Scalaire en vectorbesturing van inductiemotoren - wat is het verschil?

Asynchrone motor — een wisselstroommotor waarin stromen in de statorwikkelingen een roterend magnetisch veld creëren. Dit magnetische veld induceert stromen in de rotorwikkeling en voert, inwerkend op deze stromen, de rotor mee.

Om ervoor te zorgen dat het magnetische veld van de roterende stator stromen in een roterende rotor induceert, moet de rotor in zijn rotatie enigszins achterblijven bij het roterende statorveld. Daarom is in een inductiemotor de snelheid van de rotor altijd iets lager dan de rotatiesnelheid van het magnetische veld (die wordt bepaald door de frequentie van de wisselstroom die de motor voedt).

De vertraging van de rotor door het roterende magnetische veld van de stator (rotor slippen) hoe meer, hoe groter de motorbelasting. Het ontbreken van synchronisatie tussen de rotatie van de rotor en het magnetische veld van de stator is een kenmerkend kenmerk van de inductiemotor, vandaar de naam.

Het roterende magnetische veld in de stator wordt gegenereerd door wikkelingen die worden gevoed met faseverschoven stromen. Hiervoor wordt meestal driefasige wisselstroom gebruikt. Er zijn ook enkelfasige inductiemotoren waarbij de faseverschuiving tussen de stromen in de wikkelingen wordt gecreëerd door verschillende reactanties in de wikkelingen op te nemen.

Om de hoeksnelheid van de rotor te regelen, evenals het koppel op de as van moderne borstelloze motoren, wordt vector- of scalaire besturing van de elektrische aandrijving gebruikt.

Scalaire controle

Het was de meest voorkomende controle van een scalaire inductiemotorWanneer bijvoorbeeld voor het regelen van het toerental van een ventilator of pomp het voldoende is om het toerental van de rotor constant te houden, is hiervoor een feedbacksignaal van een druksensor of van een toerentalsensor voldoende.

Het principe van scalaire controle is eenvoudig: de amplitude van de voedingsspanning is een functie van de frequentie, waarbij de spanning/frequentieverhouding ongeveer constant is.

De specifieke vorm van deze afhankelijkheid is gerelateerd aan de belasting op de as, maar het principe blijft hetzelfde: we verhogen de frequentie en de spanning neemt proportioneel toe, afhankelijk van de belastingskarakteristiek van de gegeven motor.

Hierdoor wordt de magnetische flux in de spleet tussen de rotor en de stator vrijwel constant gehouden. Als de spanning-frequentieverhouding afwijkt van de nominale waarde voor een motor, zal de motor ofwel overbekrachtigd ofwel te weinig bekrachtigd zijn, wat resulteert in motorverliezen en processtoringen.

Scalaire regeling maakt het dus mogelijk om een ​​vrijwel constant askoppel te bereiken in het werkfrequentiebereik, ongeacht de frequentie, maar bij lage toerentallen neemt het koppel nog steeds af (om dit te voorkomen, is het noodzakelijk om de spanningsverhouding tot frequentie te verhogen), daarom , voor elke engine is er een strikt gedefinieerd scalair regelbereik.

Het is ook onmogelijk om een ​​scalair snelheidsregelsysteem te bouwen zonder een op de as gemonteerde snelheidssensor, omdat de belasting een grote invloed heeft op de vertraging van de werkelijke rotorsnelheid ten opzichte van de voedingsspanningsfrequentie. Maar zelfs met een snelheidssensor met scalaire regeling zal het niet mogelijk zijn om het koppel met hoge nauwkeurigheid in te stellen (althans niet economisch haalbaar).

Dit is het nadeel van scalaire besturing, wat de relatieve schaarste van zijn toepassingen verklaart, voornamelijk beperkt tot conventionele inductiemotoren, waar de afhankelijkheid van slip van de belasting niet kritisch is.

Vectorcontrole

Om van deze tekortkomingen af ​​te komen, stelden de ingenieurs van Siemens in 1971 voor om vectorbesturing van de motor te gebruiken, waarbij de besturing wordt uitgevoerd met feedback over de grootte van de magnetische flux. De eerste vectorbesturingssystemen bevatten stromingssensoren in de motoren.

Tegenwoordig is de benadering van deze methode iets anders: met het wiskundige model van de motor kunt u de rotorsnelheid en het asmoment berekenen, afhankelijk van de huidige fasestromen (uit de frequentie en waarden van de stromen in de statorwikkelingen) .

Deze meer progressieve benadering maakt een onafhankelijke en bijna traagheidsregeling mogelijk van zowel het askoppel als het astoerental onder belasting, aangezien het regelproces ook rekening houdt met de fasen van de stromen.

Sommige meer nauwkeurige vectorbesturingssystemen zijn uitgerust met snelheidsfeedbacklussen, terwijl besturingssystemen zonder snelheidssensoren sensorloos worden genoemd.

Dus, afhankelijk van het toepassingsgebied van deze of gene elektrische aandrijving, zal het vectorbesturingssysteem zijn eigen kenmerken hebben, zijn eigen mate van regelnauwkeurigheid.

Wanneer de nauwkeurigheidseisen voor snelheidsregeling een afwijking tot 1,5% toestaan ​​en het regelbereik niet groter is dan 1 op 100, dan voldoet het sensorloze systeem. Als de nauwkeurigheid van de snelheidsaanpassing met een afwijking van niet meer dan 0,2% vereist is en het bereik wordt teruggebracht tot 1 tot 10.000, dan is het noodzakelijk om feedback te hebben voor de assnelheidssensor. De aanwezigheid van een snelheidssensor in vectorbesturingssystemen maakt een nauwkeurige koppelregeling mogelijk, zelfs bij lage frequenties tot 1 Hz.

Vectorcontrole heeft dus de volgende voordelen. Hoge nauwkeurigheid van rotorsnelheidsregeling (en zonder snelheidssensor erop) zelfs onder omstandigheden van dynamisch veranderende asbelasting, terwijl er geen kicks zullen zijn. Soepele en gelijkmatige rotatie van de as bij lage toerentallen. Hoog rendement door lage verliezen bij optimale voedingsspanningskarakteristieken.

Vectorbesturing is niet zonder nadelen. De complexiteit van computationele bewerkingen.De noodzaak om de initiële gegevens in te stellen (variabele aandrijfparameters).

Voor een elektrische groepsaandrijving is vectorbesturing principieel ongeschikt, hier is scalaire besturing beter.