Indikaattoreiden skalaarisen (V / f) ohjauksen ymmärtäminen

Tässä artikkelissa yritämme ymmärtää, kuinka skalaarinen ohjausalgoritmi toteutetaan induktiomoottorin nopeuden säätämiseksi suhteellisen yksinkertaisilla laskelmilla, ja silti saavutetaan kohtuullisen hyvä moottorin lineaarisesti muuttuva nopeuden säätö.

Monien parhaiden markkina-analyysien raportit paljastavat sen induktiomoottorit ovat suosituimpia raskaiden teollisuusmoottoreihin liittyvien sovellusten ja työpaikkojen käsittelyssä. Tärkeimmät syyt induktiomoottoreiden suosioon johtuvat periaatteessa sen korkeasta kestävyydestä, suuremmasta luotettavuudesta kulumisongelmien suhteen ja suhteellisen korkeasta toiminnallisesta hyötysuhteesta.

Induktiomoottoreilla on yksi tyypillinen haittapuoli, koska niitä ei ole helppo hallita tavanomaisilla tavanomaisilla menetelmillä. Induktiomoottoreiden hallinta on suhteellisen vaativaa sen melko monimutkaisen matemaattisen kokoonpanon vuoksi, joka sisältää pääasiassa:

• Epälineaarinen vaste ytimen kylläisyydellä
• Epävakaus muodon värähtelyissä käämityksen lämpötilan vaihtelusta johtuen.

Näiden kriittisten näkökohtien vuoksi induktiomoottorin ohjauksen toteuttaminen vaatii optimaalisesti perusteellisesti lasketun algoritmin, jolla on suuri luotettavuus, esimerkiksi 'vektorisäätö' -menetelmällä ja lisäksi käyttämällä mikrokontrolleripohjaista prosessointijärjestelmää.

Scalar Control -toteutuksen ymmärtäminen

On kuitenkin olemassa toinen menetelmä, jota voidaan soveltaa induktiomoottorin ohjauksen toteuttamiseksi paljon helpommalla kokoonpanolla, se on skalaarinen ohjaus, joka sisältää ei-vektorikäyttöiset tekniikat.

AC-induktiomoottori on tosiasiallisesti mahdollista saada vakaaseen tilaan käyttämällä sitä suoraviivaisella jännitteen takaisinkytkentä- ja virtaohjattuilla järjestelmillä.

Tässä skalaarimenetelmässä skalaarimuuttujaa voidaan säätää, kun sen oikea arvo saavutetaan joko kokeilemalla käytännössä tai soveltuvien kaavojen ja laskelmien avulla.

Seuraavaksi tätä mittausta voidaan käyttää moottorin ohjauksen toteuttamiseen avoimen piirin piirin tai suljetun takaisinkytkentäsilmukan topologian kautta.

Vaikka skalaarinen ohjausmenetelmä lupaa kohtuullisen hyvät vakaan tilan tulokset moottorissa, sen ohimenevä vaste ei välttämättä ole merkin yläpuolella.

Kuinka induktiomoottorit toimivat

Sana 'induktio' induktiomoottoreissa viittaa sen ainutlaatuiseen toimintatapaan, jossa roottorin magnetisoinnista staattorin käämityksellä tulee toiminnan keskeinen osa.

Kun vaihtovirtaa syötetään staattorin käämityksen yli, staattorin käämin värähtelevä magneettikenttä on vuorovaikutuksessa roottorin ankkurin kanssa, mikä luo uuden magneettikentän roottoriin, mikä puolestaan ​​reagoi staattorin magneettikentän kanssa aiheuttaen suuren määrän pyörimismomenttia roottorissa. . Tämä kiertomomentti tuottaa tarvittavan tehokkaan mekaanisen tehon koneelle.

Mikä on 3-vaiheinen orava-häkin induktiomoottori

Se on induktiomoottoreiden suosituin variantti ja sitä käytetään laajasti teollisissa sovelluksissa. Orava-häkin induktiomoottorissa roottori kuljettaa sarjan tangon kaltaisia ​​johtimia, jotka ympäröivät roottorin akselia ja esittävät ainutlaatuisen häkin kaltaisen rakenteen ja tästä syystä nimen 'oravan häkki'.

Nämä muodoltaan vinot ja koko roottorin akselin ympäri kulkevat tangot on kiinnitetty paksuilla ja tukevilla metallirenkailla tankojen päihin. Nämä metallirenkaat paitsi auttavat kiinnittämään tankoja vahvasti paikoilleen, mutta myös pakottamaan välttämättömän sähköisen oikosulun tankojen yli.

Kun staattorin käämitystä käytetään sekvensoivalla 3-vaiheisella sinimuotoisella vaihtovirralla, myös syntynyt magneettikenttä alkaa liikkua samalla nopeudella kuin kolmivaiheisen staattorin sinitaajuus (ωs).

Koska oravan häkkiroottorikokoonpanoa pidetään staattorikäämityksessä, yllä oleva staattorikäämin vaihtuva kolmivaiheinen magneettikenttä reagoi roottorikokoonpanon kanssa aiheuttaen vastaavan magneettikentän häkkikokoonpanon tankojohtimissa.

Tämä pakottaa toissijaisen magneettikentän muodostumaan roottoripalkkien ympärille, ja tämän seurauksena tämä uusi magneettikenttä pakotetaan vuorovaikutukseen staattorikentän kanssa, jolloin roottoriin kohdistuu pyörimismomentti, joka yrittää seurata staattorin magneettikentän suuntaa.

Prosessissa roottorin nopeus yrittää saavuttaa staattorin taajuusnopeuden, ja kun se lähestyy staattorin synkronista magneettikentän nopeutta, staattorin taajuusnopeuden ja roottorin pyörimisnopeuden välinen suhteellinen nopeusero e alkaa laskea, mikä aiheuttaa magneettisen nopeuden laskun roottorin magneettikentän vuorovaikutus staattorin magneettikentän yli, mikä lopulta vähentää roottorin vääntömomenttia ja roottorin vastaavaa tehoa.

Tämä johtaa roottorin minimitehoon ja tällä nopeudella roottorin sanotaan saavuttaneen vakaan tilan, jossa roottorin kuormitus on ekvivalentti ja vastaa roottorin momenttia.

Induktiomoottorin toiminta kuormituksen perusteella voidaan tiivistää seuraavasti:

Koska roottorin (akselin) nopeuden ja staattorin sisäisen taajuusnopeuden välillä on pakollista pitää hieno ero, roottorin nopeus, joka tosiasiallisesti käsittelee kuormaa, pyörii hieman alennetulla nopeudella kuin staattorin taajuusnopeus. Ja päinvastoin, jos oletetaan, että staattoria käytetään 50 Hz: n 3-vaiheisella syöttöjännitteellä, tämän 50 Hz: n taajuuden kulmanopeus staattorin käämityksen yli on aina hieman suurempi kuin vastus roottorin pyörimisnopeudessa, tämä säilytetään luonnostaan ​​optimaalisen varmistamiseksi virta roottoriin.

Mikä on induktiomoottorin liukastuminen

Staattorin taajuuden kulmanopeuden ja roottorin reagoivan pyörimisnopeuden välistä eroa kutsutaan 'liukastumiseksi'. Liukastumisen on oltava läsnä myös tilanteissa, joissa moottoria käytetään kenttäsuuntautuneella strategialla.

Koska induktiomoottoreiden roottorin akseli ei ole riippuvainen ulkoisesta herätteestä sen pyörimisessä, se voi toimia ilman tavanomaisia ​​liukurenkaita tai harjoja, jotka takaavat käytännöllisesti katsoen nollan kulumisen, korkean hyötysuhteen ja silti edullisen huollon yhteydessä.

Näiden moottoreiden vääntömomenttikerroin määräytyy staattorin ja roottorin magneettivuon väliin määritetyn kulman perusteella.

Alla olevaa kaaviota tarkasteltaessa voidaan nähdä, että roottorin nopeus on määritetty Ω: ksi, ja staattorin ja roottorin taajuudet määräytyvät parametrilla “s” tai liukastumalla, jolla on kaava:

s = ( ω s - ω r ) / ω s

Edellä olevassa lausekkeessa s on 'luisto', joka osoittaa eron staattorin synkronisen taajuusnopeuden ja roottorin akselille kehitetyn moottorin todellisen nopeuden välillä.

Scalar-nopeuden säätöteorian ymmärtäminen

Induktiomoottorin ohjauskonsepteissa missä Tekninen V / Hz käytetään, nopeuden säätö toteutetaan säätämällä staattorin jännitettä taajuuden suhteen siten, että ilmavälivirta ei voi koskaan poiketa vakiotilan odotetun alueen yli, toisin sanoen se pidetään tässä arvioidussa vakiotilassa arvo, ja siksi sitä kutsutaan myös skalaarihallinta menetelmä, koska tekniikka riippuu voimakkaasti vakaan tilan dynamiikasta moottorin nopeuden ohjaamiseksi.

Voimme ymmärtää tämän konseptin toiminnan viittaamalla seuraavaan kuvaan, joka esittää skalaarisen ohjaustekniikan yksinkertaistettua kaaviota. Asennuksessa oletetaan, että staattorin vastus (Rs) on nolla, kun taas staattorin vuotoinduktanssi (LI) on vaikuttanut roottorin vuotoon ja magnetoituvaan induktanssiin (LIr). Ilmalevyn vuon suuruutta itse asiassa kuvaavan (LIr) voidaan nähdä työntyvän ennen kokonaisvuodon induktanssia (Ll = Lls + Llr).

Tämän vuoksi magnetisointivirran aiheuttama ilmavälivirta saa likimääräisen arvon, joka on lähellä staattorin taajuussuhdetta. Näin vakaan tilan arvioinnin vaiheilmaisu voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Induktiomoottoreilla, jotka saattavat käydä lineaarisilla magneettialueillaan, Lm ei muutu ja pysy vakiona, tällaisissa tapauksissa yllä oleva yhtälö voidaan ilmaista seuraavasti:

Missä V ja Λ ovat staattorin jännitearvot ja staattorin virtaus, kun taas Ṽ edustaa vaiheen parametriä suunnittelussa.

Viimeinen yllä oleva lauseke selittää selvästi, että niin kauan kuin V / f-suhdetta pidetään vakiona riippumatta tulotaajuuden (f) muutoksista, vuoka pysyy myös vakiona, mikä mahdollistaa toquen toiminnan ilman syöttöjännitteen taajuutta . Tämä tarkoittaa, että jos ΛM pidetään vakiona, myös Vs / ƒ-suhde renderoidaan vakiona relevantilla nopeudella. Siksi aina kun moottorin nopeutta nostetaan, myös staattorin käämityksen jännitettä on lisättävä suhteellisesti, jotta vakio Vs / f voidaan ylläpitää.

Kuitenkin tässä luisto on moottoriin kiinnitetyn kuorman funktio, synkroninen taajuusnopeus ei kuvaa moottorin todellista nopeutta.

Jos roottorissa ei ole kuormitusmomenttia, tuloksena oleva luisto voi olla merkityksettömän pieni, jolloin moottori voi saavuttaa lähellä synkronisia nopeuksia.

Siksi perus Vs / f- tai V / Hz-kokoonpanolla ei yleensä ole kykyä toteuttaa tarkkaa induktiomoottorin nopeuden ohjausta, kun moottori on kiinnitetty kuormitusmomentilla. Liukastumisen kompensointi voidaan kuitenkin lisätä järjestelmään melko helposti nopeuden mittauksen ohella.

Alla esitetty graafinen esitys kuvaa selvästi nopeusanturia suljetun piirin V / Hz-järjestelmässä.

Käytännön toteutuksissa staattorin jännitteen ja taajuuden suhde voi tyypillisesti riippua itse näiden parametrien luokituksesta.

Analysoidaan V / Hz-nopeuden säätöä

Tavallinen V / Hz-analyysi voidaan nähdä seuraavasta kuvasta.

Pohjimmiltaan löydät 3 nopeudenvalinta-aluetta V / Hz-profiilista, jotka voidaan ymmärtää seuraavista kohdista:

• Viittaavat Kuva 4 kun katkaisutaajuus on alueella 0-fc, jännitetulo on välttämätön, mikä kehittää potentiaalisen pudotuksen staattorin käämityksen yli, eikä tätä jännitehäviötä voida sivuuttaa ja se on kompensoitava lisäämällä syöttöjännitettä Vs. Tämä osoittaa, että tällä alueella V / Hz-suhdeprofiili ei ole lineaarinen funktio. Voimme analyyttisesti arvioida katkaisutaajuuden fc sopiville staattorin jännitteille vakaata tilaa vastaavan piirin avulla, jolla on Rs having 0.
• Alueella fc-r (mitoitettu) Hz se pystyy suorittamaan vakion Vs / Hz-suhteen, tässä tapauksessa suhteen kaltevuus tarkoittaa ilmavälivirtauksen määrä .
• Alueella f (mitoitettu), joka kulkee suuremmilla taajuuksilla, on mahdotonta suorittaa Vs / f-suhdetta vakionopeudella, koska tässä asennossa staattorin jännite pyrkii rajoittumaan f (nimellis) arvolla. Näin tapahtuu sen varmistamiseksi, että staattorin käämi ei altistu eristysvaiheelle. Tämän tilanteen seurauksena syntyvä ilmavälivirta pyrkii vaarantumaan ja pienenemään, mikä johtaa vastaavasti pienenevään roottorin vääntömomenttiin. Tätä induktiomoottoreiden toimintavaihetta kutsutaan 'Kentänheikkenemisalue' . Tällaisen tilanteen estämiseksi tavallisesti V / Hz-sääntöä ei noudateta näillä taajuusalueilla.

Staattorin vakion magneettivuon läsnäolosta riippumatta staattisen käämityksen taajuusmuutoksesta roottorin momentin on nyt luotettava vain luistonopeuteen, tämä vaikutus näkyy Kuva 5 edellä

Asianmukaisella liukunopeuden säätelyllä induktiomoottorin nopeutta voitaisiin tehokkaasti säätää yhdessä roottorin kuormituksen vääntömomentin kanssa käyttämällä vakio V / Hz-periaatetta.

Siksi riippumatta siitä, onko kyseessä avoin tai suljettu kierrosnopeuden säätötapa, molemmat voidaan toteuttaa vakio V / Hz-säännön avulla.

Avoimen piirin ohjaustilaa voidaan käyttää sovelluksissa, joissa nopeuden ohjauksen tarkkuus ei välttämättä ole tärkeä tekijä, kuten LVI-yksiköissä tai puhaltimien ja puhaltimien kaltaisissa laitteissa. Tällaisissa tapauksissa taajuus kuormalle löydetään viittaamalla moottorin vaadittuun nopeustasoon, ja roottorin nopeuden odotetaan noudattavan likimain hetkellistä synkroninopeutta. Kaikenlaiset moottorin liukastumisesta johtuvat nopeuserot jätetään yleensä huomiotta ja hyväksytään tällaisissa sovelluksissa.

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