Разумевање скаларне (В / ф) контроле за индукционе моторе

У овом чланку ћемо покушати да разумемо како се примењује скаларни алгоритам управљања за контролу брзине асинхроног мотора с релативно једноставним прорачунима, а опет да постигнемо релативно добру линеарно променљиву контролу брзине мотора.

Извештаји многих врхунских анализа тржишта то откривају асинхрони мотори су најпопуларнији када је реч о руковању тешким индустријским апликацијама и пословима повезаним са моторима. Главни разлози за популарност асинхроних мотора су у основи због високог степена робусности, веће поузданости у погледу хабања и релативно високе функционалне ефикасности.

Међутим, асинхрони мотори имају једну типичну ману, јер њима није лако управљати уобичајеним конвенционалним методама. Управљање асинхроним моторима је релативно захтевно због своје прилично сложене математичке конфигурације, која првенствено укључује:

• Нелинеарни одзив при засићењу језгра
• Нестабилност осцилација облика услед променљиве температуре намотаја.

Због ових критичних аспеката, примена управљања индукционим мотором оптимално захтева темељно прорачунат алгоритам са високом поузданошћу, на пример применом методе „векторске контроле“, а додатно и коришћењем система обраде заснованог на микроконтролеру.

Разумевање примене скаларне контроле

Међутим, постоји још једна метода која се може применити за спровођење управљања асинхроним мотором користећи много лакшу конфигурацију, то је скаларна контрола која укључује невекторске погонске технике.

Заправо је могуће индукциони мотор наизменичне струје омогућити у стабилном стању, радећи га са директним повратним напоном и системима који контролишу струју.

У овом скаларном методу, скаларна променљива се може прилагодити када се постигне њена права вредност практичним експериментисањем или одговарајућим формулама и прорачунима.

Даље, ово мерење се може користити за спровођење управљања мотором преко круга отворене петље или кроз топологију затворене повратне петље.

Иако скаларни метод управљања обећава релативно добре стабилне резултате на мотору, његов привремени одзив можда неће бити на добром нивоу.

Како раде индукциони мотори

Реч „индукција“ у асинхроним моторима односи се на јединствени начин његовог рада у којем магнетизовање ротора статорским намотајем постаје кључни аспект рада.

Када се преко намотаја статора примени наизменична струја, осцилирајуће магнетно поље из намотаја статора ступа у интеракцију са арматуром ротора стварајући ново магнетно поље на ротору, које заузврат реагује са магнетним пољем статора индукујући велику количину обртног момента на ротору . Овај обртни момент даје машини потребан ефективни механички излаз.

Шта је то 3-фазни индукциони мотор са веверицама у кавезу

То је најпопуларнија варијанта асинхроних мотора и широко се користи у индустријској примени. У индукционом мотору са веверичастим кавезом, ротор носи низ проводника у облику шипки који окружују ос ротора, представљајући јединствену кавезну структуру и отуда назив „веверица кавез”.

Ове шипке које су закривљене у облику и воде се око осовине ротора причвршћене су дебелим и чврстим металним прстеновима на крајевима шипки. Ови метални прстенови не само да помажу чврсто учврстити шипке на свом месту, већ и намећу основни електрични кратки спој преко шипки.

Када се намотај статора примени секвенцијалним 3-фазним синусоидним наизменичним струјама, резултујуће магнетно поље такође почиње да се креће истом брзином као и синусна фреквенција 3-фазног статора (ωс).

Будући да се склоп ротора кавеза веверице налази унутар намотаја статора, горње наизменично 3-фазно магнетно поље од намотаја статора реагује са склопом ротора индукујући еквивалентно магнетно поље на шипкастим проводницима кавезног склопа.

То приморава секундарно магнетно поље да се накупља око шипки ротора, и сходно томе, ово ново магнетно поље је приморано да ступа у интеракцију са статорским пољем, намећући ротациони обртни моменат на ротору који покушава да прати смер магнетног поља статора.

У том процесу брзина ротора покушава да постигне фреквенцију статора, а како се приближава брзини синхроног магнетног поља статора, релативна разлика брзине е између брзине статора и брзине ротације ротора почиње да се смањује, што узрокује смањење магнетне интеракција магнетног поља ротора преко магнетног поља статора, на крају смањујући обртни моменат на ротору и еквивалентну излазну снагу ротора.

То доводи до минималне снаге на ротору и при овој брзини се каже да је ротор стекао стабилно стање, где је оптерећење на ротору еквивалентно и одговара обртном моменту на ротору.

Рад асинхроног мотора као одговор на оптерећење може се сажети како је објашњено у наставку:

Будући да постаје обавезно одржавати фину разлику између брзине ротора (осовине) и брзине фреквенције унутрашњег статора, брзина ротора која у ствари рукује оптерећењем, ротира се са мало смањеном брзином од брзине фреквенције статора. Супротно томе, ако претпоставимо да се статор примењује са 50Хз 3-фазног напајања, тада ће угаона брзина ове фреквенције од 50Хз преко намотаја статора увек бити мало већа од одзива у ротационој брзини ротора, то се инхерентно одржава како би се осигурала оптимална снага на ротору.

Шта је клизање у асинхроном мотору

Релативна разлика између угаоне брзине статора и брзине ротације која реагује на ротор назива се „клизањем“. Проклизавање мора бити присутно чак и у ситуацијама када се мотором управља са стратегијом усмереном на поље.

Будући да осовина ротора у индукционим моторима не зависи од било каквог спољног узбуђења за његово обртање, она може радити без конвенционалних клизних прстенова или четкица, обезбеђујући практично нула хабање, високу ефикасност, а опет јефтина са својим одржавањем.

Фактор обртног момента код ових мотора одређен је углом успостављеним између магнетних флукса статора и ротора.

Гледајући доњи дијаграм, можемо видети да је брзина ротора додељена као Ω, а фреквенције на статору и ротору одређене су параметром „с“ или клизањем, представљеним формулом:

с = ( ω с - ω р ) / ω с

У горњем изразу, с је „клизање“ које показује разлику између брзине синхроне фреквенције статора и стварне брзине мотора развијене на осовини ротора.

Разумевање теорије скаларне контроле брзине

У концептима управљања асинхроним мотором где Технички В / Хз се користи, контрола брзине се спроводи подешавањем напона статора с обзиром на фреквенцију тако да флукс ваздушног зазора никада не може одступати изнад очекиваног опсега стационарног стања, другим речима, одржава се у оквиру овог процењеног стационарног стања вредност, па се стога назива и скаларна контрола метода јер техника у великој мери зависи од динамике стационарног стања за контролу брзине мотора.

Деловање овог концепта можемо разумети позивањем на следећу слику која приказује поједностављену шему скаларне технике управљања. У подешавању се претпоставља да је отпор статора (Рс) једнак нули, док је индуктивност пропуштања статора (ЛИ) утиснута на пропуштање ротора и индуктивитет магнетизирања (ЛИр). Може се видети да је (ЛИр) који заправо приказује величину флукса ваздушног зазора потиснут пре укупне индуктивности цурења (Лл = Ллс + Ллр).

Због тога, флукс ваздушног зазора створен магнетном струјом добија приближну вредност близу односа фреквенције статора. Тако се израз фазора за процену стабилног стања може написати на следећи начин:

За индукционе моторе који могу радити на њиховим линеарним магнетним областима, Лм се неће мењати и остати константна, у таквим случајевима горња једначина може се изразити као:

Где су В и Λ вредности напона статора, односно флукс статора, док В представља параметар фазора у пројекту.

Последњи израз горе јасно објашњава да све док се однос В / ф држи константним без обзира на било какву промену улазне фреквенције (ф), тада флукс такође остаје константан, што омогућава току да ради без зависности од фреквенције напона напајања . То значи да ако се ифМ одржава на константном нивоу, однос Вс / ƒ такође би се приказивао константном релевантном брзином. Због тога кад год се брзина мотора повећа, напон на намоту статора такође ће морати бити пропорционално повећан, како би се могао одржавати константан Вс / ф.

Међутим, овде је клизање функција оптерећења причвршћеног за мотор, брзина синхроне фреквенције не приказује стварну брзину мотора.

У недостатку момента оптерећења на ротору, резултујуће проклизавање може бити занемарљиво мало, што омогућава мотору да постигне близу синхроних брзина.

Због тога основна конфигурација Вс / ф или В / Хз обично не мора имати могућност спровођења тачне контроле брзине асинхроног мотора када је мотор причвршћен обртним моментом оптерећења. Међутим, компензација клизања може бити прилично лако увести у систем заједно са мерењем брзине.

Графички приказ доле јасно приказује сензор брзине унутар затвореног круга В / Хз система.

У практичним применама, однос напона и фреквенције статора може зависити од саме оцене ових параметара.

Анализирајући контролу брзине В / Хз

Стандардна анализа В / Хз може се посматрати на следећој слици.

У основи ћете пронаћи 3 опсега за одабир брзине унутар В / Хз профила, што се може разумети из следећих тачака:

• Који се односи на слика 4 када је фреквенција одсецања на подручју 0-фц, улаз напона постаје неопходан, што развија потенцијални пад преко намотаја статора, а тај пад напона не може се занемарити и мора се надокнадити повећањем напона напајања Вс. То указује да у овом региону профил односа В / Хз није линеарна функција. Аналитички можемо проценити граничну фреквенцију фц за одговарајуће напоне статора уз помоћ еквивалентног кола у стабилном стању са Рс = 0.
• У региону фц-р (оцењено) Хз, он је у стању да изврши константан однос Вс / Хз, у овом случају нагиб односа означава количина флукса ваздушног зазора .
• У подручју изнад ф (номинално), које ради на вишим фреквенцијама, постаје немогуће изводити однос Вс / ф константном брзином, јер у овом положају напон статора настоји да буде ограничен на ф (номиналну) вредност. То се дешава како би се осигурало да намотаји статора не буду подвргнути пробоју изолације. Због ове ситуације, настали проток ваздушног зазора има тенденцију да се угрози и смањи, што доводи до одговарајућег смањења обртног момента ротора. Ова радна фаза у индукционим моторима назива се „Регион слабљења поља“ . Да би се спречила оваква ситуација, обично се у овим фреквенцијским опсезима не поштује правило константног В / Хз.

Због присуства константног магнетног флукса статора, без обзира на промену фреквенције намотаја стаора, момент на ротору сада се мора ослањати само на брзину клизања, овај ефекат се може видети у слика 5 горе

Уз одговарајућу регулацију брзине клизања, брзина асинхроног мотора може се ефикасно контролисати заједно са обртним моментом на оптерећењу ротора применом константног принципа В / Хз.

Стога, било да се ради о отвореном или затвореном режиму управљања брзином, и једно и друго би могло да се примени помоћу правила константног В / Хз.

Начин управљања са отвореном петљом може се применити у апликацијама где тачност регулације брзине можда неће бити важан фактор, као што су ХВАЦ јединице или уређаји попут вентилатора и вентилатора. У таквим случајевима фреквенција оптерећења се проналази позивањем на тражени ниво брзине мотора, а очекује се да брзина ротора приближно прати тренутну синхрону брзину. Било који облик неслагања у брзини који настаје услед проклизавања мотора, у таквим применама се обично занемарује и прихвата.

Референца: хттп://ввв.ти.цом/лит/ан/спрабк8/спрабк8.пдф