Ο βαθμωτός και διανυσματικός έλεγχος των επαγωγικών κινητήρων - ποια είναι η διαφορά;

Ασύγχρονος κινητήρας — ένας κινητήρας AC στον οποίο τα ρεύματα στις περιελίξεις του στάτη δημιουργούν ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο προκαλεί ρεύματα στην περιέλιξη του ρότορα και, ενεργώντας σε αυτά τα ρεύματα, μεταφέρει τον ρότορα μαζί του.

Ωστόσο, προκειμένου το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα να επάγει ρεύματα σε έναν περιστρεφόμενο ρότορα, ο ρότορας στην περιστροφή του πρέπει να υστερεί ελαφρώς πίσω από το περιστρεφόμενο πεδίο του στάτορα. Επομένως, σε έναν επαγωγικό κινητήρα, η ταχύτητα του ρότορα είναι πάντα ελαφρώς μικρότερη από την ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου (η οποία καθορίζεται από τη συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτεί τον κινητήρα).

Η επιβράδυνση του ρότορα από το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα (ολίσθηση ρότορα) όσο περισσότερο, τόσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο του κινητήρα. Η έλλειψη συγχρονισμού μεταξύ της περιστροφής του ρότορα και του μαγνητικού πεδίου του στάτορα είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του κινητήρα επαγωγής, εξ ου και το όνομά του.

Το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στον στάτορα δημιουργείται από περιελίξεις που τροφοδοτούνται με ρεύματα μετατόπισης φάσης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται συνήθως τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα. Υπάρχουν επίσης μονοφασικοί επαγωγικοί κινητήρες όπου η μετατόπιση φάσης μεταξύ των ρευμάτων στις περιελίξεις δημιουργείται με τη συμπερίληψη διαφορετικών αντιδράσεων στις περιελίξεις.

Για τη ρύθμιση της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής του ρότορα, καθώς και της ροπής στον άξονα των σύγχρονων κινητήρων χωρίς ψήκτρες, χρησιμοποιείται διανυσματικός ή βαθμωτός έλεγχος της ηλεκτρικής κίνησης.

Σκαλωτικός έλεγχος

Ήταν το πιο συνηθισμένο έλεγχος ενός βαθμωτού κινητήρα επαγωγής, όταν, για παράδειγμα, για τον έλεγχο της ταχύτητας περιστροφής ενός ανεμιστήρα ή μιας αντλίας αρκεί να διατηρείται μια σταθερή ταχύτητα περιστροφής του ρότορα, για αυτό αρκεί ένα σήμα ανάδρασης από έναν αισθητήρα πίεσης ή από έναν αισθητήρα ταχύτητας.

Η αρχή του βαθμωτού ελέγχου είναι απλή: το πλάτος της τάσης τροφοδοσίας είναι συνάρτηση της συχνότητας, με την αναλογία τάσης προς συχνότητα να είναι περίπου σταθερή.

Η συγκεκριμένη μορφή αυτής της εξάρτησης σχετίζεται με το φορτίο στον άξονα, αλλά η αρχή παραμένει η ίδια: αυξάνουμε τη συχνότητα και η τάση αυξάνεται αναλογικά ανάλογα με το χαρακτηριστικό φορτίου του δεδομένου κινητήρα.

Ως αποτέλεσμα, η μαγνητική ροή στο διάκενο μεταξύ του ρότορα και του στάτορα διατηρείται σχεδόν σταθερή. Εάν η αναλογία τάσης προς συχνότητα αποκλίνει από την ονομαστική για έναν κινητήρα, τότε ο κινητήρας θα είναι είτε υπερβολικά διεγερμένος είτε υποδιεγερμένος, με αποτέλεσμα απώλειες κινητήρα και δυσλειτουργίες της διαδικασίας.

Έτσι, ο βαθμωτός έλεγχος καθιστά δυνατή την επίτευξη σχεδόν σταθερής ροπής άξονα στο εύρος συχνοτήτων λειτουργίας, ανεξάρτητα από τη συχνότητα, αλλά σε χαμηλές στροφές η ροπή εξακολουθεί να μειώνεται (για να αποφευχθεί αυτό, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η αναλογία τάσης προς συχνότητα). , για κάθε κινητήρα υπάρχει ένα αυστηρά καθορισμένο εύρος βαθμωτών ελέγχου λειτουργίας.

Επίσης, είναι αδύνατο να κατασκευαστεί ένα βαθμωτό σύστημα ελέγχου ταχύτητας χωρίς αισθητήρα ταχύτητας τοποθετημένο στον άξονα, επειδή το φορτίο επηρεάζει πολύ την υστέρηση της πραγματικής ταχύτητας του ρότορα από τη συχνότητα της τάσης τροφοδοσίας. Αλλά ακόμα και με έναν αισθητήρα ταχύτητας με βαθμωτό έλεγχο, δεν θα είναι δυνατή η ρύθμιση της ροπής με υψηλή ακρίβεια (τουλάχιστον όχι οικονομικά εφικτό).

Αυτό είναι το μειονέκτημα του βαθμωτού ελέγχου, το οποίο εξηγεί τη σχετική σπανιότητα των εφαρμογών του, που περιορίζεται κυρίως στους συμβατικούς επαγωγικούς κινητήρες, όπου η εξάρτηση της ολίσθησης από το φορτίο δεν είναι κρίσιμη.

Διανυσματικός έλεγχος

Για να απαλλαγούμε από αυτές τις ελλείψεις, το 1971, οι μηχανικοί της Siemens πρότειναν τη χρήση διανυσματικού ελέγχου του κινητήρα, στον οποίο ο έλεγχος πραγματοποιείται με ανάδραση σχετικά με το μέγεθος της μαγνητικής ροής. Τα πρώτα διανυσματικά συστήματα ελέγχου περιείχαν αισθητήρες ροής στους κινητήρες.

Σήμερα, η προσέγγιση αυτής της μεθόδου είναι ελαφρώς διαφορετική: το μαθηματικό μοντέλο του κινητήρα σας επιτρέπει να υπολογίσετε την ταχύτητα του ρότορα και τη ροπή του άξονα ανάλογα με τα ρεύματα της τρέχουσας φάσης (από τη συχνότητα και τις τιμές των ρευμάτων στις περιελίξεις του στάτη) .

Αυτή η πιο προοδευτική προσέγγιση επιτρέπει τον ανεξάρτητο και σχεδόν αδρανειακό έλεγχο τόσο της ροπής του άξονα όσο και της ταχύτητας του άξονα υπό φορτίο, καθώς η διαδικασία ελέγχου λαμβάνει επίσης υπόψη τις φάσεις των ρευμάτων.

Ορισμένα πιο ακριβή συστήματα ελέγχου διανυσμάτων είναι εξοπλισμένα με βρόχους ανάδρασης ταχύτητας, ενώ τα συστήματα ελέγχου χωρίς αισθητήρες ταχύτητας ονομάζονται χωρίς αισθητήρες.

Έτσι, ανάλογα με το πεδίο εφαρμογής αυτής ή της άλλης ηλεκτρικής κίνησης, το σύστημα διανυσματικού ελέγχου του θα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, τον δικό του βαθμό ακρίβειας ρύθμισης.

Όταν οι απαιτήσεις ακρίβειας για τη ρύθμιση ταχύτητας επιτρέπουν απόκλιση έως και 1,5% και το εύρος ρύθμισης δεν υπερβαίνει το 1 στα 100, τότε το σύστημα χωρίς αισθητήρες είναι εντάξει. Εάν απαιτείται ακρίβεια ρύθμισης της ταχύτητας με απόκλιση όχι μεγαλύτερη από 0,2% και το εύρος μειωθεί από 1 έως 10.000, τότε είναι απαραίτητο να έχετε ανάδραση για τον αισθητήρα ταχύτητας άξονα. Η παρουσία ενός αισθητήρα ταχύτητας σε συστήματα διανυσματικού ελέγχου επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της ροπής ακόμη και σε χαμηλές συχνότητες έως και 1 Hz.

Έτσι, ο διανυσματικός έλεγχος έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα. Υψηλή ακρίβεια ρύθμισης της ταχύτητας του ρότορα (και χωρίς αισθητήρα ταχύτητας πάνω του) ακόμη και σε συνθήκες δυναμικά μεταβαλλόμενου φορτίου άξονα, ενώ δεν θα υπάρχουν κλωτσιές. Ομαλή και ομοιόμορφη περιστροφή του άξονα σε χαμηλές στροφές. Υψηλή απόδοση λόγω χαμηλών απωλειών υπό συνθήκες βέλτιστων χαρακτηριστικών τάσης τροφοδοσίας.

Ο διανυσματικός έλεγχος δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα. Η πολυπλοκότητα των υπολογιστικών πράξεων.Η ανάγκη ορισμού των αρχικών δεδομένων (μεταβλητές παράμετροι μονάδας δίσκου).

Για μια ομαδική ηλεκτρική κίνηση, ο διανυσματικός έλεγχος είναι ουσιαστικά ακατάλληλος, εδώ ο βαθμωτός έλεγχος είναι καλύτερος.