Asünkroonmootorite skalaar- ja vektorjuhtimine – mis vahe on?

Asünkroonne mootor — vahelduvvoolumootor, mille staatorimähistes voolud tekitavad pöörleva magnetvälja. See magnetväli indutseerib rootori mähises voolu ja nendele vooludele mõjudes kannab rootori endaga kaasas.

Selleks aga, et pöörleva staatori magnetväli tekitaks pöörlevas rootoris voolusid, peab rootor oma pöörlemisel pöörlevast staatoriväljast veidi maha jääma. Seetõttu on asünkroonmootoris rootori kiirus alati veidi väiksem kui magnetvälja pöörlemiskiirus (mille määrab mootorit toitva vahelduvvoolu sagedus).

Rootori aeglustumine staatori pöörleva magnetvälja toimel (rootori libisemine) mida rohkem, seda suurem on mootori koormus. Rootori pöörlemise ja staatori magnetvälja vahelise sünkroniseerimise puudumine on asünkroonmootori iseloomulik tunnus, sellest ka selle nimi.

Pöörleva magnetvälja staatoris tekitavad faasinihkega vooluga varustatud mähised. Tavaliselt kasutatakse selleks kolmefaasilist vahelduvvoolu. Samuti on olemas ühefaasilised asünkroonmootorid, kus mähistes olevate voolude vaheline faasinihe tekib mähiste erinevate reaktantsuste kaasamisega.

Kaasaegsete harjadeta mootorite rootori pöörlemise nurkkiiruse ja võlli pöördemomendi reguleerimiseks kasutatakse elektriajami vektor- või skalaarjuhtimist.

Skalaarne juhtimine

See oli kõige levinum skalaar-asünkroonmootori juhtimine, kui näiteks ventilaatori või pumba pöörlemiskiiruse reguleerimiseks piisab rootori konstantse pöörlemiskiiruse hoidmisest, selleks piisab rõhuanduri või kiirusanduri tagasisidesignaalist.

Skalaarjuhtimise põhimõte on lihtne: toitepinge amplituud on funktsioon sagedusest, pinge ja sageduse suhe on ligikaudu konstantne.

Selle sõltuvuse spetsiifiline vorm on seotud võlli koormusega, kuid põhimõte jääb samaks: suurendame sagedust ja pinge suureneb proportsionaalselt sõltuvalt antud mootori koormuskarakteristikust.

Selle tulemusena hoitakse rootori ja staatori vahelises pilus olevat magnetvoogu peaaegu konstantsena. Kui pinge ja sageduse suhe erineb mootori nimiväärtusest, on mootor kas üle- või alaergastatud, mille tulemuseks on mootorikadud ja protsessihäired.

Seega võimaldab skalaarjuhtimine saavutada töösageduse vahemikus peaaegu konstantse võlli pöördemomendi sõltumata sagedusest, kuid madalatel pööretel pöördemoment siiski väheneb (selle vältimiseks on vaja pinge ja sageduse suhet suurendada), mistõttu , iga mootori jaoks on rangelt määratletud skalaarjuhtimisvahemik.

Samuti on võimatu ehitada skalaarset kiiruse reguleerimise süsteemi ilma võllile paigaldatud kiirusandurita, kuna koormus mõjutab suuresti rootori tegeliku pöörlemissageduse mahajäämust toitepinge sagedusest. Kuid isegi skalaarjuhtimisega kiirusanduriga ei ole võimalik pöördemomenti suure täpsusega reguleerida (vähemalt mitte majanduslikult otstarbekas).

See on skalaarkontrolli puudus, mis seletab selle rakenduste suhtelist nappust, mis piirdub peamiselt tavaliste asünkroonmootoritega, kus libisemise sõltuvus koormusest ei ole kriitiline.

Vektorjuhtimine

Nendest puudustest vabanemiseks tegid Siemensi insenerid 1971. aastal ettepaneku kasutada mootori vektorjuhtimist, mille puhul juhtimine toimub magnetvoo suuruse tagasisidega. Esimesed vektorjuhtimissüsteemid sisaldasid mootorites vooluandureid.

Tänapäeval on lähenemine sellele meetodile veidi erinev: mootori matemaatiline mudel võimaldab arvutada rootori kiiruse ja võlli momendi sõltuvalt praegustest faasivooludest (staatori mähiste voolude sagedusest ja väärtustest). .

Selline progressiivsem lähenemine võimaldab iseseisvalt ja peaaegu inertsiaalselt juhtida nii võlli pöördemomenti kui ka võlli kiirust koormuse all, kuna juhtimisprotsess võtab arvesse ka voolude faase.

Mõned täpsemad vektorjuhtimissüsteemid on varustatud kiiruse tagasiside aasadega, ilma kiirusanduriteta juhtimissüsteeme nimetatakse anduriteta.

Niisiis, olenevalt selle või selle elektriajami rakendusalast on selle vektorjuhtimissüsteemil oma omadused, oma reguleerimise täpsusaste.

Kui kiiruse reguleerimise täpsusnõuded lubavad hälvet kuni 1,5% ja reguleerimisvahemik ei ületa 1:100, siis on anduriteta süsteem korras. Kui nõutakse kiiruse reguleerimise täpsust, mille kõrvalekalle ei ületa 0,2%, ja vahemikku vähendatakse 1 kuni 10 000-ni, siis on vaja võlli kiiruseanduri tagasisidet. Kiiruseanduri olemasolu vektorjuhtimissüsteemides võimaldab täpset pöördemomendi juhtimist isegi madalatel sagedustel kuni 1 Hz.

Seega on vektorjuhtimisel järgmised eelised. Rootori kiiruse reguleerimise kõrge täpsus (ja ilma kiirusandurita) isegi dünaamiliselt muutuva võlli koormuse tingimustes, samas kui lööke ei toimu. Võlli sujuv ja ühtlane pöörlemine madalatel pööretel. Kõrge efektiivsus tänu väikestele kadudele optimaalsete toitepinge omaduste tingimustes.

Vektorjuhtimine pole ilma puudusteta. Arvutusoperatsioonide keerukus.Algandmete (muutuvad ajami parameetrid) seadistamise vajadus.

Grupi elektriajami jaoks on vektorjuhtimine põhimõtteliselt sobimatu, siin on skalaarjuhtimine parem.