Induktsioonmootorite skalaarse (V / f) juhtimise mõistmine

Selles artiklis püüame mõista, kuidas skalaarse juhtimise algoritmi rakendatakse asünkroonse mootori pöörlemiskiiruse reguleerimiseks suhteliselt otseste arvutuste abil, ja saavutame siiski mootori suhteliselt hea lineaarselt muutuva kiiruse reguleerimise.

Paljude tippturu analüüside aruanded näitavad seda asünkroonmootorid on kõige populaarsemad raskete tööstuslike mootoritega seotud rakenduste ja töökohtade käsitlemisel. Asünkroonmootorite populaarsuse peamised põhjused tulenevad põhimõtteliselt nende suurest vastupidavusest, suuremast töökindlusest kulumise osas ja suhteliselt kõrgest funktsionaalsest efektiivsusest.

See tähendab, et asünkroonmootoritel on üks tüüpiline negatiivne külg, kuna neid pole tavaliste tavapäraste meetoditega lihtne juhtida. Asünkroonmootorite juhtimine on suhteliselt keerukas matemaatilise konfiguratsiooni tõttu, mis hõlmab peamiselt järgmist:

• Mittelineaarne reaktsioon südamiku küllastumisel
• Ebastabiilsus mähise erineva temperatuuri tõttu võnkumiste kujul.

Nendest kriitilistest aspektidest tingituna nõuab asünkroonse mootori juhtimise rakendamine optimaalselt põhjalikult arvutatud ja suure töökindlusega algoritmi, kasutades näiteks 'vektorjuhtimise' meetodit ja lisaks mikrokontrolleril põhinevat töötlussüsteemi.

Skalaarkontrolli rakendamise mõistmine

Siiski on olemas veel üks meetod, mida saab rakendada asünkroonse mootori juhtimise rakendamiseks palju lihtsama konfiguratsiooni abil, see on skalaarjuhtimine, mis hõlmab mitte-vektoriajamitehnikat.

Tegelikult on võimalik võimaldada vahelduvvoolu induktsioonmootor stabiilsesse olekusse, töötades seda sirgjoonelise pinge tagasiside ja vooluga juhitavate süsteemidega.

Selle skalaarmeetodi korral võib skalaarmuutujat muuta, kui selle õige väärtus saavutatakse kas praktiliselt katsetades või sobivate valemite ja arvutuste abil.

Järgmisena saab seda mõõtmist kasutada mootori juhtimiseks avatud kontuuriga ahela või suletud tagasisideahela topoloogia kaudu.

Isegi kui skalaarne juhtimismeetod lubab mootoril suhteliselt häid püsiseisundi tulemusi, ei pruugi selle mööduv reaktsioon olla märgini vastav.

Kuidas induktsioonmootorid töötavad

Sõna 'induktsioon' induktsioonmootorites viitab selle ainulaadsele tööviisile, kus rootori magnetiseerumine staatori mähisega muutub toimingu ülioluliseks aspektiks.

Kui üle staatori mähise rakendatakse vahelduvvoolu, toimib staatori mähise võnkuv magnetväli rootori ankuriga, luues rootorile uue magnetvälja, mis omakorda reageerib staatori magnetväljaga, põhjustades rootoril suurt pöörlemismomenti . See pöördemoment annab masinale vajaliku efektiivse mehaanilise jõu.

Mis on kolmefaasiline orava puuri induktsioonmootor

See on asünkroonmootorite kõige populaarsem variant ja seda kasutatakse laialdaselt tööstuslikes rakendustes. Oravapuur-induktsioonmootoris kannab rootor rootori telge ümbritsevat rida juhtmeid nagu ainulaadne puurisarnane struktuur ja sellest ka nimi “oravapuur”.

Need kuju poolest viltu ja kogu rootori telje ümber kulgevad vardad on vardade otstes kinnitatud paksude ja vastupidavate metallrõngastega. Need metallrõngad mitte ainult ei aita latte tugevalt oma kohale kinnitada, vaid tagavad ka vajaliku elektrilise lühise üle vardade.

Kui staatori mähis rakendatakse järjestikuse 3-faasilise sinusoidse vahelduvvooluga, hakkab ka tekkiv magnetväli liikuma sama kiirusega kui kolmefaasiline staatori siinusagedus (ωs).

Kuna orava puuri rootori komplekt hoitakse staatori mähises, reageerib ülaltoodud staatori mähise vahelduv kolmefaasiline magnetväli rootori komplektiga, indutseerides puurisõlme vardajuhtmetel samaväärse magnetvälja.

See sunnib rootori varraste ümber kogunema sekundaarne magnetväli ja seetõttu on see uus magnetväli sunnitud suhtlema staatori väljaga, rakendades rootoril pöördemomenti, mis püüab järgida staatori magnetvälja suunda.

Selle käigus püüab rootori kiirus saavutada staatori sageduse kiirust ja kui see läheneb staatori sünkroonse magnetvälja kiirusele, hakkab staatori sageduse kiiruse ja rootori pöörlemiskiiruse suhteline kiiruse erinevus e vähenema, mis põhjustab magnetilise languse rootori magnetvälja vastastikmõju staatori magnetvälja suhtes, vähendades lõpuks rootori pöördemomenti ja rootori ekvivalentset väljundvõimsust.

See viib rootori minimaalse võimsuseni ja väidetavalt on sellel kiirusel rootor saavutanud püsiseisundi, kus rootori koormus on samaväärne ja sobib rootori pöördemomendiga.

Asünkroonse mootori töö koormuse korral võib kokku võtta järgmiselt:

Kuna rootori (võlli) pöörlemiskiiruse ja staatori sisemise sageduse vahelise trahvi erinevuse säilitamine on kohustuslik, pöörleb rootori pöörlemiskiirus, mis tegelikult koormust käsitab, veidi vähendatud kiirusel kui staatori sageduskiirus. Ja vastupidi, kui oletame, et staatorit kasutatakse 50Hz 3 faasilise toiteallikaga, on selle 50Hz sageduse nurkkiirus kogu staatori mähises alati veidi suurem kui rootori pöörlemiskiiruse vastus, seda säilitatakse oma olemuselt optimaalse tagamiseks rootori toide.

Mis on induktsioonmootori libisemine

Staatori sageduse nurkkiiruse ja rootori reageeriva pöörlemiskiiruse suhtelist erinevust nimetatakse libisemiseks. Libisemine peab olema olemas ka olukordades, kus mootorit juhitakse valdkonnale suunatud strateegia abil.

Kuna asünkroonmootorite rootori võll ei sõltu selle pöörlemise välisest ergastusest, võib see töötada ilma tavapäraste libisemisrõngaste või harjadeta, mis tagavad praktiliselt nullkulumise, suure efektiivsuse ja samas hooldusega odava.

Nende mootorite pöördemomendi tegur määratakse staatori ja rootori magnetvoo vahel kindlaksmääratud nurga järgi.

Allpool toodud skeemi vaadates näeme, et rootori kiiruseks on määratud Ω ning staatori ja rootori sagedused määratakse parameetri „s” või libisemisega, mis on esitatud valemiga:

s = ( ω s - ω r ) / ω s

Ülaltoodud avaldises on s libisemine, mis näitab erinevust staatori sünkroonsageduse ja rootori võllil välja töötatud tegeliku mootori pöörlemiskiiruse vahel.

Skalaari kiiruse juhtimise teooria mõistmine

Asünkroonmootori juhtimiskontseptsioonides kus Tehniline V / Hz kasutatakse kiiruse reguleerimist staatori pinge reguleerimisel sageduse suhtes nii, et õhuvahe voog ei suudaks kunagi kalduda püsiseisundi eeldatavast vahemikust kaugemale, teisisõnu hoitakse seda selles hinnangulises püsiseisundis väärtus ja seetõttu nimetatakse seda ka väärtuseks skalaarkontroll meetod, kuna tehnika sõltub suuresti mootori kiiruse reguleerimise püsiva seisundi dünaamikast.

Selle kontseptsiooni toimimisest saame aru, viidates järgmisele joonisele, mis näitab skalaarse juhtimistehnika lihtsustatud skeemi. Seadistuses eeldatakse, et staatori takistus (Rs) on null, samal ajal kui staatori lekkeinduktsioon (LI) avaldab muljet rootori lekkimisele ja magnetiseerivale induktiivsusele (LIr). Võib näha, et (LIr), mis tegelikult kujutab õhupilu voo suurust, on enne kogu lekkeinduktsiooni surutud (Ll = Lls + Llr).

Selle tõttu saab magnetiseeriva voolu tekitatud õhupilu voog ligikaudse väärtuse, mis on lähedal staatori sagedussuhtele. Seega saab püsiseisundi hindamise faasori avaldise kirjutada järgmiselt:

Induktsioonmootorite puhul, mis võivad töötada nende lineaarsetes magnetpiirkondades, Lm ei muutu ja jääb konstantseks. Sellistel juhtudel võib ülaltoodud võrrandi väljendada järgmiselt:

Kus V ja Λ on vastavalt staatori pinge väärtused ja staatori voog, kusjuures Ṽ tähistab faasi parameetrit projektis.

Viimane ülaltoodud avaldis selgitab selgelt, et seni, kuni V / f suhet hoitakse konstantsena, olenemata sisendsageduse (f) muutustest, püsib ka voog konstantsena, mis võimaldab tokil töötada ilma toitepinge sagedusest sõltumata . See tähendab, et kui ΛM hoitakse konstantsel tasemel, renderdatakse ka Vs / ƒ suhe konstantsel asjakohasel kiirusel. Seetõttu tuleb alati, kui mootori pöörlemiskiirust suurendatakse, proportsionaalselt suurendada ka staatori mähise pinget, et püsiv Vs / f säiliks.

Kuid siin on libisemine mootorile kinnitatud koormuse funktsioon, ei kujuta sünkroonsageduse kiirus mootori tegelikku kiirust.

Rootori koormusmomendi puudumisel võib sellest tulenev libisemine olla ebaoluliselt väike, mis võimaldab mootoril saavutada sünkroonsete kiiruste lähedal.

Sellepärast ei pruugi Vs / f või V / Hz põhikonfiguratsioon tavaliselt võimaldada asünkroonmootori kiiruse täpset reguleerimist, kui mootor on kinnitatud koormusmomendiga. Kuid libisemiskompensatsiooni võib süsteemi sisse viia koos kiiruse mõõtmisega üsna lihtsalt.

Allpool toodud graafiline kujutis kujutab selgelt kiiruseandurit suletud ahela V / Hz süsteemis.

Praktilises teostuses võib staatori pinge ja sageduse suhe sõltuda tavaliselt nende parameetrite hinnangust.

V / Hz kiiruse juhtimise analüüsimine

Standardset V / Hz analüüsi võib näha järgmisel joonisel.

Põhimõtteliselt leiate V / Hz profiilist 3 kiiruse valiku vahemikku, mida võib mõista järgmistest punktidest:

• Viidates joonis 4 kui väljalülitatud sagedus on piirkonnas 0-fc, muutub hädavajalikuks sisendpinge, mis tekitab staatori mähises potentsiaalse languse ja seda pingelangust ei saa eirata ning see tuleb kompenseerida toitepinge Vs suurendamisega. See näitab, et selles piirkonnas ei ole V / Hz suhte profiil lineaarne funktsioon. Saame analüütiliselt hinnata katkestatud sagedust fc sobivate staatori pingete korral, kui stabiilse oleku ekvivalendi vooluahel on Rs ≠ 0.
• Piirkonnas fc-r (hinnatud) Hz on see võimeline teostama konstantset Vs / Hz suhet, sellisel juhul tähistab seose kalle õhuvahe voo kogus .
• Piirkonnas, mis ületab f (hinnatud) ja töötab kõrgematel sagedustel, on võimatu teostada Vs / f suhet konstantsel kiirusel, kuna selles asendis kipub staatori pinge f (nimiväärtusega) väärtuseks olema piiratud. See juhtub tagamaks, et staatori mähis ei allu isolatsiooni lagunemisele. Selle olukorra tõttu kipub sellest tulenev õhuvahe voog vähenema ja vähenema, mis viib vastavalt rootori pöördemomendi vähenemiseni. Seda induktsioonmootorite tööetappi nimetatakse „Põldude nõrgenemise piirkond” . Sellise olukorra vältimiseks ei järgita nendes sagedusvahemikes tavaliselt konstantset V / Hz reeglit.

Pideva staatori magnetvoo olemasolu tõttu, sõltumata staatori mähise sageduse muutumisest, peab rootori pöördemoment nüüd tuginema ainult libisemiskiirusele, seda efekti võib näha joonis 5 ülal

Sobiva libisemiskiiruse reguleerimise abil saab asünkroonmootori pöörlemiskiirust koos rootori koormuse pöördemomendiga efektiivselt reguleerida, kasutades konstantset V / Hz põhimõtet.

Seega, olgu see kiiruse reguleerimise avatud või suletud ahelaga režiim, saab mõlemat rakendada püsiva V / Hz reegli abil.

Avatud ahelaga juhtimisrežiimi võiks kasutada rakendustes, kus kiiruse juhtimise täpsus ei pruugi olla oluline tegur, näiteks HVAC-seadmetes või ventilaatori ja puhuri sarnastes seadmetes. Sellistel juhtudel leitakse koormuse sagedus, viidates mootori nõutavale kiiruse tasemele, ja eeldatavasti järgib rootori kiirus ligikaudu hetkelist sünkroonset kiirust. Mootori libisemisest tulenevat kiiruse mis tahes vormi erinevust ignoreeritakse ja sellistes rakendustes aktsepteeritakse.

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