Скаларно и векторно управление на асинхронни двигатели — каква е разликата?

Асинхронен двигател — двигател с променлив ток, при който токове в намотките на статора създават въртящо се магнитно поле. Това магнитно поле индуцира токове в намотката на ротора и, въздействайки върху тези токове, носи ротора със себе си.

Въпреки това, за да може въртящото се магнитно поле на статора да индуцира токове във въртящ се ротор, роторът при своето въртене трябва леко да изостава от въртящото се поле на статора. Следователно в асинхронния двигател скоростта на ротора винаги е малко по -малка от скоростта на въртене на магнитното поле (което се определя от честотата на променливия ток, захранващ двигателя).

Забавянето на ротора от въртящото се магнитно поле на статора (приплъзване на ротора) колкото повече, толкова по -голямо е натоварването на двигателя. Липсата на синхрон между въртенето на ротора и магнитното поле на статора е характерна черта на асинхронния двигател, откъдето произлиза и името му.

Въртящото се магнитно поле в статора се генерира от намотки, снабдени с фазово изместени токове. Обикновено за тази цел се използва трифазен променлив ток. Съществуват и еднофазни асинхронни двигатели, при които фазовото изместване между токовете в намотките се създава чрез включване на различни реактивно съпротивления в намотките.

За да се регулира ъгловата скорост на въртене на ротора, както и въртящият момент върху вала на съвременните безчеткови двигатели, се използва векторно или скаларно управление на електрическото задвижване.

Скаларен контрол

Най -разпространено беше управление на скаларен асинхронен двигател, когато например за контрол на скоростта на въртене на вентилатор или помпа е достатъчно да се поддържа постоянна скорост на въртене на ротора, за това е достатъчен сигнал за обратна връзка от сензор за налягане или от датчик за скорост .

Принципът на скаларно управление е прост: амплитудата на захранващото напрежение е функция на честотата, като съотношението напрежение към честота е приблизително постоянно.

Специфичната форма на тази зависимост е свързана с натоварването на вала, но принципът остава същият: увеличаваме честотата, а напрежението пропорционално се увеличава в зависимост от натоварването, характерно за дадения двигател.

В резултат на това магнитният поток в пролуката между ротора и статора се поддържа почти постоянен. Ако съотношението напрежение към честота се отклони от номиналното за даден двигател, тогава двигателят ще бъде или превъзбуден, или недовъзбуден, което ще доведе до загуби в двигателя и до неизправности в работния процес.

По този начин скаларното управление прави възможно постигането на почти постоянен въртящ момент на вала в работния честотен диапазон, независимо от честотата, но при ниски обороти въртящият момент все още намалява (за да се предотврати това, е необходимо да се увеличи напрежението -съотношение към честотата), следователно, за всеки двигател има строго определен работен скаларен диапазон на управление.

Освен това е невъзможно да се изгради скаларна система за управление на скоростта без датчик за скорост, монтиран на вала, защото натоварването влияе силно на изоставането на реалната скорост на ротора от честотата на захранващото напрежение. Но дори и със сензор за скорост със скаларно управление, няма да е възможно да се регулира въртящият момент с висока точност (поне така, че да е икономически осъществимо).

Това е недостатъкът на скаларното управление, което обяснява относителния недостиг на неговите приложения, ограничен главно до конвенционалните асинхронни двигатели, където зависимостта на приплъзването от товара не е критична.

Векторно управление

За да се отърват от тези недостатъци, през 1971 г. инженерите на Siemens предложиха да се използва векторно управление на двигателя, при което управлението се извършва с обратна връзка за величината на магнитния поток. Първите векторни системи за управление съдържат сензори за потока в двигателите.

Днес подходът към този метод е малко по -различен: математическият модел на двигателя ви позволява да изчислите скоростта на ротора и момента на вала в зависимост от текущите фазови токове (от честотата и стойностите на токовете в статора намотки).

Този по -прогресивен подход дава възможност за независимо и почти инерционно управление както на въртящия момент на вала, така и на скоростта на въртене на вала при натоварване, тъй като процесът на управление взема предвид и фазите на токовете.

Някои по -прецизни векторни системи за управление са оборудвани с вериги за обратна връзка по скорост, докато системите за управление без сензори за скорост се наричат ​​безсензорни.

Така че, в зависимост от областта на приложение на това или онова електрическо задвижване, неговата векторна система за управление ще има свои собствени характеристики, своя собствена степен на точност на регулиране.

Когато изискванията за точност за регулиране на скоростта позволяват отклонение до 1,5%и диапазонът на регулиране не надвишава 1 на 100, тогава безсензорната система е добре. Ако се изисква точността на регулиране на скоростта с отклонение не повече от 0,2%и обхватът е намален до 1 до 10 000, тогава е необходимо да има обратна връзка за сензора за скорост на вала. Наличието на сензор за скорост в векторните системи за управление позволява прецизно управление на въртящия момент дори при ниски честоти до 1 Hz.

Така че, векторното управление има следните предимства. Висока точност на регулиране на скоростта на ротора (и без сензор за скорост на него) дори при условия на динамично променящо се натоварване на вала, докато няма да има никакви ритници. Плавно и равномерно въртене на вала при ниски обороти. Висока ефективност поради ниски загуби при условия на оптимални характеристики на захранващото напрежение.

Векторното управление не е без недостатъци. Сложността на изчислителните операции. Необходимостта от задаване на първоначалните данни (параметри на променливото задвижване).

За групово електрическо задвижване векторното управление е фундаментално неподходящо, тук скаларното управление е по -добро.