Typy řízení měniče

Skalární řízení

Skalární řízení je původním principem měniče V/Hz. V takovém měniči je výstupní napětí řízeno podle výstupního kmitočtu. Obrázek ukazuje příklady způsobů, jakými to může být provedeno.
Při výstupním napětí měniče úměrném kmitočtu motor pracuje s přibližně konstantním tokem i bez signálů zpětné vazby otáček.
Zvýšení napětí (pevná hodnota napětí, která se přidá k výstupnímu napětí měniče), smluvená hodnota kompenzace IR (odporového úbytku napětí statorového vinutí) nebo zlepšená dynamická kompenzace napětí jsou běžně užívané alternativy zlepšování rozběhových a pracovních charakteristik v oblasti nízkých otáček.
Zvýšení napětí má větší vliv při nízkých otáčkách, kdy je napětí motoru nízké, a je třeba zajistit, aby zvýšení napětí nebylo tak vysoké, aby došlo k nasycení motoru.
Kompenzace IR, kde je při malých zátěžích velikost zvýšeného napětí úměrná velikosti proudu v motoru, představuje zlepšení. Mnohá skalární řízení využívají speciální algoritmy pro dynamickou kompenzaci úbytku napětí způsobeného odporem a indukčností statoru motoru. To zajišťuje ještě lepší rozběhové a pracovní charakteristiky v oblasti nízkých otáček, a při použití přídavných signálů zpětné vazby napětí a proudu motoru se při takovém řízení mohou vytvářet hodnoty momentu blízké vektorovému řízení i v oblastech nižšího kmitočtu.
Skalární řízení je obecně používáno tam, kde se nevyžaduje rychlá reakce na povely týkající se momentu nebo otáček, a je zvlášť užitečné v případech, kdy má být řada motorů napájena z jednoho měniče.

Vektorové řízení

Střídavý měnič s vektorovým řízením v podstatě ruší vazbu složek proudu motoru vytvářejících magnetizační tok a moment, aby je mohl řídit samostatně.
Tohoto rušení vazby se dosáhne pomocí výpočtu charakteristik motoru za použití náhradního obvodu (matematický model) se signály zpětné vazby otáček nebo bez nich.
Podle úrovně požadovaných charakteristik se mohou použít různé metody pro tento výpočet náhradního obvodu. Kromě toho může charakteristiky dále zlepšit signál zpětné vazby otáček (snímače).
Vektorové řízení se obvykle používá v případech, kdy jsou požadovány rychlé reakce momentu a otáček.

Přímé řízení toku a momentu motoru

Měnič s přímým řízením toku a momentu motoru má hysterezní typ řízení (rovněž známý jako „klouzavý režim" (sliding mode), při kterém se nastavuje tok a moment motoru pomocí výpočtu matematického modelu motoru, se signály zpětné vazby otáček nebo bez nich.
U tohoto typu řízení není žádný modulátor, každý spínací přechod každého výkonového polovodiče měniče je uvažován samostatně. Kromě toho může charakteristiky dále zlepšit signál zpětné vazby otáček (snímače).
Přímé řízení toku a momentu motoru se obvykle používá v případech, kdy jsou požadovány rychlé reakce momentu a otáček.

Legenda

• A - Napětí se zvyšuje s kmitočtem a maximálního výstupního napětí měniče U_max se dosáhne při kmitočtu odbuzení f₀.
• B - Napětí se zvyšuje s kmitočtem a maximálního výstupního napětí měniče U_max se dosáhne nad kmitočtem f₀ při novém kmitočtu odbuzení f₀.Tento způsob poskytuje rozšířený rozsah otáček při konstantním toku (konstantním momentu), ale dosažitelný moment je v tomto rozsahu otáček menší než v případě A.
• C - Napětí se zvyšuje s kmitočtem do f₀ a potom se zvyšuje pomaleji, přičemž maximálního výstupního napětí měniče U_max se dosáhne při f_max. Tím se zabrání nadměrnému snížení momentu v rozsahu konstantního toku.
• D - Při velmi nízkých kmitočtech se pro zlepšení rozběhových vlastností a pro zabránění nežádoucího zvýšení proudu použije zvýšení napětí.

Ve všech těchto případech závislost napětí na kmitočtu může být lineární nebo nelineární, podle požadavků zátěže na závislost momentu na otáčkách.

Úvahy týkající se typu měniče

Všechny tři typy řízení mohou být použity pro aplikace s konstantním momentem i pro aplikace, kde se moment zvyšuje s otáčkami (například odstředivá čerpadla nebo ventilátory). Při výběru měniče je však třeba vzít v úvahu každý aspekt požadavku na charakteristiky, aby byl zajištěn optimální provoz.
Všeobecně je třeba vzít v úvahu následující aspekty:

• při použití skalárního řízení je možné provozovat motory s různými jmenovitými údaji paralelně s jedním měničem {provoz více motorů);
• skalární řízení je v typickém případě nedostačující pro požadavky na jednoúčelovou zátěž při nízkých otáčkách (přibližně pod 10 % základních otáček), přestože charakteristiky při nízkých otáčkách mohou být zlepšeny použitím dynamické kompenzace napětí;
• velikost ustáleného momentu u skalárního řízení může být ekvivalentní vektorovému řízení bez snímačů při použití dynamické kompenzace napětí;
• nejvýznamnějším rozdílem mezi skalárním a vektorovým řízením nebo přímým řízením toku a momentu motoru je dynamická odezva;
• vektorové řízení nebo přímé řízení toku a momentu motoru může být požadováno, je-li potřebná jedna nebo více následujících charakteristik:
  • provoz v blízkosti nulových otáček;
  • přesné řízení momentu;
  • vysoký špičkový moment při nízkých otáčkách;
• při použití vektorového řízení nebo přímého řízení toku a momentu motoru je možné uskutečnit provoz s více motory se zpětnou vazbou otáček nebo bez ní, pokud jsou použity motory se stejnými jmenovitými údaji;
• charakteristiky vektorového řízení a charakteristiky přímého řízení toku a momentu motoru jsou téměř ekvivalentní, protože u obou typů řízení jsou použity výpočty matematického modelu motoru se snímači toku nebo otáček nebo bez nich.