Aszinkronmotorok skalár- és vektorvezérlése – mi a különbség?

Aszinkron motor — váltakozó áramú motor, amelyben az állórész tekercsében lévő áramok forgó mágneses teret hoznak létre. Ez a mágneses mező áramokat indukál a rotor tekercsében, és ezekre az áramokra hatva magával viszi a forgórészt.

Ahhoz azonban, hogy a forgó állórész mágneses tere áramot indukáljon a forgó rotorban, a forgórésznek kissé le kell maradnia a forgó állórész mezőjétől. Ezért az indukciós motorban a forgórész fordulatszáma mindig valamivel kisebb, mint a mágneses mező forgási sebessége (amelyet a motort tápláló váltakozó áram frekvenciája határoz meg).

A forgórész lassulása az állórész forgó mágneses tere által (rotor csúszása) minél több, annál nagyobb a motor terhelése. A szinkronizálás hiánya a forgórész forgása és az állórész mágneses tere között az aszinkronmotor jellemző tulajdonsága, innen ered a neve is.

Az állórészben a forgó mágneses teret fáziseltolásos árammal táplált tekercsek generálják. Erre a célra általában háromfázisú váltóáramot használnak. Léteznek egyfázisú indukciós motorok is, ahol a tekercsekben lévő áramok közötti fáziseltolódást a tekercsek különböző reaktanciáinak beépítésével hozzák létre.

A forgórész forgási szögsebességének, valamint a modern kefe nélküli motorok tengelyének nyomatékának szabályozására az elektromos hajtás vektoros vagy skaláris vezérlését használják.

Skaláris szabályozás

Ez volt a leggyakoribb skaláris indukciós motor vezérlése, amikor például egy ventilátor vagy szivattyú fordulatszámának szabályozásához elegendő a rotor állandó forgási sebességét fenntartani, ehhez elegendő egy nyomásérzékelő vagy egy sebességérzékelő visszacsatoló jele.

A skaláris szabályozás elve egyszerű: a tápfeszültség amplitúdója a frekvencia függvénye, a feszültség-frekvencia arány közelítőleg állandó.

Ennek a függőségnek a sajátos formája a tengely terheléséhez kapcsolódik, de az elv változatlan: növeljük a frekvenciát, és a feszültség arányosan nő az adott motor terhelési jellemzőitől függően.

Ennek eredményeként a forgórész és az állórész közötti résben a mágneses fluxus szinte állandó marad. Ha a feszültség-frekvencia arány eltér a motor névleges értékétől, akkor a motor túl- vagy alulgerjesztett lesz, ami motorveszteségeket és folyamathibákat eredményez.

Így a skaláris szabályozás lehetővé teszi, hogy az üzemi frekvencia tartományban frekvenciától függetlenül közel állandó tengelynyomatékot érjünk el, de kis fordulatszámon a nyomaték így is csökken (ennek megelőzése érdekében a feszültség-frekvencia arány növelése szükséges), ezért , minden motorhoz van egy szigorúan meghatározott működési skaláris szabályozási tartomány.

Ezenkívül lehetetlen skaláris fordulatszám-szabályozó rendszert építeni tengelyre szerelt fordulatszám-érzékelő nélkül, mivel a terhelés nagymértékben befolyásolja a forgórész aktuális fordulatszámának késleltetését a tápfeszültség frekvenciájától. De még skaláris vezérlésű fordulatszám-érzékelővel sem lehet nagy pontossággal beállítani a nyomatékot (legalábbis gazdaságilag nem kivitelezhető).

Ez a skaláris szabályozás hátránya, ami megmagyarázza alkalmazásainak viszonylagos szűkösségét, főleg a hagyományos indukciós motorokra korlátozva, ahol a csúszás terheléstől való függése nem kritikus.

Vektoros vezérlés

E hiányosságok kiküszöbölése érdekében 1971-ben a Siemens mérnökei a motor vektorvezérlésének alkalmazását javasolták, amelyben a vezérlést a mágneses fluxus nagyságára vonatkozó visszacsatolással hajtják végre. Az első vektorvezérlő rendszerek áramlásérzékelőket tartalmaztak a motorokban.

Ma ennek a módszernek a megközelítése kissé eltér: a motor matematikai modellje lehetővé teszi a forgórész fordulatszámának és a tengely nyomatékának kiszámítását az aktuális fázisáramok függvényében (az állórész tekercseinek áramának frekvenciájából és értékéből). .

Ez a progresszívabb megközelítés lehetővé teszi mind a tengelynyomaték, mind a tengelyfordulatszám független és szinte inerciális szabályozását terhelés alatt, mivel a szabályozási folyamat figyelembe veszi az áramok fázisait is.

Néhány precízebb vektorvezérlő rendszer fordulatszám-visszacsatoló hurokkal van felszerelve, míg a sebességérzékelő nélküli vezérlőrendszereket érzékelő nélkülinek nevezzük.

Tehát ennek vagy annak az elektromos hajtásnak az alkalmazási területétől függően a vektorvezérlő rendszer saját jellemzőkkel, saját szabályozási pontossággal rendelkezik.

Ha a sebességszabályozás pontossági követelményei akár 1,5%-os eltérést is megengednek, és a szabályozási tartomány nem haladja meg az 1:100-at, akkor az érzékelő nélküli rendszer rendben van. Ha a fordulatszám-beállítás pontossága legfeljebb 0,2% eltéréssel szükséges, és a tartomány 1-10 000-re csökken, akkor szükség van a tengely fordulatszám-érzékelőjének visszajelzésére. A sebességérzékelő jelenléte a vektorvezérlő rendszerekben lehetővé teszi a precíz nyomatékszabályozást még alacsony frekvenciákon is, egészen 1 Hz-ig.

Tehát a vektorvezérlésnek a következő előnyei vannak. A rotor fordulatszám szabályozásának nagy pontossága (és fordulatszám-érzékelő nélkül) dinamikusan változó tengelyterhelés mellett is, miközben nem lesz rúgás. A tengely sima és egyenletes forgása alacsony fordulatszámon. Magas hatásfok az alacsony veszteségeknek köszönhetően optimális tápfeszültség-jellemzők mellett.

A vektorvezérlés nem mentes a hátrányaitól. A számítási műveletek összetettsége.A kezdeti adatok (változó hajtásparaméterek) beállításának szükségessége.

Csoportos elektromos hajtáshoz a vektorvezérlés alapvetően alkalmatlan, itt jobb a skaláris szabályozás.