Skalar- og vektorstyring af induktionsmotorer - hvad er forskellen?

Asynkron motor — en AC-motor, hvor strømme i statorviklingerne skaber et roterende magnetfelt. Dette magnetfelt inducerer strømme i rotorviklingen og, som virker på disse strømme, fører rotoren med sig.

Men for at det roterende statormagnetfelt kan inducere strømme i en roterende rotor, skal rotoren i sin rotation halte lidt efter det roterende statorfelt. I en induktionsmotor er rotorens hastighed derfor altid lidt mindre end magnetfeltets rotationshastighed (som bestemmes af frekvensen af ​​den vekselstrøm, der føder motoren).

Rotorens deceleration af statorens roterende magnetfelt (rotorglidning) jo mere, jo større er motorbelastningen. Manglen på synkronisering mellem rotationen af ​​rotoren og statorens magnetfelt er et karakteristisk træk ved induktionsmotoren, deraf dens navn.

Det roterende magnetiske felt i statoren genereres af viklinger, der forsynes med faseforskudte strømme. Trefaset vekselstrøm bruges normalt til dette formål. Der findes også enfasede induktionsmotorer, hvor faseforskydningen mellem strømmene i viklingerne skabes ved at inddrage forskellige reaktanser i viklingerne.

For at regulere rotorens vinkelhastighed såvel som drejningsmomentet på akslen af ​​moderne børsteløse motorer bruges vektor- eller skalarstyring af det elektriske drev.

Skalar kontrol

Det var det mest almindelige styring af en skalar induktionsmotor, når det for eksempel for at styre en ventilators eller pumpes rotationshastighed er tilstrækkeligt at opretholde en konstant rotationshastighed for rotoren, til dette er et feedbacksignal fra en tryksensor eller fra en hastighedssensor tilstrækkeligt.

Princippet for skalarkontrol er enkelt: amplituden af ​​forsyningsspændingen er en funktion af frekvensen, idet forholdet mellem spænding og frekvens er omtrent konstant.

Den specifikke form for denne afhængighed er relateret til belastningen på akslen, men princippet forbliver det samme: vi øger frekvensen, og spændingen stiger proportionalt afhængigt af belastningskarakteristikken for den givne motor.

Som et resultat holdes den magnetiske flux i mellemrummet mellem rotoren og statoren næsten konstant. Hvis spænding-til-frekvens-forholdet afviger fra det nominelle for en motor, vil motoren enten være over- eller under-exciteret, hvilket resulterer i motortab og procesfejl.

Således gør skalarstyring det muligt at opnå næsten konstant akselmoment i driftsfrekvensområdet, uanset frekvens, men ved lave omdrejninger falder momentet stadig (for at forhindre dette er det nødvendigt at øge spændingen -forholdet til frekvensen ), derfor , for hver motor er der et strengt defineret skalarkontrolområde.

Det er også umuligt at bygge et skalært hastighedskontrolsystem uden en akselmonteret hastighedssensor, fordi belastningen i høj grad påvirker forsinkelsen af ​​den faktiske rotorhastighed fra forsyningsspændingsfrekvensen. Men selv med en hastighedssensor med skalarstyring, vil det ikke være muligt at justere drejningsmomentet med høj nøjagtighed (i hvert fald ikke økonomisk gennemførligt).

Dette er ulempen ved skalarstyring, som forklarer den relative knaphed af dens anvendelser, begrænset hovedsageligt til konventionelle induktionsmotorer, hvor afhængigheden af ​​slip på belastningen ikke er kritisk.

Vektor kontrol

For at slippe af med disse mangler foreslog Siemens ingeniører i 1971 at bruge vektorstyring af motoren, hvor kontrollen udføres med feedback på størrelsen af ​​den magnetiske flux. De første vektorstyringssystemer indeholdt flowsensorer i motorerne.

I dag er tilgangen til denne metode lidt anderledes: den matematiske model af motoren giver dig mulighed for at beregne rotorhastigheden og akselmomentet afhængigt af de aktuelle fasestrømme (fra frekvensen og værdierne af strømmene i statorviklingerne) .

Denne mere progressive tilgang muliggør uafhængig og næsten inertikontrol af både akselmoment og akselhastighed under belastning, da styringsprocessen også tager højde for strømmenes faser.

Nogle mere præcise vektorstyringssystemer er udstyret med hastighedsfeedbacksløjfer, mens styresystemer uden hastighedsfølere kaldes sensorløse.

Så afhængigt af anvendelsesområdet for dette eller det elektriske drev, vil dets vektorkontrolsystem have sine egne karakteristika, sin egen grad af reguleringsnøjagtighed.

Når nøjagtighedskravene til hastighedsregulering tillader en afvigelse på op til 1,5 % og reguleringsområdet ikke overstiger 1 ud af 100, så er det sensorløse system fint. Hvis nøjagtigheden af ​​hastighedsjusteringen med en afvigelse på ikke mere end 0,2% er påkrævet, og området reduceres til 1 til 10.000, er det nødvendigt at have feedback til akselhastighedssensoren. Tilstedeværelsen af ​​en hastighedssensor i vektorstyringssystemer tillader præcis drejningsmomentstyring selv ved lave frekvenser ned til 1 Hz.

Så vektorkontrol har følgende fordele. Høj nøjagtighed af rotorhastighedsregulering (og uden en hastighedssensor på den) selv under forhold med dynamisk skiftende akselbelastning, mens der ikke vil være nogen spark. Jævn og jævn rotation af akslen ved lave omdrejninger. Høj effektivitet på grund af lave tab under forhold med optimale forsyningsspændingsegenskaber.

Vektorstyring er ikke uden sine ulemper. Kompleksiteten af ​​beregningsoperationer.Behovet for at indstille de indledende data (variable drevparametre).

For et gruppe elektrisk drev er vektorstyring grundlæggende uegnet, her er skalarstyring bedre.