Induktiomoottoreiden skalaari- ja vektoriohjaus - mitä eroa on?

Asynkroninen moottori — AC-moottori, jossa staattorin käämien virrat muodostavat pyörivän magneettikentän. Tämä magneettikenttä indusoi virtoja roottorin käämeissä ja näihin virtoihin vaikuttaessaan kantaa roottorin mukanaan.

Kuitenkin, jotta pyörivä staattorin magneettikenttä indusoi virtoja pyörivässä roottorissa, roottorin on pyöriessään jäätävä hieman pyörivän staattorikentän taakse. Siksi oikosulkumoottorissa roottorin nopeus on aina hieman pienempi kuin magneettikentän pyörimisnopeus (joka määräytyy moottoria syöttävän vaihtovirran taajuuden mukaan).

Roottorin hidastuminen staattorin pyörivän magneettikentän vaikutuksesta (roottorin luisto) mitä enemmän, sitä suurempi moottorin kuormitus. Synkronoinnin puute roottorin pyörimisen ja staattorin magneettikentän välillä on oikosulkumoottorin tyypillinen piirre, mistä johtuu sen nimi.

Pyörivä magneettikenttä staattorissa syntyy käämeistä, joihin syötetään vaihesiirrettyjä virtoja. Tähän tarkoitukseen käytetään yleensä kolmivaiheista vaihtovirtaa. On myös yksivaiheisia oikosulkumoottoreita, joissa käämien virtojen välinen vaihesiirto saadaan aikaan sisällyttämällä käämiin erilaisia ​​reaktansseja.

Roottorin pyörimiskulman nopeuden sekä nykyaikaisten harjattomien moottoreiden akselin vääntömomentin säätämiseen käytetään sähkökäytön vektori- tai skalaariohjausta.

Skalaarisäätö

Se oli yleisin skalaari-induktiomoottorin ohjaus, kun esim. puhaltimen tai pumpun pyörimisnopeuden säätämiseen riittää, että roottorin pyörimisnopeus pysyy vakiona, tähän riittää palautesignaali paineanturista tai nopeusanturista.

Skalaarisäädön periaate on yksinkertainen: syöttöjännitteen amplitudi on taajuuden funktio, jolloin jännitteen ja taajuuden suhde on suunnilleen vakio.

Tämän riippuvuuden erityinen muoto liittyy akselin kuormitukseen, mutta periaate pysyy samana: lisäämme taajuutta ja jännite kasvaa suhteellisesti tietyn moottorin kuormitusominaisuuksien mukaan.

Tämän seurauksena magneettivuo roottorin ja staattorin välisessä raossa pysyy lähes vakiona. Jos jännite-taajuussuhde poikkeaa moottorin nimellisarvosta, moottori on joko yli- tai aliviritetty, mikä johtaa moottorin hävikkiin ja prosessihäiriöihin.

Siten skalaarisäädöllä voidaan saavuttaa toimintataajuusalueella lähes vakio akselin vääntömomentti taajuudesta riippumatta, mutta pienillä kierroksilla vääntömomentti silti pienenee (tämän estämiseksi on tarpeen nostaa jännitesuhdetta taajuuteen ), joten , jokaiselle moottorille on tiukasti määritelty skalaarisäätöalue.

Lisäksi on mahdotonta rakentaa skalaarinopeuden säätöjärjestelmää ilman akselille asennettua nopeusanturia, koska kuorma vaikuttaa suuresti roottorin todellisen nopeuden viiveeseen syöttöjännitetaajuudesta. Mutta jopa skalaariohjauksella varustetulla nopeusanturilla ei ole mahdollista säätää vääntömomenttia suurella tarkkuudella (ainakaan taloudellisesti kannattavaa).

Tämä on skalaariohjauksen haittapuoli, joka selittää sen sovellusten suhteellisen niukkuuden, joka rajoittuu pääasiassa tavanomaisiin oikosulkumoottoreihin, joissa luiston riippuvuus kuormasta ei ole kriittinen.

Vektoriohjaus

Näistä puutteista eroon pääsemiseksi Siemensin insinöörit ehdottivat vuonna 1971 moottorin vektoriohjauksen käyttöä, jossa ohjaus suoritetaan palautteen avulla magneettivuon suuruudesta. Ensimmäiset vektoriohjausjärjestelmät sisälsivät virtausantureita moottoreissa.

Nykyään lähestymistapa tähän menetelmään on hieman erilainen: moottorin matemaattisen mallin avulla voit laskea roottorin nopeuden ja akselin momentin nykyisten vaihevirtojen mukaan (staattorin käämien virtojen taajuudesta ja arvoista) .

Tämä progressiivisempi lähestymistapa mahdollistaa itsenäisen ja lähes inertian ohjauksen sekä akselin vääntömomentin että akselin nopeuden kuormituksella, koska ohjausprosessi ottaa huomioon myös virtojen vaiheet.

Jotkut tarkemmat vektoriohjausjärjestelmät on varustettu nopeuden takaisinkytkentäsilmukalla, kun taas ohjausjärjestelmiä, joissa ei ole nopeusantureita, kutsutaan sensorittomaksi.

Joten riippuen tämän tai tuon sähkökäytön käyttöalueesta, sen vektoriohjausjärjestelmällä on omat ominaisuutensa, oma säätötarkkuutensa.

Kun nopeussäädön tarkkuusvaatimukset sallivat 1,5 %:n poikkeaman ja säätöalue ei ylitä 1:100, on anturiton järjestelmä kunnossa. Jos vaaditaan nopeuden säädön tarkkuus, jonka poikkeama on enintään 0,2%, ja alue pienennetään arvoon 1 - 10 000, akselin nopeusanturilla on oltava palaute. Nopeusanturin läsnäolo vektoriohjausjärjestelmissä mahdollistaa tarkan vääntömomentin ohjauksen jopa matalilla taajuuksilla aina 1 Hz asti.

Joten vektoriohjauksella on seuraavat edut. Roottorin nopeuden säädön suuri tarkkuus (ja ilman nopeusanturia) jopa dynaamisesti muuttuvan akselin kuormituksen olosuhteissa, vaikka potkuja ei tapahdu. Tasainen ja tasainen akselin pyöriminen pienillä kierroksilla. Korkea hyötysuhde pienten häviöiden ansiosta optimaalisten syöttöjänniteominaisuuksien olosuhteissa.

Vektoriohjaus ei ole vailla haittoja. Laskennallisten operaatioiden monimutkaisuus.Tarve asettaa alkutiedot (muuttuvat taajuusmuuttajan parametrit).

Ryhmäsähkökäyttöön vektoriohjaus on pohjimmiltaan sopimaton, tässä skalaarisäätö on parempi.