Asinhrono motoru skalārā un vektora vadība - kāda ir atšķirība?

Asinhronais dzinējs — maiņstrāvas motors, kurā strāvas statora tinumos rada rotējošu magnētisko lauku. Šis magnētiskais lauks inducē strāvu rotora tinumā un, iedarbojoties uz šīm strāvām, nes sev līdzi rotoru.

Tomēr, lai rotējošais statora magnētiskais lauks rotējošā rotorā izraisītu strāvas, rotoram savā rotācijā ir nedaudz jāatpaliek no rotējošā statora lauka. Tāpēc indukcijas motorā rotora ātrums vienmēr ir nedaudz mazāks par magnētiskā lauka griešanās ātrumu (ko nosaka motoru barojošās maiņstrāvas frekvence).

Rotora palēninājums statora rotējošā magnētiskā lauka ietekmē (rotora slīdēšana) jo vairāk, jo lielāka motora slodze. Sinhronizācijas trūkums starp rotora rotāciju un statora magnētisko lauku ir raksturīga indukcijas motora iezīme, tāpēc arī tā nosaukums.

Rotējošais magnētiskais lauks statorā tiek ģenerēts ar tinumiem, kas tiek piegādāti ar fāzu nobīdītām strāvām. Šim nolūkam parasti izmanto trīsfāzu maiņstrāvu. Ir arī vienfāzes asinhronie motori, kur fāzes nobīde starp strāvām tinumos tiek veidota, tinumos iekļaujot dažādas pretestības.

Lai regulētu rotora griešanās leņķisko ātrumu, kā arī mūsdienu bezsuku motoru vārpstas griezes momentu, tiek izmantota elektriskās piedziņas vektora vai skalārā vadība.

Skalārā kontrole

Tas bija visizplatītākais skalārā indukcijas motora vadība, kad, piemēram, ventilatora vai sūkņa griešanās ātruma regulēšanai pietiek ar nemainīgu rotora griešanās ātrumu, šim nolūkam pietiek ar atgriezeniskās saites signālu no spiediena sensora vai ātruma sensora.

Skalārās kontroles princips ir vienkāršs: barošanas sprieguma amplitūda ir frekvences funkcija, un sprieguma un frekvences attiecība ir aptuveni nemainīga.

Šīs atkarības īpašā forma ir saistīta ar slodzi uz vārpstu, taču princips paliek nemainīgs: mēs palielinām frekvenci, un spriegums proporcionāli palielinās atkarībā no konkrētā motora slodzes raksturlielumiem.

Tā rezultātā magnētiskā plūsma spraugā starp rotoru un statoru tiek saglabāta gandrīz nemainīga. Ja sprieguma un frekvences attiecība atšķiras no nominālās motoram, tad motors būs vai nu pārmērīgi, vai nepietiekami ierosināts, izraisot motora zudumus un procesa darbības traucējumus.

Tādējādi skalārā vadība ļauj sasniegt gandrīz nemainīgu vārpstas griezes momentu darba frekvenču diapazonā neatkarīgi no frekvences, bet pie zemiem apgriezieniem griezes moments joprojām samazinās (lai to novērstu, ir jāpalielina sprieguma attiecība pret frekvenci), tāpēc , katram dzinējam ir stingri noteikts darbības skalārās kontroles diapazons.

Tāpat nav iespējams izveidot skalārās ātruma kontroles sistēmu bez uz vārpstas uzstādīta ātruma sensora, jo slodze lielā mērā ietekmē faktiskā rotora ātruma nobīdi no barošanas sprieguma frekvences. Bet pat ar ātruma sensoru ar skalāro vadību griezes momentu nevarēs noregulēt ar augstu precizitāti (vismaz ekonomiski neizdevīgi).

Tas ir skalārās kontroles trūkums, kas izskaidro tās pielietojumu relatīvo ierobežotību, kas galvenokārt attiecas tikai uz parastajiem asinhronajiem motoriem, kur slīdēšanas atkarība no slodzes nav kritiska.

Vektoru vadība

Lai atbrīvotos no šiem trūkumiem, 1971. gadā Siemens inženieri ierosināja izmantot motora vektorvadību, kurā vadība tiek veikta ar atgriezenisko saiti par magnētiskās plūsmas lielumu. Pirmajās vektoru vadības sistēmās motoros bija plūsmas sensori.

Mūsdienās pieeja šai metodei ir nedaudz atšķirīga: motora matemātiskais modelis ļauj aprēķināt rotora ātrumu un vārpstas momentu atkarībā no pašreizējās fāzes strāvām (no strāvu frekvences un vērtībām statora tinumos) .

Šī progresīvākā pieeja ļauj neatkarīgi un gandrīz inerciāli kontrolēt gan vārpstas griezes momentu, gan vārpstas ātrumu zem slodzes, jo vadības procesā tiek ņemtas vērā arī strāvu fāzes.

Dažas precīzākas vektora vadības sistēmas ir aprīkotas ar ātruma atgriezeniskās saites cilpām, savukārt vadības sistēmas bez ātruma sensoriem sauc par bezsensoriem.

Tātad, atkarībā no šīs vai citas elektriskās piedziņas pielietojuma jomas, tās vektora vadības sistēmai būs savas īpašības, sava regulēšanas precizitātes pakāpe.

Ja ātruma regulēšanas precizitātes prasības pieļauj novirzi līdz 1,5% un regulēšanas diapazons nepārsniedz 1 pret 100, tad bezsensoru sistēma ir kārtībā. Ja ir nepieciešama ātruma regulēšanas precizitāte ar novirzi ne vairāk kā 0,2%, un diapazons tiek samazināts līdz 1 līdz 10 000, tad vārpstas ātruma sensoram ir jābūt atgriezeniskajai saitei. Ātruma sensora klātbūtne vektora vadības sistēmās ļauj precīzi kontrolēt griezes momentu pat zemās frekvencēs līdz 1 Hz.

Tātad vektora kontrolei ir šādas priekšrocības. Augsta rotora ātruma regulēšanas precizitāte (un bez ātruma sensora uz tā) pat dinamiski mainīgas vārpstas slodzes apstākļos, kamēr nebūs sitienu. Vienmērīga un vienmērīga vārpstas griešanās pie maziem apgriezieniem. Augsta efektivitāte, pateicoties zemiem zudumiem optimālu barošanas sprieguma raksturlielumu apstākļos.

Vektoru vadība nav bez trūkumiem. Aprēķinu operāciju sarežģītība.Nepieciešamība iestatīt sākotnējos datus (mainīgos piedziņas parametrus).

Grupas elektriskajai piedziņai vektoru vadība principiāli nav piemērota, šeit skalārā kontrole ir labāka.