется высокая эффективность, точность и контроль, таких как:

• Промышленные двигатели
• Сервоприводы
• Позиционирование
• Робототехника

Скалярные преобразователи частоты  часто используются в приложениях, где не требуется высокая точность и эффективность, таких как:

• Бытовые вентиляторы
• Насосы
• Конвейеры
• Небольшие двигатели

В целом, векторные преобразователи частоты обеспечивают более высокую производительность и эффективность, чем скалярные преобразователи. Однако они также более сложные и дорогие.