Asenkron Motorlar için Skaler (V / f) Kontrolü Anlama

Bu makalede, endüksiyon motor hızını nispeten basit hesaplamalarla kontrol etmek için skaler kontrol algoritmasının nasıl uygulandığını anlamaya çalışacağız ve yine de motorun oldukça iyi bir doğrusal değişken hız kontrolü elde edeceğiz.

En iyi pazar analizlerinden alınan raporlar şunu ortaya koymaktadır: endüksiyon motorları ağır endüstriyel motorla ilgili uygulamalar ve işler söz konusu olduğunda en popüler olanlardır. Asenkron motorların popülaritesinin arkasındaki ana nedenler, temelde yüksek derecede sağlamlığı, aşınma ve yıpranma sorunları açısından daha fazla güvenilirliği ve nispeten yüksek fonksiyonel verimliliktir.

Bununla birlikte, asenkron motorların tipik bir dezavantajı vardır, çünkü bunların sıradan geleneksel yöntemlerle kontrol edilmesi kolay değildir. Asenkron motorların kontrol edilmesi, esas olarak aşağıdakileri içeren oldukça karmaşık matematiksel konfigürasyonu nedeniyle nispeten zahmetlidir:

• Çekirdek doygunlukta doğrusal olmayan yanıt
• Sargının değişen sıcaklığından dolayı form salınımlarında kararsızlık.

Bu kritik hususlar nedeniyle, endüksiyon motor kontrolünü en iyi şekilde uygulamak, örneğin bir 'vektör kontrol' yöntemi ve ek olarak bir mikro denetleyici tabanlı işleme sistemi kullanarak, yüksek güvenilirliğe sahip, tamamen hesaplanmış bir algoritma gerektirir.

Skaler Kontrol Uygulamasını Anlamak

Bununla birlikte, çok daha kolay bir konfigürasyon kullanarak asenkron motor kontrolünü uygulamak için uygulanabilecek başka bir yöntem vardır, vektör olmayan sürücü tekniklerini içeren skaler kontroldür.

Aslında, bir AC endüksiyon motorunu basit bir voltaj geri beslemesi ve akım kontrollü sistemlerle çalıştırarak kararlı bir duruma getirmek mümkündür.

Bu skaler yöntemde, skaler değişken, doğru değere ya pratik olarak deneyler yaparak veya uygun formüller ve hesaplamalar yoluyla ulaşıldığında ince ayar yapılabilir.

Daha sonra bu ölçüm, bir açık döngü devresi veya kapalı bir geri besleme döngüsü topolojisi aracılığıyla motor kontrolünü uygulamak için kullanılabilir.

Skaler kontrol yöntemi, motorda oldukça iyi sabit durum sonuçları vaat etse de, geçici tepkisi işarete kadar olmayabilir.

Endüksiyon Motorları Nasıl Çalışır?

Asenkron motorlardaki 'indüksiyon' kelimesi, rotorun stator sargısı tarafından mıknatıslanmasının operasyonun çok önemli bir yönü haline geldiği benzersiz çalışma yöntemini ifade eder.

AC stator sargısı boyunca uygulandığında, stator sargısından gelen salınımlı manyetik alan rotor armatürü ile etkileşime girerek rotor üzerinde yeni bir manyetik alan yaratır ve bu da rotorda yüksek miktarda dönme torku indükleyen stator manyetik alanı ile reaksiyona girer. . Bu dönme torku, makineye gerekli etkin mekanik çıktıyı sağlar.

3 Fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motor Nedir

Endüksiyon motorlarının en popüler çeşididir ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir sincap kafesli endüksiyon motorunda rotor, rotorun eksenini çevreleyen bir dizi çubuk benzeri iletken taşır ve benzersiz bir kafes benzeri yapı sunar ve dolayısıyla 'sincap kafes' adı verilir.

Rotor ekseni etrafında dönerek çarpık şekillere sahip bu çubuklar, çubuk uçlarına kalın ve sağlam metal halkalarla tutturulmuştur. Bu metal halkalar yalnızca çubukları yerinde sağlam bir şekilde sabitlemeye yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda çubuklar boyunca önemli bir elektriksel kısa devreyi de uygular.

Stator sargısı, sıralı bir 3 fazlı sinüzoidal alternatif akım ile uygulandığında, ortaya çıkan manyetik alan da 3 fazlı stator sinüs frekansı (ωs) ile aynı hızda hareket etmeye başlar.

Sincap kafesli rotor düzeneği stator sargısı içinde tutulduğundan, stator sargısından gelen yukarıdaki alternatif 3 fazlı manyetik alan, kafes düzeneğinin çubuk iletkenleri üzerinde eşdeğer bir manyetik alan oluşturarak rotor düzeneği ile reaksiyona girer.

Bu, rotor çubuklarının etrafında ikincil bir manyetik alan oluşmasını zorlar ve sonuç olarak bu yeni manyetik alan, stator manyetik alanının yönünü izlemeye çalışan rotor üzerinde bir dönme torku uygulayarak stator alanıyla etkileşime girmeye zorlanır.

İşlemde rotor hızı, statorun frekans hızına ulaşmaya çalışır ve stator senkron manyetik alan hızına yaklaştıkça, stator frekans hızı ile rotor dönüş hızı arasındaki bağıl hız farkı e azalmaya başlar, bu da manyetikte bir azalmaya neden olur. rotorun manyetik alanının statorun manyetik alanı üzerindeki etkileşimi, sonunda rotor üzerindeki torku ve rotorun eşdeğer güç çıkışını azaltır.

Bu, rotor üzerinde minimum bir güce yol açar ve bu hızda rotorun, rotor üzerindeki yükün eşdeğer olduğu ve rotor üzerindeki tork ile eşleştiği bir sabit durum elde ettiği söylenir.

Bir yüke tepki olarak bir endüksiyon motorunun çalışması aşağıda açıklandığı gibi özetlenebilir:

Rotor (şaft) hızı ile iç stator frekansı hızı arasında ince bir farkın sürdürülmesi zorunlu hale geldiğinden, yükü fiilen işleyen rotor hızı, stator frekans hızından biraz daha düşük bir hızda döner. Tersine, statorun 50Hz 3 fazlı besleme ile uygulandığını varsayarsak, bu 50Hz frekansının stator sargısı boyunca açısal hızı her zaman rotorun dönme hızındaki tepkiden biraz daha yüksek olacaktır, bu doğal olarak optimum bir şekilde korunur. rotordaki güç.

Asenkron Motorda Kayma Nedir

Statorun açısal frekans hızı ile rotorun tepkisel dönüş hızı arasındaki göreceli fark, 'kayma' olarak adlandırılır. Kayma, motorun alan odaklı bir strateji ile çalıştırıldığı durumlarda bile mevcut olmalıdır.

Endüksiyon motorlarındaki rotor mili, dönüşü için herhangi bir harici uyarıma bağlı olmadığından, neredeyse sıfır aşınma ve yıpranma, yüksek verimlilik ve yine de bakımı ile ucuz olan geleneksel kayma halkaları veya fırçalar olmadan çalışabilir.

Bu motorlardaki tork faktörü, stator ve rotorun manyetik akıları arasında oluşturulan açı ile belirlenir.

Aşağıdaki şemaya baktığımızda, rotor hızının Ω olarak atandığını ve stator ile rotor arasındaki frekansların aşağıdaki formülle sunulan 's' parametresi veya kayma tarafından belirlendiğini görebiliriz:

s = ( ω s - ω r ) / ω s

Yukarıdaki ifadede s, statorun senkron frekans hızı ile rotor mili üzerinde geliştirilen gerçek motor hızı arasındaki farkı gösteren 'kayma' dır.

Skaler Hız Kontrol Teorisini Anlamak

Asenkron motor kontrol konseptlerinde Teknik V / Hz hız kontrolü, stator voltajının frekansa göre ayarlanmasıyla gerçekleştirilir, öyle ki hava boşluğu akısı asla sabit durumun beklenen aralığının ötesine sapamaz, başka bir deyişle bu tahmini sabit durumda tutulur. değerdir ve bu nedenle aynı zamanda skaler kontrol yöntem, çünkü teknik büyük ölçüde motor hızını kontrol etmek için kararlı durum dinamiklerine bağlıdır.

Skaler bir kontrol tekniğinin basitleştirilmiş şemasını gösteren aşağıdaki şekle başvurarak bu kavramın çalışmasını anlayabiliriz. Kurulumda, stator direncinin (Rs) sıfır olduğu varsayılırken, stator sızıntısı Endüktans (LI'ler) rotor sızıntısı ve mıknatıslama endüktansından (LIr) etkilendi. Gerçekte hava boşluğu akısının büyüklüğünü gösteren (LIr), toplam kaçak endüktanstan (Ll = Lls + Llr) önce itilmiş olarak görülebilir.

Bundan dolayı, mıknatıslama akımı tarafından oluşturulan hava boşluğu akısı, statorun frekans oranına yakın bir yaklaşık değer alır. Dolayısıyla, kararlı durum değerlendirmesi için fazör ifadesi şu şekilde yazılabilir:

Doğrusal manyetik bölgelerinde çalışan endüksiyon motorları için Lm değişmeyecek ve sabit kalmayacaktır, bu gibi durumlarda yukarıdaki denklem şu şekilde ifade edilebilir:

V ve Λ sırasıyla stator voltaj değerleri ve stator akısı iken, Ṽ tasarımdaki fazör parametresini temsil eder.

Yukarıdaki son ifade, giriş frekansındaki (f) herhangi bir değişikliğe bakılmaksızın V / f oranı sabit tutulduğu sürece, akının da sabit kaldığını, bu da toque'un besleme voltajı frekansına bağlı olmadan çalışmasını mümkün kıldığını açıkça açıklamaktadır. . Bu, ΛM'nin sabit bir seviyede tutulması durumunda, Vs / ƒ oranının da sabit bir ilgili hızda sunulacağı anlamına gelir. Bu nedenle, motorun hızı arttığında, stator sargısı boyunca voltajın da orantılı olarak artırılması gerekecektir, böylece sabit bir Vs / f korunabilir.

Bununla birlikte, burada kayma motora bağlı yükün fonksiyonu olduğundan, senkron frekans hızı motorun gerçek hızını göstermez.

Rotor üzerinde bir yük torkunun yokluğunda, ortaya çıkan kayma ihmal edilebilir derecede küçük olabilir ve motorun senkron hızlara yakın hızlara ulaşmasına izin verir.

Bu nedenle, temel bir Vs / f veya bir V / Hz konfigürasyonu, motora bir yük torku ile bağlandığında genellikle bir endüksiyon motorunun doğru hız kontrolünü uygulama kapasitesine sahip olmayabilir. Bununla birlikte, hız ölçümü ile birlikte sisteme bir kayma kompanzasyonu kolaylıkla eklenebilir.

Aşağıda gösterilen grafik gösterim, kapalı döngü V / Hz sistemi içindeki bir hız sensörünü açıkça göstermektedir.

Pratik uygulamalarda, tipik olarak stator voltajı ve frekans oranı, bu parametrelerin kendisinin derecelendirmesine bağlı olabilir.

V / Hz Hız Kontrolünü Analiz Etme

Aşağıdaki şekilde standart bir V / Hz analizine tanık olunabilir.

Temel olarak, bir V / Hz profilinde aşağıdaki noktalardan anlaşılabilecek 3 hız seçim aralığı bulacaksınız:

• Atıfta Şekil 4 kesme frekansı 0-fc bölgesinde olduğunda, stator sargısı boyunca potansiyel bir düşüş geliştiren bir voltaj girişi gerekli hale gelir ve bu voltaj düşüşü göz ardı edilemez ve besleme voltajı Vs artırılarak telafi edilmesi gerekir. Bu, bu bölgede V / Hz oran profilinin doğrusal bir fonksiyon olmadığını gösterir. Rs ≠ 0 olan kararlı durum eşdeğer devresi yardımıyla uygun stator gerilimleri için kesme frekansını fc analitik olarak değerlendirebiliriz.
• Fc-r (derecelendirilmiş) Hz bölgesinde, sabit bir Vs / Hz ilişkisi yürütebilir, bu durumda ilişkinin eğimi, hava boşluğu akısının miktarı .
• Daha yüksek frekanslarda çalışan f (nominal) dışındaki bölgede, Vs / f oranını sabit oranda gerçekleştirmek imkansız hale gelir, çünkü bu konumda stator voltajı f (nominal) değerinde sınırlanma eğilimindedir. Bu, stator sargısının yalıtım arızasına maruz kalmamasını sağlamak için olur. Bu durum nedeniyle, sonuçta ortaya çıkan hava boşluğu akışı tehlikeye atılır ve azalır, bu da karşılık gelen şekilde azalan bir rotor torkuna yol açar. Asenkron motorlardaki bu operasyonel aşama şu şekilde adlandırılır: 'Saha zayıflatma bölgesi' . Bu tür bir durumu önlemek için, genellikle bu frekans aralıklarında sabit bir V / Hz kuralına uyulmaz.

Staor sargısındaki frekans değişikliğinden bağımsız olarak sabit bir stator manyetik akısının mevcudiyeti nedeniyle, rotor üzerindeki toque artık sadece kayma hızına dayanmak zorundadır, bu etki, şekil 5 yukarıda

Uygun kayma hızı regülasyonu ile, bir asenkron motorun hızı, sabit bir V / Hz prensibi kullanılarak rotor yükü üzerindeki tork ile birlikte etkili bir şekilde kontrol edilebilir.

Bu nedenle, ister açık ister kapalı döngü hız kontrolü modu, her ikisi de sabit V / Hz kuralı kullanılarak uygulanabilir.

HVAC ünitelerinde veya fan ve üfleyici benzeri cihazlarda olduğu gibi hız kontrolünün doğruluğunun önemli bir faktör olmayabileceği uygulamalarda bir Açık döngü kontrol modu kullanılabilir. Bu gibi durumlarda, yükün frekansı, motorun gerekli hız seviyesine atıfta bulunarak bulunur ve rotor hızının yaklaşık olarak anlık senkron hızı izlemesi beklenir. Bu tür uygulamalarda motorun kaymasından kaynaklanan her türlü hız uyuşmazlığı genellikle ihmal edilir ve kabul edilir.

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