Control escalar i vectorial de motors d'inducció: quina diferència hi ha?

Motor asíncron — un motor de corrent altern en el qual els corrents als bobinats de l'estator creen un camp magnètic giratori. Aquest camp magnètic indueix corrents en el bobinat del rotor i, actuant sobre aquests corrents, porta el rotor amb ell.

Tanmateix, perquè el camp magnètic de l'estator giratori indueixi corrents en un rotor giratori, el rotor en la seva rotació ha de quedar lleugerament enrere del camp de l'estator giratori. Per tant, en un motor d'inducció, la velocitat del rotor sempre és lleugerament inferior a la velocitat de rotació del camp magnètic (que ve determinada per la freqüència del corrent altern que alimenta el motor).

La desacceleració del rotor pel camp magnètic giratori de l'estator (lliscament del rotor) com més, més gran és la càrrega del motor. La manca de sincronització entre la rotació del rotor i el camp magnètic de l'estator és un tret característic del motor d'inducció, d'aquí el seu nom.

El camp magnètic giratori de l'estator és generat per bobinatges alimentats amb corrents desfasades. Normalment s'utilitza corrent altern trifàsic per a aquest propòsit. També hi ha motors d'inducció monofàsics on el canvi de fase entre els corrents dels bobinats es crea mitjançant la inclusió de diferents reactàncies als bobinats.

Per regular la velocitat angular de gir del rotor, així com el parell a l'eix dels moderns motors sense escombretes, s'utilitza un control vectorial o escalar de l'accionament elèctric.

Control escalar

Era el més habitual Control d'un motor d'inducció escalar, quan, per exemple, per controlar la velocitat de gir d'un ventilador o bomba n'hi ha prou amb mantenir una velocitat de gir constant del rotor, per a això n'hi ha prou amb un senyal de retroalimentació d'un sensor de pressió o d'un sensor de velocitat.

El principi del control escalar és senzill: l'amplitud de la tensió d'alimentació és una funció de la freqüència, la relació tensió a freqüència és aproximadament constant.

La forma específica d'aquesta dependència està relacionada amb la càrrega a l'eix, però el principi segueix sent el mateix: augmentem la freqüència i la tensió augmenta proporcionalment en funció de la característica de càrrega del motor donat.

Com a resultat, el flux magnètic a l'espai entre el rotor i l'estator es manté gairebé constant. Si la relació tensió-freqüència es desvia de la nominal d'un motor, el motor estarà sobreexcitat o poc excitat, donant lloc a pèrdues del motor i mal funcionament del procés.

Així, el control escalar permet aconseguir un parell de l'eix gairebé constant en el rang de freqüències de funcionament, independentment de la freqüència, però a baixes revolucions el parell encara disminueix (per evitar-ho, cal augmentar la relació de tensió a freqüència), per tant. , per a cada motor hi ha un rang de control escalar de funcionament estrictament definit.

A més, és impossible construir un sistema de control de velocitat escalar sense un sensor de velocitat muntat a l'eix perquè la càrrega afecta molt el retard de la velocitat real del rotor de la freqüència de la tensió d'alimentació. Però fins i tot amb un sensor de velocitat amb control escalar, no serà possible ajustar el parell amb gran precisió (almenys no és econòmicament factible).

Aquest és l'inconvenient del control escalar, que explica la relativa escassetat de les seves aplicacions, limitades principalment als motors d'inducció convencionals, on la dependència del lliscament de la càrrega no és crítica.

Control vectorial

Per eliminar aquestes mancances, l'any 1971, els enginyers de Siemens van proposar utilitzar el control vectorial del motor, en el qual el control es realitza amb retroalimentació sobre la magnitud del flux magnètic. Els primers sistemes de control vectorial contenien sensors de flux als motors.

Avui en dia, l'enfocament d'aquest mètode és lleugerament diferent: el model matemàtic del motor permet calcular la velocitat del rotor i el moment de l'eix en funció dels corrents de fase actuals (a partir de la freqüència i els valors dels corrents dels bobinatges de l'estator) .

Aquest enfocament més progressiu permet un control independent i gairebé inercial tant del parell de l'eix com de la velocitat de l'eix sota càrrega, ja que el procés de control també té en compte les fases dels corrents.

Alguns sistemes de control vectorial més precisos estan equipats amb bucles de retroalimentació de velocitat, mentre que els sistemes de control sense sensors de velocitat s'anomenen sense sensor.

Així, segons el camp d'aplicació d'aquest o aquell accionament elèctric, el seu sistema de control vectorial tindrà les seves pròpies característiques, el seu propi grau de precisió de regulació.

Quan els requisits de precisió per a la regulació de velocitat permeten una desviació de fins a un 1,5% i el rang de regulació no supera 1 de cada 100, el sistema sense sensor està bé. Si es requereix la precisió de l'ajust de la velocitat amb una desviació de no més del 0,2% i el rang es redueix a 1 a 10.000, llavors és necessari tenir retroalimentació per al sensor de velocitat de l'eix. La presència d'un sensor de velocitat en els sistemes de control vectorial permet un control precís del parell fins i tot a freqüències baixes fins a 1 Hz.

Per tant, el control vectorial té els següents avantatges. Alta precisió de la regulació de la velocitat del rotor (i sense un sensor de velocitat) fins i tot en condicions de càrrega de l'eix que canvia dinàmicament, mentre que no hi haurà puntades. Rotació suau i uniforme de l'eix a baixes revolucions. Alta eficiència a causa de les baixes pèrdues en condicions de característiques òptimes de tensió d'alimentació.

El control vectorial no està exempt de inconvenients. La complexitat de les operacions computacionals.La necessitat d'establir les dades inicials (paràmetres variables de la unitat).

Per a un accionament elèctric grupal, el control vectorial és fonamentalment inadequat, aquí el control escalar és millor.