Skalär och vektorstyrning av induktionsmotorer - vad är skillnaden?

Asynkron motor — en växelströmsmotor där strömmar i statorlindningarna skapar ett roterande magnetfält. Detta magnetfält inducerar strömmar i rotorlindningen och, som verkar på dessa strömmar, bär rotorn med sig.

Men för att det roterande statormagnetfältet ska inducera strömmar i en roterande rötor måste rotorn i sin rotation ligga något efter det roterande statorfältet. Därför, i en induktionsmotor, är rotorns hastighet alltid något mindre än rotationshastigheten för magnetfältet (vilket bestäms av frekvensen av växelströmmen som matar motorn).

Rotorns retardation av statorns roterande magnetfält (rotorglidning) ju mer desto större motorbelastning. Bristen på synkronisering mellan rotorns rotation och statorns magnetfält är en karakteristisk egenskap hos induktionsmotorn, därav dess namn.

Det roterande magnetfältet i statorn genereras av lindningar som matas med fasförskjutna strömmar. Trefas växelström används vanligtvis för detta ändamål. Det finns även enfasiga induktionsmotorer där fasförskjutningen mellan strömmarna i lindningarna skapas genom att ta in olika reaktanser i lindningarna.

För att reglera rotorns vinkelhastighet, såväl som vridmomentet på axeln på moderna borstlösa motorer, används vektor- eller skalärstyrning av den elektriska drivningen.

Skalär kontroll

Det var det vanligaste styrning av en skalär induktionsmotor, när det till exempel för att styra en fläkts eller pumps rotationshastighet är tillräckligt att bibehålla en konstant rotationshastighet för rotorn, för detta räcker det med en återkopplingssignal från en trycksensor eller från en hastighetssensor.

Principen för skalär kontroll är enkel: amplituden för matningsspänningen är en funktion av frekvensen, varvid förhållandet mellan spänning och frekvens är ungefär konstant.

Den specifika formen av detta beroende är relaterad till belastningen på axeln, men principen förblir densamma: vi ökar frekvensen och spänningen ökar proportionellt beroende på belastningskarakteristiken för den givna motorn.

Som ett resultat hålls det magnetiska flödet i gapet mellan rotorn och statorn nästan konstant. Om förhållandet mellan spänning och frekvens avviker från märkvärdet för en motor, kommer motorn att vara antingen över- eller underexciterad, vilket resulterar i motorförluster och processfel.

Således gör skalär styrning det möjligt att uppnå nästan konstant axelvridmoment i arbetsfrekvensområdet, oavsett frekvens, men vid låga varv minskar vridmomentet fortfarande (för att förhindra detta är det nödvändigt att öka spänningsförhållandet till frekvensen ), därför , för varje motor finns det ett strikt definierat skalärt kontrollområde.

Det är också omöjligt att bygga ett skalärt varvtalsregleringssystem utan en axelmonterad hastighetssensor eftersom belastningen i hög grad påverkar eftersläpningen av den faktiska rotorhastigheten från matningsspänningsfrekvensen. Men även med en hastighetssensor med skalär kontroll kommer det inte att vara möjligt att justera vridmomentet med hög noggrannhet (åtminstone inte ekonomiskt genomförbart).

Detta är nackdelen med skalär styrning, vilket förklarar den relativa bristen på dess tillämpningar, begränsad främst till konventionella induktionsmotorer, där beroendet av slirning på lasten inte är kritiskt.

Vektor kontroll

För att bli av med dessa brister, 1971, föreslog Siemens ingenjörer att använda vektorstyrning av motorn, där kontrollen utförs med återkoppling på storleken på det magnetiska flödet. De första vektorstyrsystemen innehöll flödessensorer i motorerna.

Idag är tillvägagångssättet för denna metod något annorlunda: den matematiska modellen av motorn låter dig beräkna rotorhastigheten och axelmomentet beroende på de aktuella fasströmmarna (från frekvensen och värdena för strömmarna i statorlindningarna) .

Detta mer progressiva tillvägagångssätt möjliggör oberoende och nästan tröghetsstyrning av både axelmoment och axelhastighet under belastning, eftersom styrprocessen även tar hänsyn till strömmarnas faser.

Vissa mer exakta vektorstyrsystem är utrustade med hastighetsåterkopplingsslingor, medan styrsystem utan hastighetssensorer kallas sensorlösa.

Så, beroende på användningsområdet för den här eller den elektriska drivenheten, kommer dess vektorkontrollsystem att ha sina egna egenskaper, sin egen grad av regleringsnoggrannhet.

När noggrannhetskraven för hastighetsreglering tillåter en avvikelse på upp till 1,5 % och regleringsområdet inte överstiger 1 på 100, är ​​det sensorlösa systemet bra. Om noggrannheten för hastighetsjustering med en avvikelse på högst 0,2% krävs, och intervallet reduceras till 1 till 10 000, är ​​det nödvändigt att ha återkoppling för axelhastighetssensorn. Närvaron av en hastighetssensor i vektorstyrningssystem möjliggör exakt vridmomentkontroll även vid låga frekvenser ner till 1 Hz.

Så vektorstyrning har följande fördelar. Hög noggrannhet i rotorhastighetsregleringen (och utan en hastighetssensor på den) även under förhållanden med dynamiskt förändrad axelbelastning, medan det inte kommer att finnas några sparkar. Jämn och jämn rotation av axeln vid låga varv. Hög effektivitet på grund av låga förluster under förhållanden med optimala matningsspänningsegenskaper.

Vektorkontroll är inte utan sina nackdelar. Komplexiteten i beräkningsoperationer.Behovet av att ställa in initialdata (variabla drivparametrar).

För en gruppdrivenhet är vektorstyrning i grunden olämplig, här är skalärstyrning bättre.