Memahami Skalar (V / f) Kawalan untuk Motor Induksi

Dalam artikel ini kita akan cuba memahami bagaimana algoritma kawalan skalar dilaksanakan untuk mengawal kelajuan motor aruhan dengan pengiraan yang agak mudah, namun mencapai kawalan kelajuan pemboleh ubah linear motor yang cukup baik.

Laporan dari banyak analisis pasaran teratas menunjukkan bahawa motor aruhan adalah yang paling popular ketika menangani aplikasi dan pekerjaan yang berkaitan dengan motor industri berat. Sebab utama di sebalik populariti motor induksi pada dasarnya adalah kerana tahap ketahanannya yang tinggi, kebolehpercayaan yang lebih besar dari segi masalah kehausan, dan kecekapan fungsi yang relatif tinggi.

Yang mengatakan, motor induksi mempunyai satu kelemahan khas, kerana ini tidak mudah dikendalikan dengan kaedah konvensional biasa. Mengendalikan motor aruhan agak menuntut kerana konfigurasi matematiknya yang agak rumit, yang terutama merangkumi:

• Tindak balas tidak linear pada ketepuan teras
• Ketidakstabilan dalam bentuk ayunan kerana suhu berliku yang berbeza-beza.

Oleh kerana aspek-aspek kritikal ini, pelaksanaan kawalan motor induksi secara optimum menuntut algoritma yang dikira secara menyeluruh dengan kebolehpercayaan yang tinggi, misalnya menggunakan kaedah 'vektor kawalan', dan juga menggunakan sistem pemprosesan berasaskan mikrokontroler.

Memahami Pelaksanaan Skalar Control

Namun ada kaedah lain yang dapat diterapkan untuk menerapkan pengendalian motor induksi menggunakan konfigurasi yang lebih mudah, itu adalah kawalan skalar yang menggabungkan teknik pemacu bukan vektor.

Sebenarnya mungkin untuk mengaktifkan motor aruhan AC ke keadaan stabil dengan mengoperasikannya dengan maklum balas voltan langsung dan sistem terkawal semasa.

Dalam kaedah skalar ini, pemboleh ubah skalar dapat diubah setelah nilai yang tepat dicapai sama ada dengan bereksperimen secara praktikal atau melalui formula dan pengiraan yang sesuai.

Seterusnya, pengukuran ini dapat digunakan untuk melaksanakan kawalan motor melalui litar gelung terbuka atau melalui topologi gelung maklum balas tertutup.

Walaupun kaedah kawalan skalar menjanjikan hasil keadaan stabil pada motor yang cukup baik, tindak balas sementara mungkin tidak sampai ke tahap yang tepat.

Bagaimana Motor Induksi Berfungsi

Perkataan 'induksi' pada motor aruhan merujuk kepada cara pengoperasiannya yang unik di mana magnet pemutar dengan penggulungan stator menjadi aspek penting dalam operasi.

Apabila AC diterapkan melintasi belitan stator, medan magnet berayun dari belitan stator berinteraksi dengan angker rotor mewujudkan medan magnet baru pada rotor, yang seterusnya bertindak balas dengan medan magnet stator yang menyebabkan jumlah tork putaran yang tinggi pada rotor . Tork putaran ini menjadikan output mekanikal berkesan yang diperlukan ke mesin.

Apa itu Motor Induksi Sangkar Tupai 3 Fasa

Ini adalah varian motor induksi yang paling popular dan digunakan secara meluas dalam aplikasi industri. Dalam motor induksi sangkar tupai, rotor membawa serangkaian bar seperti konduktor yang mengelilingi sumbu rotor yang menghadirkan struktur seperti sangkar yang unik dan dengan itu namanya 'sangkar tupai'.

Batang ini yang berbentuk miring dan berjalan di sekitar sumbu rotor dilekatkan dengan cincin logam tebal dan kukuh di hujung batang. Cincin logam ini bukan sahaja dapat membantu mengikat palang pada tempatnya tetapi juga menguatkan litar pintas elektrik yang penting di seluruh palang.

Apabila penggulungan stator diterapkan dengan arus bolak sinusoidal 3-fasa penjujukan, medan magnet yang dihasilkan juga mula bergerak dengan kelajuan yang sama dengan frekuensi sinus stator 3 fasa (ωs).

Oleh kerana pemasangan rotor sangkar tupai dipegang dalam penggulungan stator, medan magnet 3 fasa bergantian di atas dari penggulungan stator bertindak balas dengan pemasangan pemutar mendorong medan magnet yang setara pada konduktor bar dari pemasangan sangkar.

Ini memaksa medan magnet sekunder untuk membangun di sekitar batang pemutar, dan akibatnya medan magnet baru ini dipaksa untuk berinteraksi dengan medan stator, memaksakan tork putaran pada pemutar yang cuba mengikuti arah medan magnet stator.

Dalam proses itu kecepatan pemutar berusaha untuk mencapai kelajuan frekuensi stator, dan ketika mendekati kelajuan medan magnet sinkron stator, perbezaan kelajuan relatif antara kelajuan frekuensi stator dan kelajuan putaran rotor mulai menurun, yang menyebabkan penurunan pada magnet interaksi medan magnet pemutar di atas medan magnet stator, akhirnya mengurangkan tork pada pemutar, dan output daya pemutar yang setara.

Ini membawa kepada daya minimum pada rotor dan pada kelajuan ini rotor dikatakan memperoleh keadaan tetap, di mana beban pada rotor setara dan sepadan dengan tork pada rotor.

Cara kerja motor induksi sebagai tindak balas terhadap beban dapat diringkaskan seperti yang dijelaskan di bawah:

Oleh kerana menjadi wajib untuk mengekalkan perbezaan halus antara kelajuan pemutar (poros) dan kelajuan frekuensi stator dalam, maka kecepatan pemutar yang sebenarnya menangani beban, berputar pada kelajuan yang sedikit berkurang daripada kelajuan frekuensi stator. Sebaliknya, jika kita anggap stator diaplikasikan dengan bekalan 3 fasa 50Hz, maka kelajuan sudut frekuensi 50Hz ini melintasi belitan stator akan selalu sedikit lebih tinggi daripada tindak balas pada kelajuan putaran pemutar, ini secara semula jadi dikekalkan untuk memastikan optimum kuasa pada pemutar.

Apa itu Slip dalam Motor Induksi

Perbezaan relatif antara kelajuan sudut sudut stator dan kelajuan putaran responsif rotor disebut sebagai 'slip'. Slip perlu ada walaupun dalam keadaan di mana motor dikendalikan dengan strategi berorientasikan medan.

Oleh kerana poros pemutar pada motor aruhan tidak bergantung pada eksitasi luaran untuk putarannya, ia dapat berfungsi tanpa gelincir atau sikat slip konvensional yang memastikan hampir tidak haus dan lusuh, kecekapan tinggi dan namun murah dengan penyelenggaraannya.

Faktor daya kilas pada motor ini ditentukan oleh sudut yang ditentukan antara fluks magnet stator dan rotor.

Melihat rajah di bawah, kita dapat melihat bahawa kelajuan rotor ditetapkan sebagai Ω, dan frekuensi merentasi stator dan rotor ditentukan oleh parameter 's' atau slip, disajikan dengan formula:

s = ( ω s - ω r ) / ω s

Dalam ungkapan di atas, s adalah 'slip' yang menunjukkan perbezaan antara kelajuan frekuensi segerak stator dan kelajuan motor sebenar yang dikembangkan pada batang rotor.

Memahami Teori Kawalan Kelajuan Skalar

Dalam konsep kawalan motor aruhan di mana Teknikal V / Hz digunakan, kawalan kelajuan dilaksanakan dengan menyesuaikan voltan stator sehubungan dengan frekuensi sehingga fluks jurang udara tidak dapat menyimpang melebihi jangkaan keadaan stabil, dengan kata lain ia dikekalkan dalam keadaan stabil yang dianggarkan ini nilai, dan oleh itu ia juga dipanggil kawalan skalar kaedah kerana teknik ini sangat bergantung pada dinamika keadaan tetap untuk mengawal kelajuan motor.

Kita dapat memahami cara kerja konsep ini dengan merujuk pada gambar berikut, yang menunjukkan skema teknik kawalan skalar yang dipermudahkan. Dalam susunan diasumsikan bahawa rintangan stator (Rs) adalah sifar, sementara Induktansi kebocoran stator (LIs) terkesan pada kebocoran rotor dan induktansi magnet (LIr). The (LIr) yang sebenarnya menggambarkan besarnya fluks jurang udara dapat dilihat telah didorong sebelum jumlah induktansi kebocoran (Ll = Lls + Llr).

Oleh kerana itu, fluks jurang udara yang dihasilkan oleh arus magnetisasi memperoleh nilai anggaran yang hampir dengan nisbah frekuensi stator. Oleh itu, ungkapan fasor untuk penilaian keadaan tetap dapat ditulis seperti berikut:

Untuk motor Induksi yang mungkin berjalan di kawasan magnet liniernya, Lm tidak akan berubah dan tetap malar, dalam kes seperti itu persamaan di atas dapat dinyatakan sebagai:

Di mana V dan Λ masing-masing adalah nilai voltan stator dan fluks stator, sedangkan Ṽ mewakili parameter fasor dalam reka bentuk.

Ungkapan terakhir di atas dengan jelas menerangkan bahawa selagi nisbah V / f tetap berterusan tanpa mengira apa-apa perubahan dalam frekuensi input (f), maka fluks juga tetap berterusan, yang membolehkan toque beroperasi tanpa bergantung pada frekuensi voltan bekalan . Itu menyiratkan jika ΛM dikekalkan pada tahap tetap, nisbah Vs / also juga akan diberikan pada kelajuan yang relevan berterusan. Oleh itu, setiap kali kelajuan motor dinaikkan, voltan di lilitan stator juga perlu ditingkatkan secara proporsional, sehingga Vs / f tetap dapat dipertahankan.

Namun di sini slip menjadi fungsi beban yang dipasang pada motor, kelajuan frekuensi segerak tidak menggambarkan kelajuan sebenar motor.

Sekiranya tidak ada tork beban pada rotor, slip yang dihasilkan mungkin kecil, memungkinkan motor mencapai jarak dekat dengan kelajuan segerak.

Itulah sebabnya konfigurasi Vs / f atau V / Hz asas biasanya tidak mempunyai keupayaan untuk melaksanakan kawalan kelajuan yang tepat pada motor induksi ketika motor dipasang dengan tork beban. Walau bagaimanapun, ganti rugi slip mungkin mudah diperkenalkan dalam sistem bersamaan dengan pengukuran kelajuan.

Gambaran grafik yang ditunjukkan di bawah dengan jelas menggambarkan sensor kelajuan dalam sistem gelung tertutup V / Hz.

Dalam pelaksanaan praktikal, biasanya nisbah voltan dan frekuensi stator mungkin bergantung pada penilaian parameter ini sendiri.

Menganalisis Kawalan Kelajuan V / Hz

Analisis V / Hz standard dapat dilihat pada gambar berikut.

Pada asasnya anda akan menjumpai 3 julat pemilihan kelajuan dalam profil V / Hz, yang mungkin difahami dari perkara berikut:

• Merujuk kepada rajah 4 apabila frekuensi pemotongan berada di rantau 0-fc, input voltan menjadi penting, yang mengembangkan penurunan yang berpotensi melintasi belitan stator, dan penurunan voltan ini tidak dapat diabaikan dan perlu dikompensasi dengan meningkatkan voltan bekalan Vs. Ini menunjukkan bahawa di rantau ini profil nisbah V / Hz bukan fungsi linear. Kita dapat menilai secara analitik frekuensi pemotongan fc untuk voltan stator yang sesuai dengan bantuan litar setara keadaan tetap yang mempunyai Rs ≠ 0.
• Di wilayah fc-r (dinilai) Hz, ia dapat melaksanakan hubungan Vs / Hz yang tetap, dalam hal ini kemiringan hubungan menandakan jumlah fluks jurang udara .
• Di rantau di luar f (diberi nilai), berjalan pada frekuensi yang lebih tinggi, mustahil untuk menjalankan nisbah Vs / f pada kadar malar, kerana pada posisi ini voltan stator cenderung terbatas pada nilai f (dinilai). Ini berlaku untuk memastikan bahawa penggulungan stator tidak mengalami kerosakan penebat. Oleh kerana keadaan ini, fluks jurang udara yang dihasilkan cenderung berkompromi dan berkurang, yang menyebabkan penurunan tork rotor. Fasa operasi motor induksi ini disebut sebagai 'Kawasan penaklukan lapangan' . Untuk mengelakkan keadaan seperti ini, biasanya peraturan V / Hz tetap tidak dipatuhi dalam julat frekuensi ini.

Oleh kerana adanya fluks magnet stator tetap tanpa mengira perubahan frekuensi dalam penggulungan staor, toque pada rotor sekarang hanya perlu bergantung pada kelajuan slip, kesan ini dapat dilihat pada rajah 5 di atas

Dengan peraturan kelajuan slip yang sesuai, kecepatan motor induksi dapat dikendalikan secara efektif bersama dengan torsi pada beban rotor dengan menggunakan prinsip V / Hz tetap.

Oleh itu, sama ada kaedah kawalan kelajuan terbuka atau gelung tertutup, kedua-duanya dapat dilaksanakan dengan menggunakan peraturan V / Hz malar.

Mod kawalan gelung terbuka boleh digunakan dalam aplikasi di mana ketepatan kawalan kelajuan mungkin bukan faktor penting, seperti pada unit HVAC, atau alat seperti kipas dan blower. Dalam kes seperti itu, frekuensi beban dijumpai dengan merujuk pada tahap kelajuan motor yang diperlukan, dan kelajuan pemutar diharapkan lebih kurang mengikuti kelajuan segerak sesaat. Sebarang bentuk perbezaan dalam kelajuan yang timbul dari slip motor umumnya tidak dihiraukan dan diterima dalam aplikasi tersebut.

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