Izpratne par asinhrono motoru skalāro (V / f) vadību

Šajā rakstā mēs centīsimies saprast, kā tiek ieviests skalārais vadības algoritms asinhronā motora ātruma kontrolei ar salīdzinoši vienkāršiem aprēķiniem, un tomēr panākt samērā labu motora lineāri mainīgu ātruma kontroli.

Daudzu populārāko tirgus analīžu ziņojumi to atklāj asinhronie motori ir vispopulārākie, strādājot ar smago rūpniecisko motoru lietojumiem un darbiem. Galvenie asinhrono motoru popularitātes iemesli galvenokārt ir to augstā izturība, lielāka uzticamība nodiluma ziņā un salīdzinoši augstā funkcionālā efektivitāte.

Tas nozīmē, ka asinhronajiem motoriem ir viens tipisks trūkums, jo tos nav viegli vadīt ar parastajām parastajām metodēm. Asinhrono motoru vadība ir samērā sarežģīta, ņemot vērā tā diezgan sarežģīto matemātisko konfigurāciju, kas galvenokārt ietver:

• Nelineāra atbilde pie kodola piesātinājuma
• Nestabilitāte formas svārstībās mainīgas tinuma temperatūras dēļ.

Šo kritisko aspektu dēļ asinhronā motora vadības ieviešana optimāli prasa rūpīgi aprēķinātu algoritmu ar augstu uzticamību, piemēram, izmantojot “vektoru vadības” metodi un papildus izmantojot uz mikrokontrolleru balstītu apstrādes sistēmu.

Izpratne par skalārās vadības ieviešanu

Tomēr pastāv vēl viena metode, ko var pielietot asinhronā motora vadības ieviešanai, izmantojot daudz vieglāku konfigurāciju, tā ir skalārā vadība, kurā ir iekļautas ne vektora piedziņas metodes.

Faktiski ir iespējams ieslēgt maiņstrāvas asinhrono motoru vienmērīgā stāvoklī, darbinot to ar tiešu sprieguma atgriezenisko saiti un ar strāvu kontrolētām sistēmām.

Šajā skalārajā metodē skalāro mainīgo var pielāgot, kad tiek sasniegta tā pareizā vērtība, praktiski eksperimentējot vai izmantojot piemērotas formulas un aprēķinus.

Pēc tam šo mērījumu var izmantot motora vadības ieviešanai, izmantojot atvērta kontūra ķēdi vai caur slēgtas atgriezeniskās saites cilpa topoloģiju.

Pat ja skalārā vadības metode sola samērā labus motora līdzsvara stāvokļa rezultātus, tā pārejošā reakcija var nebūt līdz atzīmei.

Kā darbojas indukcijas motori

Vārds 'indukcija' asinhronajos motoros attiecas uz unikālu tā darbības veidu, kurā rotora magnētēšana ar statora tinumu kļūst par būtisku darbības aspektu.

Pieliekot maiņstrāvu pāri statora tinumam, svārstīgais magnētiskais lauks no statora tinuma mijiedarbojas ar rotora armatūru, radot jaunu rotora magnētisko lauku, kas savukārt reaģē ar statora magnētisko lauku, izraisot lielu rotora griezes momenta daudzumu . Šis rotācijas griezes moments nodrošina nepieciešamo efektīvo mehānisko jaudu mašīnai.

Kas ir trīsfāžu vāveres būra indukcijas motors

Tas ir vispopulārākais asinhrono motoru variants un tiek plaši izmantots rūpnieciskām vajadzībām. Vāveres būra asinhronajā motorā rotors pārvadā virkni stieņu, piemēram, vadītāju, kas ieskauj rotora asi, uzrādot unikālu būrim līdzīgu struktūru un līdz ar to arī nosaukumu “vāveres būris”.

Šie stieņi, kas ir izliekti pēc formas un virzās pa rotora asi, ir piestiprināti ar bieziem un izturīgiem metāla gredzeniem stieņu galos. Šie metāla gredzeni ne tikai palīdz stingri nostiprināt stieņus savā vietā, bet arī nodrošina būtisku elektrisko īssavienojumu pāri stieņiem.

Kad statora tinumu pieliek ar sekvencējošu 3 fāžu sinusoidālu maiņstrāvu, iegūtais magnētiskais lauks arī sāk kustēties ar tādu pašu ātrumu kā 3 fāžu statora sinusa frekvence (ωs).

Tā kā vāveres būra rotora mezgls tiek turēts statora tinumā, iepriekšminētais mainīgais 3 fāžu magnētiskais lauks no statora tinuma reaģē ar rotora bloku, izraisot līdzvērtīgu magnētisko lauku uz būra komplekta stieņu vadītājiem.

Tas liek sekundārajam magnētiskajam laukam uzkrāties ap rotora stieņiem, un tāpēc šis jaunais magnētiskais lauks ir spiests mijiedarboties ar statora lauku, izpildot rotora rotācijas griezes momentu, kas mēģina sekot statora magnētiskā lauka virzienam.

Šajā procesā rotora ātrums mēģina sasniegt statora frekvences ātrumu, un, tuvojoties statora sinhronā magnētiskā lauka ātrumam, relatīvā ātruma starpība e starp statora frekvences ātrumu un rotora rotācijas ātrumu sāk samazināties, kas izraisa magnētiskā ātruma samazināšanos. rotora magnētiskā lauka mijiedarbība pār statora magnētisko lauku, galu galā samazinot rotora griezes momentu un līdzvērtīgu rotora jaudu.

Tas noved pie minimālās jaudas uz rotoru, un ar šo ātrumu tiek uzskatīts, ka rotors ir ieguvis līdzsvara stāvokli, kur rotora slodze ir līdzvērtīga un atbilst rotora griezes momentam.

Asinhronā motora darbību, reaģējot uz slodzi, var apkopot šādi:

Tā kā kļūst obligāti jāuztur smalka atšķirība starp rotora (vārpstas) ātrumu un iekšējā statora frekvences ātrumu, rotora ātrums, kas faktiski iztur slodzi, griežas ar nedaudz samazinātu ātrumu nekā statora frekvences ātrums. Un otrādi, ja pieņemam, ka statoru pielieto ar 50Hz 3 fāžu barošanu, tad šīs 50Hz frekvences leņķiskais ātrums visā statora tinumā vienmēr būs nedaudz lielāks par reakciju rotora rotācijas ātrumā, tas pēc būtības tiek uzturēts, lai nodrošinātu optimālu strāvas padeve uz rotora.

Kas ir indukcijas motora slīdēšana

Relatīvā starpība starp statora frekvences leņķisko ātrumu un rotora reakcijas rotācijas ātrumu tiek saukta par “slīdēšanu”. Slīdēšanai jābūt pat situācijās, kad motoru darbina ar lauka stratēģiju.

Tā kā asinhrono motoru rotora vārpsta nav atkarīga no jebkādas ārējas ierosmes tās rotācijai, tā var darboties bez parastajiem slīdošajiem gredzeniem vai sukām, nodrošinot praktiski nulles nodilumu, augstu efektivitāti un tomēr lētu uzturēšanu.

Šajos motoros griezes momenta koeficientu nosaka leņķis, kas noteikts starp statora un rotora magnētiskajām plūsmām.

Aplūkojot zemāk redzamo diagrammu, mēs varam redzēt, ka rotora ātrums tiek piešķirts kā Ω, un frekvences pāri statoram un rotoram nosaka parametrs “s” vai slīdēšana, kas parādīta ar formulu:

s = ( ω s - ω r ) / ω s

Iepriekš minētajā izteiksmē s ir “slīdēšana”, kas parāda atšķirību starp statora sinhronā frekvences ātrumu un faktisko motora apgriezienu skaitu, kas izveidots uz rotora vārpstas.

Izpratne par skalārā ātruma kontroles teoriju

Asinhronā motora vadības koncepcijās kur Tehniskais V / Hz tiek izmantots, ātruma regulēšana tiek veikta, noregulējot statora spriegumu attiecībā pret frekvenci tā, lai gaisa spraugas plūsma nekad nespētu novirzīties ārpus paredzētā līdzsvara stāvokļa diapazona, citiem vārdiem sakot, tā tiek uzturēta šajā aplēstajā līdzsvara stāvoklī vērtība, un tāpēc to sauc arī par skalārā kontrole metodi, jo tehnika lielā mērā ir atkarīga no līdzsvara stāvokļa dinamikas, lai kontrolētu motora ātrumu.

Mēs varam saprast šīs koncepcijas darbību, atsaucoties uz nākamo attēlu, kurā parādīta skalārā vadības paņēmiena vienkāršotā shēma. Uzstādījumā tiek pieņemts, ka statora pretestība (Rs) ir nulle, savukārt statora noplūdes induktivitāte (LI) atstāj iespaidu uz rotora noplūdi un magnetizējošo induktivitāti (LIr). Var redzēt, ka (LIr), kas faktiski attēlo gaisa spraugas plūsmas lielumu, ir virzīts pirms kopējās noplūdes induktivitātes (Ll = Lls + Llr).

Tāpēc magnētiskās strāvas radītā gaisa spraugas plūsma iegūst aptuvenu vērtību, kas ir tuvu statora frekvences attiecībai. Tādējādi līdzsvara stāvokļa novērtējuma fāzes izteiksmi var uzrakstīt šādi:

Indukcijas motoriem, kas, iespējams, darbojas to lineārajos magnētiskajos apgabalos, Lm nemainīsies un paliks nemainīgs, šādos gadījumos iepriekš minēto vienādojumu var izteikt kā:

Kur V un Λ ir attiecīgi statora sprieguma vērtības un statora plūsma, turpretī Ṽ projektā norāda fāzes parametru.

Pēdējā iepriekšminētā izteiksme skaidri paskaidro, ka, kamēr V / f attiecība tiek turēta nemainīga neatkarīgi no jebkādām ieejas frekvences izmaiņām (f), tad plūsma arī paliek nemainīga, kas ļauj tokam darboties neatkarīgi no barošanas sprieguma frekvences . Tas nozīmē, ka, ja ΛM tiek uzturēts nemainīgā līmenī, Vs / ƒ attiecība tiek parādīta arī ar nemainīgu atbilstošu ātrumu. Tāpēc ikreiz, kad tiek palielināts motora ātrums, arī proporcionāli jāpalielina spriegums pāri statora tinumam, lai varētu saglabāt nemainīgu Vs / f.

Tomēr šeit slīdēšana ir motora piesaistītās slodzes funkcija, sinhronais frekvences ātrums neatspoguļo motora patieso ātrumu.

Ja rotorā nav slodzes griezes momenta, iegūtais slīdējums var būt nenozīmīgi mazs, ļaujot motoram sasniegt tuvu sinhroniem ātrumiem.

Tāpēc pamata Vs / f vai V / Hz konfigurācijai, iespējams, nav iespējas ieviest precīzu asinhronā motora ātruma kontroli, ja motors ir piestiprināts ar slodzes griezes momentu. Tomēr slīdes kompensāciju var diezgan viegli ieviest sistēmā kopā ar ātruma mērīšanu.

Zemāk norādītais grafiskais attēlojums skaidri attēlo ātruma sensoru slēgtās kontūras V / Hz sistēmā.

Praktiskās realizācijās statora sprieguma un frekvences attiecība parasti var būt atkarīga no paša šo parametru vērtējuma.

V / Hz ātruma kontroles analīze

Standarta V / Hz analīzi var redzēt šajā attēlā.

V / Hz profilā jūs atradīsit 3 ātruma izvēles diapazonus, kurus var saprast no šādiem punktiem:

• Atsaucoties uz 4. attēls kad izslēgtā frekvence atrodas apgabalā 0-fc, būtiska ir sprieguma ieeja, kas rada potenciālo kritumu visā statora tinumā, un šo sprieguma kritumu nevar ignorēt, un tas ir jākompensē, palielinot barošanas spriegumu Vs. Tas norāda, ka šajā reģionā V / Hz attiecības profils nav lineāra funkcija. Mēs varam analītiski novērtēt nogriezto frekvenci fc atbilstošiem statora spriegumiem, izmantojot līdzsvara stāvokļa ekvivalenta ķēdes, kurai ir Rs ≠ 0, palīdzību.
• Reģionā fc-r (nominālā) Hz tas spēj izpildīt nemainīgu Vs / Hz attiecību, šajā gadījumā attiecību slīpums apzīmē gaisa spraugas plūsmas daudzums .
• Reģionā ārpus f (nominālā), kas darbojas ar augstākām frekvencēm, kļūst neiespējami veikt Vs / f attiecību ar nemainīgu ātrumu, jo šajā pozīcijā statora spriegumam ir tendence ierobežoties pie f (nominālās) vērtības. Tas notiek, lai pārliecinātos, ka statora tinums netiek pakļauts izolācijas sabrukumam. Šīs situācijas dēļ iegūtā gaisa spraugas plūsma mēdz būt apdraudēta un samazināta, kā rezultātā attiecīgi samazinās rotora griezes moments. Šis asinhrono motoru darbības posms tiek saukts par “Lauka vājināšanās reģions” . Lai novērstu šāda veida situāciju, šajos frekvenču diapazonos parasti netiek ievērots nemainīgs V / Hz noteikums.

Sakarā ar pastāvīga statora magnētiskās plūsmas klātbūtni neatkarīgi no frekvences izmaiņām staārajā tinumā, rotora griezei tagad ir jāpaļaujas tikai uz slīdēšanas ātrumu, šo efektu var redzēt 5. attēls virs

Izmantojot atbilstošu slīdēšanas ātruma regulēšanu, asinhronā motora ātrumu var efektīvi kontrolēt kopā ar rotora slodzes griezes momentu, izmantojot nemainīga V / Hz principu.

Tāpēc neatkarīgi no tā, vai tas ir atvērta vai slēgta ātruma vadības režīms, abus var īstenot, izmantojot nemainīgas V / Hz likumu.

Atvērtas cilpas vadības režīmu varētu izmantot lietojumprogrammās, kurās ātruma vadības precizitāte var nebūt svarīgs faktors, piemēram, HVAC blokos vai ventilatoros un ventilatoros līdzīgās ierīcēs. Šādos gadījumos slodzes biežums tiek noteikts, atsaucoties uz nepieciešamo motora ātruma līmeni, un sagaidāms, ka rotora ātrums aptuveni sekos momentānajam sinhronajam ātrumam. Šādos gadījumos jebkura veida ātruma neatbilstība, kas rodas motora paslīdēšanas dēļ, tiek ignorēta un pieņemta.

Atsauce: http://www.ti.com/lit/an/sprabq8/sprabq8.pdf