Điều khiển vô hướng và véc tơ của động cơ cảm ứng - sự khác biệt là gì?

động cơ không đồng bộ - động cơ điện xoay chiều trong đó dòng điện trong cuộn dây stato tạo ra từ trường quay. Từ trường này tạo ra các dòng điện trong cuộn dây rôto và tác động lên các dòng điện này sẽ mang theo rôto.

Tuy nhiên, để từ trường quay của stato tạo ra dòng điện trong rôto đang quay, thì rôto trong quá trình quay của nó phải trễ hơn một chút so với trường quay của stato. Do đó, trong động cơ cảm ứng, tốc độ của rôto luôn nhỏ hơn một chút so với tốc độ quay của từ trường (được xác định bởi tần số của dòng điện xoay chiều cung cấp cho động cơ).

Sự giảm tốc của rôto bởi từ trường quay của stato (rôto trượt) càng nhiều, tải động cơ càng lớn. Sự thiếu đồng bộ giữa chuyển động quay của rôto và từ trường của stato là một đặc điểm đặc trưng của động cơ cảm ứng, do đó có tên như vậy.

Từ trường quay trong stato được tạo ra bởi các cuộn dây được cung cấp dòng điện lệch pha. Dòng điện xoay chiều ba pha thường được sử dụng cho mục đích này. Ngoài ra còn có các động cơ cảm ứng một pha trong đó sự lệch pha giữa các dòng điện trong cuộn dây được tạo ra bằng cách đưa vào các điện kháng khác nhau trong cuộn dây.

Để điều chỉnh tốc độ góc quay của rôto, cũng như mô-men xoắn trên trục của động cơ không chổi than hiện đại, người ta sử dụng điều khiển vectơ hoặc vô hướng của ổ điện.

điều khiển vô hướng

Đó là phổ biến nhất điều khiển động cơ cảm ứng vô hướng, ví dụ, khi để điều khiển tốc độ quay của quạt hoặc máy bơm, chỉ cần duy trì tốc độ quay không đổi của rôto là đủ, đối với điều này, tín hiệu phản hồi từ cảm biến áp suất hoặc từ cảm biến tốc độ là đủ.

Nguyên tắc điều khiển vô hướng rất đơn giản: biên độ của điện áp cung cấp là một hàm của tần số, tỷ lệ điện áp trên tần số gần như không đổi.

Hình thức cụ thể của sự phụ thuộc này có liên quan đến tải trọng trên trục, nhưng nguyên tắc vẫn giữ nguyên: chúng ta tăng tần số và điện áp tăng tỷ lệ thuận tùy thuộc vào đặc tính tải của động cơ đã cho.

Kết quả là từ thông trong khe hở giữa rôto và stato được giữ gần như không đổi. Nếu tỷ lệ điện áp trên tần số sai lệch so với định mức cho động cơ, thì động cơ sẽ bị kích thích quá mức hoặc quá kích thích, dẫn đến tổn thất động cơ và trục trặc quá trình.

Do đó, điều khiển vô hướng cho phép đạt được mô-men xoắn trục gần như không đổi trong dải tần số hoạt động, bất kể tần số, nhưng ở số vòng quay thấp, mô-men xoắn vẫn giảm (để ngăn chặn điều này, cần phải tăng tỷ lệ điện áp trên tần số ), do đó , đối với mỗi động cơ có một phạm vi điều khiển vô hướng hoạt động được xác định nghiêm ngặt.

Ngoài ra, không thể xây dựng hệ thống điều khiển tốc độ vô hướng mà không có cảm biến tốc độ gắn trên trục vì tải ảnh hưởng lớn đến độ trễ của tốc độ rôto thực tế so với tần số điện áp nguồn. Nhưng ngay cả với cảm biến tốc độ có điều khiển vô hướng, sẽ không thể điều chỉnh mô-men xoắn với độ chính xác cao (ít nhất là không khả thi về mặt kinh tế).

Đây là nhược điểm của điều khiển vô hướng, điều này giải thích sự khan hiếm tương đối của các ứng dụng của nó, chủ yếu giới hạn ở các động cơ cảm ứng thông thường, trong đó sự phụ thuộc của độ trượt vào tải là không quan trọng.

Điều khiển vector

Để loại bỏ những thiếu sót này, vào năm 1971, các kỹ sư của Siemens đã đề xuất sử dụng điều khiển véc tơ của động cơ, trong đó điều khiển được thực hiện với phản hồi về độ lớn của từ thông. Các hệ thống điều khiển véc tơ đầu tiên chứa cảm biến lưu lượng trong động cơ.

Ngày nay, cách tiếp cận phương pháp này hơi khác một chút: mô hình toán học của động cơ cho phép bạn tính toán tốc độ rôto và mômen trục tùy thuộc vào dòng điện pha hiện tại (từ tần số và giá trị của dòng điện trong cuộn dây stato) .

Cách tiếp cận tiến bộ hơn này cho phép điều khiển độc lập và gần như theo quán tính cả mô-men xoắn trục và tốc độ trục dưới tải, vì quá trình điều khiển cũng tính đến các pha của dòng điện.

Một số hệ thống điều khiển vector chính xác hơn được trang bị các vòng phản hồi tốc độ, trong khi các hệ thống điều khiển không có cảm biến tốc độ được gọi là không có cảm biến.

Vì vậy, tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng của ổ điện này hay ổ điện kia, hệ thống điều khiển véc tơ của nó sẽ có những đặc điểm riêng, mức độ chính xác điều chỉnh riêng.

Khi các yêu cầu về độ chính xác đối với điều chỉnh tốc độ cho phép độ lệch lên tới 1,5% và phạm vi điều chỉnh không vượt quá 1 trên 100, thì hệ thống không có cảm biến sẽ ổn. Nếu yêu cầu độ chính xác của việc điều chỉnh tốc độ với độ sai lệch không quá 0,2% và giảm phạm vi từ 1 đến 10.000 thì cần phải có phản hồi cho cảm biến tốc độ trục. Sự hiện diện của cảm biến tốc độ trong các hệ thống điều khiển véc-tơ cho phép điều khiển mô-men xoắn chính xác ngay cả ở tần số thấp xuống tới 1 Hz.

Vì vậy, điều khiển véc tơ có những ưu điểm sau. Độ chính xác cao của điều chỉnh tốc độ rôto (và không có cảm biến tốc độ trên đó) ngay cả trong điều kiện tải trọng trục thay đổi động, trong khi sẽ không có hiện tượng giật. Trục quay trơn và đều ở số vòng quay thấp. Hiệu quả cao do tổn thất thấp trong các điều kiện có đặc tính điện áp cung cấp tối ưu.

Kiểm soát véc tơ không phải là không có nhược điểm của nó. Độ phức tạp của các thao tác tính toán.Sự cần thiết phải thiết lập dữ liệu ban đầu (thông số biến tần).

Đối với truyền động điện nhóm, điều khiển véc tơ về cơ bản là không phù hợp, ở đây điều khiển vô hướng tốt hơn.