Control scalar și vectorial al motoarelor cu inducție - care este diferența?

Motor asincron — un motor de curent alternativ în care curenții din înfășurările statorului creează un câmp magnetic rotativ. Acest câmp magnetic induce curenți în înfășurarea rotorului și, acționând asupra acestor curenți, poartă rotorul cu el.

Cu toate acestea, pentru ca câmpul magnetic al statorului rotativ să inducă curenți într-un rotor în rotație, rotorul în rotație trebuie să rămână ușor în urma câmpului statorului rotativ. Prin urmare, într-un motor cu inducție, viteza rotorului este întotdeauna puțin mai mică decât viteza de rotație a câmpului magnetic (care este determinată de frecvența curentului alternativ care alimentează motorul).

Decelerația rotorului de către câmpul magnetic rotativ al statorului (alunecarea rotorului) cu cât este mai mare, cu atât sarcina motorului este mai mare. Lipsa sincronizării între rotația rotorului și câmpul magnetic al statorului este o trăsătură caracteristică motorului cu inducție, de unde și denumirea acestuia.

Câmpul magnetic rotativ din stator este generat de înfășurări alimentate cu curenți defazați. Curentul alternativ trifazat este de obicei utilizat în acest scop. Există, de asemenea, motoare cu inducție monofazate în care schimbarea de fază între curenții din înfășurări este creată prin includerea diferitelor reactanțe în înfășurări.

Pentru a regla viteza unghiulară de rotație a rotorului, precum și cuplul pe arborele motoarelor moderne fără perii, se utilizează controlul vectorial sau scalar al acționării electrice.

Control scalar

A fost cel mai comun controlul unui motor scalar cu inducție, când, de exemplu, pentru a controla viteza de rotație a unui ventilator sau a unei pompe este suficientă menținerea unei viteze de rotație constantă a rotorului, pentru aceasta este suficient un semnal de feedback de la un senzor de presiune sau de la un senzor de turație.

Principiul controlului scalar este simplu: amplitudinea tensiunii de alimentare este o functie de frecventa, raportul tensiune/frecventa fiind aproximativ constant.

Forma specifică a acestei dependențe este legată de sarcina pe arbore, dar principiul rămâne același: creștem frecvența, iar tensiunea crește proporțional în funcție de caracteristica de sarcină a motorului dat.

Ca urmare, fluxul magnetic în spațiul dintre rotor și stator este menținut aproape constant. Dacă raportul tensiune-frecvență se abate de la valoarea nominală pentru un motor, atunci motorul va fi fie supraexcitat, fie subexcitat, rezultând pierderi ale motorului și defecțiuni ale procesului.

Astfel, controlul scalar face posibilă obținerea unui cuplu aproape constant al arborelui în intervalul de frecvență de funcționare, indiferent de frecvență, dar la turații mici, cuplul încă scade (pentru a preveni acest lucru, este necesar să creșteți raportul tensiune față de frecvență), prin urmare , pentru fiecare motor există un domeniu de control scalar de funcționare strict definit.

De asemenea, este imposibil să se construiască un sistem scalar de control al vitezei fără un senzor de viteză montat pe arbore, deoarece sarcina afectează foarte mult decalajul vitezei reale a rotorului față de frecvența tensiunii de alimentare. Dar chiar și cu un senzor de viteză cu control scalar, nu va fi posibilă reglarea cuplului cu o precizie ridicată (cel puțin nu este fezabilă din punct de vedere economic).

Acesta este dezavantajul controlului scalar, care explică raritatea relativă a aplicațiilor sale, limitate în principal la motoarele cu inducție convenționale, unde dependența alunecării de sarcină nu este critică.

Control vectorial

Pentru a scăpa de aceste neajunsuri, în 1971, inginerii Siemens au propus să folosească controlul vectorial al motorului, în care controlul este efectuat cu feedback asupra mărimii fluxului magnetic. Primele sisteme de control vectorial au conținut senzori de debit în motoare.

Astăzi, abordarea acestei metode este ușor diferită: modelul matematic al motorului vă permite să calculați viteza rotorului și momentul arborelui în funcție de curenții de fază curenti (din frecvența și valorile curenților din înfășurările statorului) .

Această abordare mai progresivă permite controlul independent și aproape inerțial atât al cuplului arborelui, cât și al vitezei arborelui sub sarcină, deoarece procesul de control ia în considerare și fazele curenților.

Unele sisteme de control vectoriale mai precise sunt echipate cu bucle de feedback de viteză, în timp ce sistemele de control fără senzori de viteză sunt numite fără senzori.

Deci, în funcție de domeniul de aplicare al acestui sau aceluia motor electric, sistemul său de control vectorial va avea propriile caracteristici, propriul grad de precizie de reglare.

Când cerințele de precizie pentru reglarea vitezei permit o abatere de până la 1,5% și domeniul de reglare nu depășește 1 la 100, atunci sistemul fără senzori este în regulă. Dacă este necesară precizia ajustării vitezei cu o abatere de cel mult 0,2%, iar intervalul este redus la 1 la 10.000, atunci este necesar să existe feedback pentru senzorul de viteză a arborelui. Prezența unui senzor de viteză în sistemele de control vectorial permite controlul precis al cuplului chiar și la frecvențe joase de până la 1 Hz.

Deci, controlul vectorial are următoarele avantaje. Precizie ridicată a reglării vitezei rotorului (și fără un senzor de viteză pe acesta) chiar și în condiții de schimbare dinamică a sarcinii pe arbore, în timp ce nu vor exista lovituri. Rotire lină și uniformă a arborelui la turații mici. Eficiență ridicată datorită pierderilor reduse în condiții de caracteristici optime ale tensiunii de alimentare.

Controlul vectorial nu este lipsit de dezavantaje. Complexitatea operațiilor de calcul.Necesitatea de a seta datele inițiale (parametri variabili de unitate).

Pentru o unitate electrică de grup, controlul vectorial este în mod fundamental nepotrivit, aici controlul scalar este mai bun.