Skalar- og vektorstyring av induksjonsmotorer - hva er forskjellen?

Asynkron motor — en vekselstrømsmotor der strømmer i statorviklingene skaper et roterende magnetfelt. Dette magnetfeltet induserer strømmer i rotorviklingen og, som virker på disse strømmene, bærer rotoren med seg.

Men for at det roterende statormagnetfeltet skal indusere strømmer i en roterende rotor, må rotoren i sin rotasjon ligge litt etter det roterende statorfeltet. Derfor, i en induksjonsmotor, er hastigheten til rotoren alltid litt mindre enn rotasjonshastigheten til magnetfeltet (som bestemmes av frekvensen til vekselstrømmen som mater motoren).

Retardasjonen av rotoren ved det roterende magnetiske feltet til statoren (rotorglidning) jo mer, jo større er motorbelastningen. Mangelen på synkronisering mellom rotasjonen av rotoren og magnetfeltet til statoren er et karakteristisk trekk ved induksjonsmotoren, derav navnet.

Det roterende magnetfeltet i statoren genereres av viklinger som forsynes med faseforskyvede strømmer. Trefaset vekselstrøm brukes vanligvis til dette formålet. Det finnes også enfasede induksjonsmotorer hvor faseforskyvningen mellom strømmene i viklingene skapes ved å inkludere ulike reaktanser i viklingene.

For å regulere rotasjonsvinkelhastigheten til rotoren, samt dreiemomentet på akselen til moderne børsteløse motorer, brukes vektor- eller skalarstyring av den elektriske stasjonen.

Skalar kontroll

Det var det vanligste kontroll av en skalar induksjonsmotor, når det for eksempel for å kontrollere rotasjonshastigheten til en vifte eller pumpe er tilstrekkelig å opprettholde en konstant rotasjonshastighet for rotoren, for dette er et tilbakemeldingssignal fra en trykksensor eller fra en hastighetssensor tilstrekkelig.

Prinsippet for skalarkontroll er enkelt: amplituden til forsyningsspenningen er en funksjon av frekvensen, og spenningen til frekvensforholdet er tilnærmet konstant.

Den spesifikke formen for denne avhengigheten er relatert til belastningen på akselen, men prinsippet forblir det samme: vi øker frekvensen, og spenningen øker proporsjonalt avhengig av belastningskarakteristikken til den gitte motoren.

Som et resultat holdes den magnetiske fluksen i gapet mellom rotoren og statoren nesten konstant. Hvis spenning-til-frekvens-forholdet avviker fra nominell for en motor, vil motoren enten være over- eller under-eksitert, noe som resulterer i motortap og prosessfeil.

Således gjør skalarstyring det mulig å oppnå nesten konstant akselmoment i driftsfrekvensområdet, uavhengig av frekvens, men ved lave omdreininger reduseres dreiemomentet fortsatt (for å forhindre dette er det nødvendig å øke spenningen -forholdet til frekvensen ), derfor , for hver motor er det et strengt definert skalarkontrollområde.

Dessuten er det umulig å bygge et skalært hastighetskontrollsystem uten en akselmontert hastighetssensor fordi belastningen i stor grad påvirker etterslepet til den faktiske rotorhastigheten fra forsyningsspenningsfrekvensen. Men selv med en hastighetssensor med skalarstyring vil det ikke være mulig å justere dreiemomentet med høy nøyaktighet (i hvert fall ikke økonomisk gjennomførbart).

Dette er ulempen med skalarkontroll, som forklarer den relative knappheten av dens applikasjoner, hovedsakelig begrenset til konvensjonelle induksjonsmotorer, hvor avhengigheten av slip på lasten ikke er kritisk.

Vektorkontroll

For å bli kvitt disse manglene foreslo Siemens-ingeniører i 1971 å bruke vektorkontroll av motoren, der kontrollen utføres med tilbakemelding på størrelsen på den magnetiske fluksen. De første vektorkontrollsystemene inneholdt strømningssensorer i motorene.

I dag er tilnærmingen til denne metoden litt annerledes: den matematiske modellen til motoren lar deg beregne rotorhastigheten og akselmomentet avhengig av gjeldende fasestrømmer (fra frekvensen og verdiene til strømmene i statorviklingene) .

Denne mer progressive tilnærmingen muliggjør uavhengig og nesten treghetskontroll av både akselmoment og akselhastighet under belastning, da kontrollprosessen også tar hensyn til strømmenes fase.

Noen mer presise vektorkontrollsystemer er utstyrt med hastighetstilbakemeldingssløyfer, mens kontrollsystemer uten hastighetssensorer kalles sensorløse.

Så, avhengig av bruksområdet til denne eller den elektriske stasjonen, vil vektorkontrollsystemet ha sine egne egenskaper, sin egen grad av reguleringsnøyaktighet.

Når nøyaktighetskravene for hastighetsregulering tillater et avvik på opptil 1,5 % og reguleringsområdet ikke overstiger 1 av 100, er det sensorløse systemet i orden. Hvis nøyaktigheten av hastighetsjusteringen med et avvik på ikke mer enn 0,2% er nødvendig, og området reduseres til 1 til 10 000, er det nødvendig å ha tilbakemelding for akselhastighetssensoren. Tilstedeværelsen av en hastighetssensor i vektorkontrollsystemer tillater presis dreiemomentkontroll selv ved lave frekvenser ned til 1 Hz.

Så vektorkontroll har følgende fordeler. Høy nøyaktighet av rotorhastighetsregulering (og uten en hastighetssensor på den) selv under forhold med dynamisk skiftende akselbelastning, mens det ikke vil være noen spark. Jevn og jevn rotasjon av akselen ved lave omdreininger. Høy effektivitet på grunn av lave tap under forhold med optimale forsyningsspenningsegenskaper.

Vektorkontroll er ikke uten ulemper. Kompleksiteten til beregningsoperasjoner.Behovet for å angi de første dataene (variable drivparametere).

For en gruppe elektrisk kjøring er vektorstyring grunnleggende uegnet, her er skalarstyring bedre.