Az indukciós motorok skalár (V / f) vezérlésének megértése

Ebben a cikkben megpróbáljuk megérteni, hogyan valósítják meg a skaláris vezérlő algoritmust az indukciós motor fordulatszámának szabályozásához viszonylag egyszerű számításokkal, és mégis elérünk egy ésszerűen jó lineárisan változtatható motorszabályozást.

Számos legfontosabb piaci elemzés jelentései azt mutatják indukciós motorok a legnépszerűbbek a nehéz ipari motorokkal kapcsolatos alkalmazások és munkák kezelésében. Az indukciós motorok népszerűségének fő okai alapvetően annak nagyfokú robusztusságának, a kopás szempontjából nagyobb megbízhatóságnak és a viszonylag magas funkcionális hatékonyságnak köszönhetők.

Ez azt jelenti, hogy az indukciós motoroknak van egy tipikus hátránya, mivel ezeket a szokásos hagyományos módszerekkel nem könnyű irányítani. Az indukciós motorok vezérlése meglehetősen bonyolult a meglehetősen összetett matematikai konfiguráció miatt, amely elsősorban a következőket tartalmazza:

• Nemlineáris válasz magtelítettségnél
• A tekercselés változó hőmérséklete miatti ingadozások instabilitása.

Ezen kritikus szempontok miatt az indukciós motor vezérlésének megvalósítása optimálisan igényel egy alaposan kiszámított, nagy megbízhatóságú algoritmust, például egy „vektoros vezérlés” módszerrel és ezen felül egy mikrokontroller alapú feldolgozó rendszerrel.

A skaláris vezérlés megvalósításának megértése

Van azonban egy másik módszer, amely sokkal egyszerűbb konfigurációval alkalmazható az indukciós motor vezérlésének megvalósítására, ez a skaláris vezérlés, amely nem vektoros hajtástechnikákat tartalmaz.

Valójában lehetséges egy váltakozó áramú indukciós motor stabil állapotba kapcsolása, ha azt egyenes feszültség-visszacsatolással és áramvezérelt rendszerekkel működtetik.

Ebben a skaláris módszerben a skaláris változó módosítható, amint a megfelelő értéket elértük, gyakorlatilag kísérletezéssel, vagy megfelelő képletek és számítások segítségével.

Ezután ezt a mérést fel lehet használni a motor vezérlésének megvalósítására nyitott hurok áramkörön vagy zárt visszacsatolási hurok topológián keresztül.

Annak ellenére, hogy a szabályozás skaláris módszere meglehetősen jó egyensúlyi eredményeket ígér a motoron, átmeneti reakciója nem biztos, hogy megfelel a jelzésnek.

Hogyan működnek az indukciós motorok

Az indukciós motorokban az „indukció” szó működésének egyedi módjára utal, amelyben a forgórész mágnesezése az állórész tekercsével a művelet döntő aspektusává válik.

Amikor váltakozó áramot alkalmazunk az állórész tekercsén, az állórész tekercséből származó oszcilláló mágneses mező kölcsönhatásba lép a rotor armatúrájával, és új mágneses teret hoz létre a rotoron, amely viszont reagál az állórész mágneses mezőjével, és nagy forgási nyomatékot vált ki a rotoron. . Ez a forgatónyomaték biztosítja a gép számára a szükséges tényleges mechanikai teljesítményt.

Mi a háromfázisú mókusketrec indukciós motor

Ez az indukciós motorok legnépszerűbb változata, és széles körben használják ipari alkalmazásokban. A mókusketrec-indukciós motorban a rotor rúdszerű vezetők sorozatát hordozza, amelyek körülveszik a rotor tengelyét, és egyedi ketrecszerű szerkezetet mutatnak be, ezért a „mókusketrec” elnevezést.

Ezeket a torzokat, amelyek alakja ferde és a forgótengely körül halad, vastag és masszív fémgyűrűkkel rögzítik a rudak végén. Ezek a fémgyűrűk nemcsak segítenek a rudak erős rögzítésében, hanem a rácsok közötti alapvető rövidzárlatot is biztosítják.

Ha az állórész tekercselését szekvenáló háromfázisú szinuszos váltakozó árammal alkalmazzák, akkor a keletkező mágneses tér is ugyanolyan sebességgel kezd mozogni, mint a háromfázisú állórész szinusz frekvenciája (ωs).

Mivel a mókusketrec rotorszerelvény az állórész tekercsében van tartva, az állórész tekercseléséből származó fenti váltakozó háromfázisú mágneses mező reagál a rotorszerelettel, ekvivalens mágneses teret indukálva a ketrec szerelvény rúdvezetékein.

Ez arra kényszeríti a másodlagos mágneses teret, hogy felépüljön a rotorrudak körül, és ennek következtében ez az új mágneses mező kénytelen kölcsönhatásba lépni az állórész mezőjével, és olyan forgatónyomatékot hajt végre a rotoron, amely megpróbálja követni az állórész mágneses terének irányát.

Ennek során a rotor sebessége megpróbálja elérni az állórész frekvencia sebességét, és amikor az állórész szinkron mágneses mező sebességéhez közeledik, az állórész frekvencia sebessége és a rotor forgási sebessége közötti relatív sebességkülönbség e csökkenni kezd, ami a mágneses csökkenését okozza. a rotor mágneses mezőjének kölcsönhatása az állórész mágneses mezőjén, végül csökkentve a forgórész nyomatékát és a rotor ekvivalens teljesítményét.

Ez a rotor minimális teljesítményéhez vezet, és ebben a sebességben állítólag a rotor állandósult, ahol a rotor terhelése egyenértékű és megfelel a rotor nyomatékának.

Az indukciós motor terhelésre adott reakciója az alábbiakban ismertetett módon foglalható össze:

Mivel kötelezővé válik a rotor (tengely) és a belső állórész frekvencia közötti finom különbség fenntartása, a terhelést ténylegesen kezelő rotor sebessége kissé csökkentett sebességgel forog, mint az állórész frekvenciája. Ezzel ellentétben, ha feltételezzük, hogy az állórészt 50Hz 3 fázisú tápellátással alkalmazzák, akkor ennek az 50Hz frekvenciának az állórész tekercsében a szögsebessége mindig valamivel nagyobb lesz, mint a rotor forgási sebességének válasza, ezt eleve fenntartják az optimális bekapcsolja a rotort.

Mi a csúszás az indukciós motorban

Az állórész frekvencia szögsebessége és a rotor reagálási fordulatszáma közötti relatív különbséget „csúszásnak” nevezzük. A csúszásnak akkor is jelen kell lennie, ha a motort tereporientált stratégiával működtetik.

Mivel az indukciós motorokban a rotortengely forgása nem függ semmilyen külső gerjesztéstől, hagyományos csúszógyűrűk vagy kefék nélkül is működhet, így gyakorlatilag nulla kopás, nagy hatékonyság és karbantartás mellett olcsó.

Ezekben a motorokban a nyomatéktényezőt az állórész és a rotor mágneses fluxusai között beállított szög határozza meg.

Az alábbi diagramot nézve láthatjuk, hogy a rotor sebessége Ω-ként van megadva, és az állórészen és a rotoron átmenő frekvenciákat az „s” paraméter vagy a csúszás határozza meg, a következő képlettel:

s = ( ω s - ω r ) / ω s

A fenti kifejezésben s az a „csúszás”, amely különbséget mutat az állórész szinkron frekvenciasebessége és a rotor tengelyén kialakult tényleges motorsebesség között.

A skaláris sebességszabályozás elméletének megértése

Az indukciós motor vezérlés koncepcióiban hol Műszaki V / Hz alkalmazzák, a fordulatszám-szabályozást az állórész feszültségének a frekvenciához való igazításával valósítják meg úgy, hogy a légrés fluxusa soha ne tudjon kitérni az egyensúlyi állapot várt tartományán túlra, más szóval ebben a becsült állandó állapotban maradjon értéket, ezért hívják skaláris vezérlés módszer, mivel a technika nagymértékben függ a motor fordulatszámának szabályozásában az egyensúlyi állapot dinamikájától.

Megérthetjük ennek a koncepciónak a működését, ha hivatkozunk a következő ábrára, amely a skaláris szabályozási technika egyszerűsített sémáját mutatja be. A berendezésben feltételezzük, hogy az állórész ellenállása (Rs) nulla, míg az állórész szivárgási induktivitása (LI) hatással van a rotor szivárgására és a mágneses induktivitásra (LIr). A légrés fluxusának nagyságát ténylegesen ábrázoló (LIr) látható, hogy a teljes szivárgásinduktivitás előtt tolódott (Ll = Lls + Llr).

Emiatt a mágnesező áram által létrehozott légrés fluxusa hozzávetőleges értéket kap, amely közel áll az állórész frekvenciaarányához. Így az állandósult állapotfelmérés fáziskifejezése a következőképpen írható:

Az indukciós motorok esetében, amelyek lineáris mágneses tartományaikban működnek, az Lm nem változik és állandó marad, ilyen esetekben a fenti egyenlet a következőképpen fejezhető ki:

Ahol V és Λ az állórész feszültségének és az állórész fluxusának értéke, míg Ṽ a fázisparamétert jelenti a tervezésben.

A fenti utolsó kifejezés egyértelműen megmagyarázza, hogy amíg a V / f arányt állandó értéken tartják, függetlenül a bemeneti frekvencia (f) változásától, a fluxus is állandó marad, ami lehetővé teszi a toque működését a tápfeszültség frekvenciájának függvényében . Ez azt jelenti, hogy ha az ΛM értéket állandó szinten tartják, akkor a Vs / ƒ arány is állandó releváns sebességgel jelenik meg. Ezért amikor a motor fordulatszáma növekszik, az állórész tekercsének feszültségét is arányosan meg kell növelni, hogy állandó Vs / f maradjon fenn.

Azonban itt a csúszás a motorhoz kapcsolt terhelés függvénye, a szinkron frekvenciasebesség nem ábrázolja a motor valós sebességét.

A rotor terhelési nyomatékának hiányában a keletkező csúszás elhanyagolhatóan kicsi lehet, lehetővé téve a motor számára, hogy közel a szinkron fordulatszámhoz.

Éppen ezért az alap Vs / f vagy a V / Hz konfiguráció általában nem képes az indukciós motor pontos fordulatszám-szabályozásának megvalósítására, ha a motort terhelési nyomatékkal rögzítik. A csúszáskompenzáció azonban meglehetősen könnyen bevezethető a rendszerben a sebesség mérésével együtt.

Az alábbi grafikus ábrázolás egyértelműen ábrázolja a sebességérzékelőt egy zárt hurok V / Hz rendszerben.

A gyakorlati megvalósításokban az állórész feszültségének és frekvenciájának aránya általában ezen paraméterek besorolásától függ.

A V / Hz sebességszabályozás elemzése

A következő V / Hz analízis a következő ábrán látható.

Alapvetően 3 sebességválasztási tartományt talál egy V / Hz profilon belül, amelyek a következő pontokból érthetők:

• Hivatkozva 4. ábra amikor a levágási frekvencia a 0-fc tartományban van, elengedhetetlenné válik egy feszültségbemenet, amely potenciális esést eredményez az állórész tekercsében, és ezt a feszültségesést nem lehet figyelmen kívül hagyni, és a Vs tápfeszültség növelésével kell kompenzálni. Ez azt jelzi, hogy ebben a régióban a V / Hz arányprofil nem lineáris függvény. Analitikusan ki tudjuk értékelni az fc levágott frekvenciáját a megfelelő állórész-feszültségekre, az Rs ≠ 0 állandósult egyenértékű áramkör segítségével.
• Az fc-r (névleges) Hz tartományban képes állandó Vs / Hz összefüggést végrehajtani, ebben az esetben a kapcsolat meredeksége a a légrés fluxusának mennyisége .
• Az f (névleges) túllépésnél, amely magasabb frekvenciákon fut, lehetetlenné válik a Vs / f arány állandó sebességgel történő végrehajtása, mivel ebben a helyzetben az állórész feszültsége f (névleges) értéknél korlátozottá válik. Ez azért történik, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az állórész tekercselését nem éri-e szigetelés. Ennek a helyzetnek a következtében az így létrejövő légrés fluxusa veszélybe kerül és csökken, ami ennek megfelelően csökkenő forgatónyomatékhoz vezet. Az indukciós motorok ezen működési szakaszát nevezzük „Mezőgyengülő régió” . Az ilyen jellegű helyzetek elkerülése érdekében ezekben a frekvenciatartományokban általában nem tartják be az állandó V / Hz szabályt.

Az állandó állórész mágneses fluxusának jelenléte miatt, függetlenül az állórész tekercselésének frekvenciaváltozásától, a rotor nyomatékának most csak a csúszási sebességre kell támaszkodnia, ez a hatás a 5. ábra felett

Megfelelő csúszási sebesség-szabályozással az indukciós motor fordulatszáma, a rotor terhelésének nyomatékával együtt hatékonyan szabályozható állandó V / Hz elv alkalmazásával.

Ezért függetlenül attól, hogy nyitott vagy zárt hurkú sebességszabályozási módról van szó, mindkettő megvalósítható az állandó V / Hz szabály alkalmazásával.

Nyílt hurkú vezérlési mód alkalmazható olyan alkalmazásokban, ahol a fordulatszám-szabályozás pontossága nem lehet fontos tényező, például a HVAC egységekben, vagy a ventilátorhoz és a ventilátorhoz hasonló berendezéseknél. Ilyen esetekben a terhelés frekvenciáját a motor szükséges sebességszintjére hivatkozva találjuk meg, és a rotor sebessége várhatóan megközelíti a pillanatnyi szinkron sebességet. A motor megcsúszásából adódó fordulatszám bármilyen eltérését általában figyelmen kívül hagyják és elfogadják az ilyen alkalmazások.

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