Векторное управление. Сравнение с скалярным управлением

Векторное управление представляет собой качественный скачок в технологиях управления асинхронным электроприводом. Если скалярное управление оперирует усредненными величинами, то векторное работает с векторами тока, напряжения и магнитного потока, обеспечивая контроль над моментом и скоростью с точностью, сопоставимой с двигателями постоянного тока. Это метод для самых ответственных и высокодинамичных применений.
                                                      

Философия метода: развязка потокосцепления и момента

Ключевая идея — математическое преобразование системы координат (преобразование Парка-Горева), которое переводит трехфазные переменные статора в систему координат, вращающуюся синхронно с вектором потокосцепления ротора (d-q).

В этой новой системе:

 • Ток по оси d (Id) отвечает за создание магнитного потока (потокосцепления) двигателя.
 • Ток по оси q (Iq) отвечает за создание электромагнитного момента.

Таким образом, происходит раздельное и прямое управление моментом и потоком, аналогично управлению в двигателе постоянного тока (где ток якоря управляет моментом, а ток возбуждения — потоком).

Ключевые разновидности векторного управления

1. Векторное управление без датчика скорости (Sensorless Vector Control)
 • Принцип: Положение вектора потокосцепления и скорость оцениваются математически с помощью наблюдателя (модели) на основе измеренных токов и напряжений статора. Не требует установки энкодера.
 • Точность и диапазон: Обеспечивает высокую точность поддержания скорости (0.1-0.5%) в широком диапазоне регулирования (1:50 — 1:100). На очень низких скоростях (< 1 Гц) точность оценки падает.
 • Момент: Обеспечивает полный номинальный момент вплоть до частот ~1 Гц.


2. Векторное управление с датчиком скорости (Closed Loop Vector Control)
 • Принцип: На валу двигателя устанавливается энкодер (датчик положения/скорости). ПЧ получает точную информацию о реальном положении ротора.
 • Точность и диапазон: Максимально возможные. Точность поддержания скорости до 0.01%, диапазон регулирования 1:1000 и более. Возможна работа с полным номинальным моментом на нулевой скорости (режим стопора).
 • Функции: Позволяет реализовать точное позиционирование (если энкодер абсолютный) и синхронизацию нескольких осей.

Необходимое условие: автонастройка (автотюнинг)

Для работы векторных алгоритмов ПЧ должен «знать» точные параметры двигателя: активные сопротивления статора R1 и ротора R2, индуктивности рассеяния, индуктивность намагничивания, момент инерции.

Процедура автонастройки — это этап, на котором ПЧ подает на неподвижный или вращающийся двигатель тестовые сигналы и вычисляет эти параметры. Без корректно проведенной автонастройки векторное управление работать не будет или будет работать нестабильно.

Преимущества векторного управления

1. Высокая точность поддержания скорости независимо от изменения нагрузки.
2. Высокая динамика (быстродействие). Система мгновенно реагирует на изменение задания момента или возмущение по нагрузке.
3. Полный номинальный момент на низких скоростях (особенно с энкодером — с 0 об/мин).
4. Прямое управление моментом. Можно задать и поддерживать конкретное значение момента на валу, а не скорости (режим «управление моментом»).
5. Повышенная энергоэффективность за счет точного поддержания оптимального магнитного потока.

Сравнение с скалярным управлением (U/F)

Области применения векторного управления

Метод необходим там, где привод работает в сложных условиях с высокими требованиями:

 ✓ Станки с ЧПУ: Приводы главного движения (шпиндели) и подач (оси X,Y,Z). Требуют постоянства скорости при переменной нагрузке (резание) и высокой динамики.
 ✓ Подъемно-транспортное оборудование: Краны, лифты, тельферы. Требуется полный момент на старте для отрыва груза и точное позиционирование.
 ✓ Намоточные и размоточные машины: Необходимо прямое управление моментом (натяжением) материала.
 ✓ Центрифуги, смесители, экструдеры: Тяжелые условия пуска, работа с переменным моментом.
 ✓ Испытательные стенды: Режим работы с заданным моментом или точным профилем скорости.
 ✓ Робототехника: Высокие требования к динамике и точности позиционирования.

Заключение

Векторное управление — это инструмент для решения сложных задач, где важна не просто скорость вращения, а точность, динамика и управляемость. Оно превращает асинхронный двигатель в высокопроизводительный сервопривод. Однако за эти возможности приходится платить повышенной сложностью, стоимостью и требованиями к квалификации наладчика.

Специалисты ТПК «Техпривод» заключают: Выбирайте векторное управление, только если этого требует технология. Для большинства задач водо- и теплоснабжения, вентиляции скалярного режима более чем достаточно. Если же ваш процесс — это станок, кран или точный механизм, инвестиции в привод с векторным управлением окупятся высочайшим качеством продукции и надежностью работы.