Skalarno i vektorsko upravljanje asinkronim motorima - koja je razlika?

Asinkroni motor — AC motor u kojem struje u namotima statora stvaraju okretno magnetsko polje. Ovo magnetsko polje inducira struje u namotu rotora i, djelujući na te struje, nosi rotor sa sobom.

Međutim, da bi magnetsko polje rotirajućeg statora induciralo struje u rotoru koji se okreće, rotor u svojoj rotaciji mora malo zaostajati za poljem rotirajućeg statora. Stoga je kod asinkronog motora brzina rotora uvijek nešto manja od brzine vrtnje magnetskog polja (koja je određena frekvencijom izmjenične struje koja napaja motor).

Usporenje rotora rotirajućim magnetskim poljem statora (proklizavanje rotora) što je više, to je veće opterećenje motora. Nedostatak sinkronizacije između rotacije rotora i magnetskog polja statora karakteristična je značajka asinkronog motora, otuda i njegovo ime.

Rotirajuće magnetsko polje u statoru stvaraju namoti koji se napajaju fazno pomaknutim strujama. Obično se u tu svrhu koristi trofazna izmjenična struja. Postoje i jednofazni indukcijski motori kod kojih se fazni pomak između struja u namotima stvara uključivanjem različitih reaktancija u namote.

Za regulaciju kutne brzine vrtnje rotora, kao i momenta na osovini modernih motora bez četkica, koristi se vektorsko ili skalarno upravljanje električnim pogonom.

Skalarna kontrola

Bilo je to najčešće upravljanje skalarnim indukcijskim motorom, kada je, na primjer, za kontrolu brzine vrtnje ventilatora ili pumpe dovoljno održavati konstantnu brzinu vrtnje rotora, za to je dovoljan povratni signal od senzora tlaka ili od senzora brzine.

Princip skalarne kontrole je jednostavan: amplituda napona napajanja je funkcija frekvencije, pri čemu je omjer napona i frekvencije približno konstantan.

Specifični oblik ove ovisnosti vezan je uz opterećenje osovine, ali princip ostaje isti: povećavamo frekvenciju, a napon proporcionalno raste ovisno o karakteristici opterećenja danog motora.

Kao rezultat toga, magnetski tok u rasporu između rotora i statora održava se gotovo konstantnim. Ako omjer napona i frekvencije odstupa od nazivne vrijednosti za motor, tada će motor biti ili prepobuđen ili premalo pobuđen, što će rezultirati gubicima motora i kvarovima u procesu.

Dakle, skalarna regulacija omogućuje postizanje gotovo konstantnog zakretnog momenta vratila u radnom frekvencijskom području, bez obzira na frekvenciju, ali pri niskim okretajima zakretni moment i dalje opada (kako bi se to spriječilo, potrebno je povećati omjer napona prema frekvenciji), dakle , za svaki motor postoji strogo definiran radni skalarni regulacijski raspon.

Također, nemoguće je izgraditi skalarni sustav regulacije brzine bez senzora brzine montiranog na osovini jer opterećenje uvelike utječe na kašnjenje stvarne brzine rotora od frekvencije napona napajanja. Ali čak i sa senzorom brzine sa skalarnom kontrolom, neće biti moguće podesiti moment s visokom točnošću (barem nije ekonomski izvedivo).

To je nedostatak skalarne regulacije, što objašnjava relativnu oskudnost njegove primjene, ograničenu uglavnom na konvencionalne indukcijske motore, gdje ovisnost klizanja o opterećenju nije kritična.

Vektorska kontrola

Kako bi se riješili tih nedostataka, 1971. godine inženjeri Siemensa predložili su korištenje vektorskog upravljanja motorom, u kojem se upravljanje provodi povratnom informacijom o veličini magnetskog toka. Prvi sustavi vektorske kontrole sadržavali su senzore protoka u motorima.

Danas je pristup ovoj metodi nešto drugačiji: matematički model motora omogućuje vam izračunavanje brzine rotora i momenta osovine ovisno o trenutnim faznim strujama (od frekvencije i vrijednosti struja u namotima statora) .

Ovaj progresivniji pristup omogućuje neovisnu i gotovo inercijalnu kontrolu momenta osovine i brzine osovine pod opterećenjem, budući da proces upravljanja također uzima u obzir faze struja.

Neki precizniji sustavi vektorskog upravljanja opremljeni su povratnom spregom brzine, dok se sustavi upravljanja bez senzora brzine nazivaju bez senzora.

Dakle, ovisno o području primjene ovog ili onog električnog pogona, njegov sustav vektorske kontrole imat će svoje karakteristike, svoj stupanj točnosti regulacije.

Kada zahtjevi za preciznošću za regulaciju brzine dopuštaju odstupanje do 1,5% i raspon regulacije ne prelazi 1 u 100, tada je sustav bez senzora u redu. Ako je potrebna točnost podešavanja brzine s odstupanjem ne većim od 0,2%, a raspon je smanjen na 1 do 10 000, tada je potrebno imati povratnu informaciju za senzor brzine osovine. Prisutnost senzora brzine u sustavima vektorske kontrole omogućuje preciznu kontrolu momenta čak i pri niskim frekvencijama do 1 Hz.

Dakle, vektorska kontrola ima sljedeće prednosti. Visoka točnost regulacije brzine rotora (i bez senzora brzine na njemu) čak iu uvjetima dinamičke promjene opterećenja osovine, dok neće biti udaraca. Glatko i ravnomjerno okretanje osovine pri malim okretajima. Visoka učinkovitost zbog niskih gubitaka u uvjetima optimalnih karakteristika napona napajanja.

Vektorska kontrola nije bez nedostataka. Složenost računskih operacija.Potreba za postavljanjem početnih podataka (varijabilni parametri pogona).

Za grupni električni pogon, vektorska kontrola je fundamentalno neprikladna, ovdje je skalarna kontrola bolja.