בקרת סקלר וקטור של מנועי אינדוקציה - מה ההבדל?

מנוע אסינכרוני - מנוע AC שבו זרמים בפיתולי הסטטור יוצרים שדה מגנטי מסתובב. שדה מגנטי זה משרה זרמים בפיתול הרוטור, ופועל על זרמים אלה נושא את הרוטור איתו.

עם זאת, על מנת שהשדה המגנטי של הסטטור המסתובב יגרום לזרמים ברוטור מסתובב, הרוטור בסיבובו חייב לפגר מעט מאחורי שדה הסטטור המסתובב. לכן, במנוע אינדוקציה, מהירות הרוטור תמיד קטנה במעט ממהירות הסיבוב של השדה המגנטי (אשר נקבעת לפי תדירות זרם החילופין המזין את המנוע).

האטת הרוטור על ידי השדה המגנטי המסתובב של הסטטור (החלקה של הרוטור) ככל שעומס המנוע גדול יותר. חוסר הסנכרון בין סיבוב הרוטור לשדה המגנטי של הסטטור הוא מאפיין אופייני למנוע האינדוקציה ומכאן שמו.

השדה המגנטי המסתובב בסטטור נוצר על ידי פיתולים המסופקים עם זרמים מוסטים פאזה. זרם חילופין תלת פאזי משמש בדרך כלל למטרה זו. ישנם גם מנועי אינדוקציה חד-פאזיים שבהם הסטת הפאזה בין הזרמים בפיתולים נוצרת על ידי הכללת ריאקטנסים שונים בפיתולים.

כדי לווסת את מהירות הסיבוב הזוויתית של הרוטור, כמו גם את המומנט על הפיר של מנועים מודרניים ללא מברשות, נעשה שימוש בשליטה וקטורית או סקלרית של הכונן החשמלי.

שליטה סקלרית

זה היה הנפוץ ביותר שליטה במנוע אינדוקציה סקלרי, כאשר, למשל, כדי לשלוט על מהירות הסיבוב של מאוורר או משאבה מספיק לשמור על מהירות סיבוב קבועה של הרוטור, בשביל זה מספיק אות משוב מחישן לחץ או מחישן מהירות.

העיקרון של בקרה סקלרית הוא פשוט: המשרעת של מתח האספקה ​​היא פונקציה של תדר, היחס בין מתח לתדר הוא קבוע בערך.

הצורה הספציפית של תלות זו קשורה לעומס על הפיר, אך העיקרון נשאר זהה: אנו מגדילים את התדר, והמתח גדל באופן פרופורציונלי בהתאם לעומס המאפיין את המנוע הנתון.

כתוצאה מכך, השטף המגנטי במרווח בין הרוטור לסטטור נשמר כמעט קבוע. אם היחס בין מתח לתדר חורג מהדירוג עבור מנוע, אזי המנוע יהיה נרגש יתר על המידה או תת-מעורר, וכתוצאה מכך אובדן מנוע ותקלות בתהליך.

לפיכך, בקרה סקלרית מאפשרת להשיג מומנט פיר כמעט קבוע בטווח תדר ההפעלה, ללא קשר לתדר, אך בסיבובים נמוכים המומנט עדיין יורד (כדי למנוע זאת, יש צורך להגדיל את היחס בין המתח לתדר), ולכן , עבור כל מנוע קיים טווח בקרה סקלארי הפעלה מוגדר בקפדנות.

כמו כן, אי אפשר לבנות מערכת בקרת מהירות סקלרית ללא חיישן מהירות מותקן על הציר מכיוון שהעומס משפיע מאוד על ההשהיה של מהירות הרוטור בפועל מתדר מתח האספקה. אבל גם עם חיישן מהירות עם שליטה סקלרית, לא ניתן יהיה להתאים את המומנט בדיוק גבוה (לפחות לא כדאי מבחינה כלכלית).

זהו החיסרון של בקרה סקלרית, מה שמסביר את המחסור היחסי ביישומיה, המוגבלים בעיקר למנועי אינדוקציה קונבנציונליים, שבהם התלות של החלקה בעומס אינה קריטית.

בקרת וקטור

כדי להיפטר מהחסרונות הללו, בשנת 1971, מהנדסי סימנס הציעו להשתמש בשליטה וקטורית של המנוע, שבה השליטה מתבצעת עם משוב על גודל השטף המגנטי. מערכות הבקרה הווקטוריות הראשונות הכילו חיישני זרימה במנועים.

כיום, הגישה לשיטה זו מעט שונה: המודל המתמטי של המנוע מאפשר לך לחשב את מהירות הרוטור ואת מומנט הציר בהתאם לזרמי הפאזה הנוכחיים (מתוך התדירות והערכים של הזרמים בפיתולי הסטטור) .

גישה מתקדמת יותר זו מאפשרת שליטה עצמאית וכמעט אינרציאלית של מומנט הציר ומהירות הציר תחת עומס, שכן תהליך הבקרה לוקח בחשבון גם את שלבי הזרמים.

כמה מערכות בקרת וקטור מדויקות יותר מצוידות בלולאות משוב מהירות, בעוד שמערכות בקרה ללא חיישני מהירות נקראות ללא חיישנים.

אז, בהתאם לתחום היישום של כונן חשמלי זה או אחר, למערכת הבקרה הווקטורית שלו יהיו מאפיינים משלה, מידת דיוק ויסות משלה.

כאשר דרישות הדיוק לוויסות המהירות מאפשרות סטייה של עד 1.5% וטווח הוויסות אינו עולה על 1 ל-100, אזי המערכת נטולת חיישנים בסדר. אם נדרש דיוק של התאמת מהירות עם סטייה של לא יותר מ-0.2%, והטווח מצטמצם ל-1 עד 10,000, אז יש צורך לקבל משוב לחיישן מהירות הפיר. נוכחות חיישן מהירות במערכות בקרת וקטור מאפשרת בקרת מומנט מדויקת גם בתדרים נמוכים עד 1 הרץ.

אז, לשליטה וקטורית יש את היתרונות הבאים. דיוק גבוה של ויסות מהירות הרוטור (וללא חיישן מהירות עליו) גם בתנאים של עומס פיר המשתנה באופן דינמי, בזמן שלא יהיו בעיטות. סיבוב חלק ואחיד של הציר בסיבובים נמוכים. יעילות גבוהה עקב הפסדים נמוכים בתנאים של מאפייני מתח אספקה ​​אופטימליים.

שליטה וקטורית אינה חפה מחסרונותיה. המורכבות של פעולות חישוביות.הצורך להגדיר את הנתונים הראשוניים (פרמטרי כונן משתנים).

עבור כונן חשמלי קבוצתי, שליטה וקטורית אינה מתאימה ביסודו, כאן שליטה סקלרית טובה יותר.