4 Principais diferenças entre o Controlo Vetorial e o Controlo de Binário

Olá a todos, hoje vamos discutir duas estratégias de controlo fundamentais para variadores de frequência (VFDs): controlo vetorial e controlo de binário. Estes representam os métodos de controlo mais fundamentais em Accionamentos VFD e são frequentemente referidos como métodos de controlo de VFD de elevado desempenho.

Muitas pessoas confundem a sua relação: uma é uma técnica de controlo, enquanto a outra é um modo de controlo. Em termos simples, o controlo vetorial é um método de controlo, enquanto o controlo de binário é um objetivo de controlo ou um modo de funcionamento. De seguida, vamos aprofundar as distinções e ligações entre os dois.

Diferenças conceptuais

Nos métodos de controlo dos VFD, o controlo vetorial é utilizado principalmente para o controlo em circuito fechado da velocidade, enquanto o controlo do binário é utilizado para o controlo da saída de binário constante.

Assumindo que a VFD está atualmente a funcionar no modo de controlo vetorial, a sua entrada é uma referência de velocidade. O objetivo do sistema é manter um alinhamento de alta precisão entre a velocidade de saída e a frequência definida - ou seja, controlo de velocidade constante.

Quando o VFD funciona no modo de controlo de binário, o seu sinal de entrada é a referência de binário.

Por exemplo: 0V corresponde a 0N-m, 10V corresponde a 200N-m, e quando a referência é 5V, a saída é 100N-m. Aqui, o objetivo do sistema é fornecer uma saída de binário estável.

Em resumo:

• O objetivo de controlo do controlo vetorial é a estabilidade da velocidade
• O objetivo do controlo de binário é um binário constante

As suas lógicas de controlo são diferentes, mas os seus algoritmos subjacentes estão estreitamente relacionados.

Princípio de funcionamento do controlo vetorial

O conceito central do controlo vetorial (também conhecido como controlo vetorial de fluxo ou controlo de orientação de campo, FOC) consiste em imitar o princípio de controlo de um motor de corrente contínua (analogia com o motor de corrente contínua).

Nos motores de corrente contínua, existem dois campos magnéticos principais:

• O fluxo de magnetização do campo (fornece fluxo magnético)
• O campo de armadura (gera binário)

No controlo vetorial para accionamentos VFD, o sistema de controlo decompõe a corrente do motor assíncrono em dois componentes:

• Componente de corrente de magnetização: Responsável pelo estabelecimento do fluxo magnético
• Componente de corrente geradora de binário: responsável pela geração de binário

Este controlo orientado para o campo permite que o motor assíncrono se comporte como um motor CC, alcançando uma regulação de velocidade e uma resposta dinâmica de alta precisão.

Aplicações comuns incluem: gruas, elevadores, máquinas CNC e cenários que exigem uma regulação de velocidade extremamente elevada.

Nestas aplicações, o controlo vetorial consegue uma regulação rápida e estável da velocidade através dos controladores PID, minimizando eficazmente os erros causados pelo controlo de deslizamento.

Lógica de controlo do controlo do binário

O controlo do binário é um modo baseado na saída de binário, normalmente utilizado em cenários de tensão constante, como o controlo do enrolamento/desenrolamento, o controlo da tensão de tiras metálicas, máquinas têxteis e máquinas de papel.

O seu principal objetivo é manter o binário de saída estável, independentemente das variações de velocidade.

No controlo vetorial, o controlo do binário está intrinsecamente integrado.

Por exemplo: Quando um VFD está definido para 25 Hz, mas a velocidade de retorno é de apenas 24,9 Hz, o sistema detecta o erro de velocidade e ajusta automaticamente o componente de binário. Ao ativar o modo de binário do VFD, este aumenta o binário de saída para restabelecer a velocidade estável.

Essencialmente, o controlo da velocidade é conseguido, em última análise, através do controlo do binário.

Por conseguinte, pode entender-se que:

• O controlo do binário é um dos meios para obter o controlo vetorial.

Analogia visual: Controlo de velocidade de cruzeiro vs. acelerador fixo

Para compreender intuitivamente a sua relação, considere esta analogia:

• Controlo Vetorial: Como o controlo de velocidade de cruzeiro de um automóvel. O sistema ajusta automaticamente o acelerador (binário) para manter uma velocidade constante, independentemente do terreno.
• Controlo do binário: É como manter o pedal do acelerador constante. O binário mantém-se constante, fazendo com que a velocidade diminua nas subidas e aumente nas descidas.

Esta é precisamente a essência da diferença entre os dois modos de controlo:

• O controlo vetorial mantém a velocidade constante (regulação da velocidade)
• O controlo do binário mantém o binário constante (regulação do binário)

Conclusão: Seleção do modo de controlo adequado

Numa perspetiva de prática de engenharia:

• Quando o sistema requer um controlo de velocidade de alta precisão (por exemplo, elevadores, CNC, gruas), escolha o controlo vetorial.
• Para sistemas que requerem uma saída de binário constante (por exemplo, enrolamento, controlo de tensão, extrusoras), selecione controlo de binário.
• Nos VFDs de elevado desempenho, são também implementados algoritmos avançados como DTC vs. FOC VFD para obter uma resposta mais rápida e um erro reduzido.

Independentemente do método de controlo escolhido, a compreensão dos seus objectivos e princípios é crucial para dominar os modos de controlo da VFD explicados e para melhorar a eficiência e estabilidade globais do sistema.