Kontrol skalar dan vektor motor induksi - apa bedanya?

Mesin asinkron — motor AC di mana arus dalam belitan stator menciptakan medan magnet yang berputar. Medan magnet ini menginduksi arus dalam belitan rotor dan, bekerja pada arus ini, membawa rotor bersamanya.

Namun, agar medan magnet stator yang berputar dapat menginduksi arus dalam rotor yang berputar, rotor dalam putarannya harus sedikit tertinggal di belakang medan stator yang berputar. Oleh karena itu, pada motor induksi, kecepatan rotor selalu sedikit lebih kecil dari kecepatan putaran medan magnet (yang ditentukan oleh frekuensi arus bolak-balik yang mengalirkan motor).

Perlambatan rotor oleh medan magnet putar stator (selip rotor) semakin banyak, semakin besar beban motor. Kurangnya sinkronisasi antara putaran rotor dan medan magnet stator merupakan ciri khas motor induksi, oleh karena itu namanya.

Medan magnet berputar di stator dihasilkan oleh belitan yang disuplai dengan arus pergeseran fasa. Arus bolak-balik tiga fase biasanya digunakan untuk tujuan ini. Ada juga motor induksi satu fasa di mana pergeseran fasa antara arus di belitan dibuat dengan memasukkan reaktansi yang berbeda di belitan.

Untuk mengatur kecepatan sudut putaran rotor, serta torsi pada poros motor brushless modern, kontrol vektor atau skalar dari penggerak listrik digunakan.

Kontrol skalar

Itu yang paling umum mengendalikan motor induksi skalar, ketika, misalnya, untuk mengontrol kecepatan putaran kipas atau pompa cukup untuk mempertahankan kecepatan putaran rotor yang konstan, untuk ini sinyal umpan balik dari sensor tekanan atau dari sensor kecepatan sudah cukup.

Prinsip kontrol skalar sederhana: amplitudo tegangan suplai adalah fungsi frekuensi, rasio tegangan terhadap frekuensi kira-kira konstan.

Bentuk spesifik dari ketergantungan ini terkait dengan beban pada poros, tetapi prinsipnya tetap sama: kami meningkatkan frekuensi, dan tegangan meningkat secara proporsional tergantung pada karakteristik beban dari motor yang diberikan.

Akibatnya, fluks magnet di celah antara rotor dan stator dipertahankan hampir konstan. Jika rasio voltase-frekuensi menyimpang dari nominal untuk motor, maka motor akan over-excited atau under-excited, mengakibatkan kerugian motor dan malfungsi proses.

Dengan demikian, kontrol skalar memungkinkan untuk mencapai torsi poros yang hampir konstan dalam rentang frekuensi operasi, terlepas dari frekuensinya, tetapi pada putaran rendah torsi masih berkurang (untuk mencegah hal ini, perlu untuk meningkatkan rasio tegangan ke frekuensi ), oleh karena itu , untuk setiap mesin ada rentang kontrol skalar operasi yang ditentukan secara ketat.

Selain itu, tidak mungkin membangun sistem kontrol kecepatan skalar tanpa sensor kecepatan yang dipasang di poros karena beban sangat memengaruhi kelambatan kecepatan rotor aktual dari frekuensi tegangan suplai. Tetapi bahkan dengan sensor kecepatan dengan kontrol skalar, tidak mungkin menyesuaikan torsi dengan akurasi tinggi (setidaknya tidak layak secara ekonomi).

Ini adalah kerugian dari kontrol skalar, yang menjelaskan kelangkaan relatif aplikasinya, terutama terbatas pada motor induksi konvensional, di mana ketergantungan slip pada beban tidak kritis.

Kontrol vektor

Untuk menghilangkan kekurangan tersebut, pada tahun 1971, para insinyur Siemens mengusulkan untuk menggunakan kontrol vektor motor, di mana kontrol dilakukan dengan umpan balik pada besarnya fluks magnet. Sistem kontrol vektor pertama berisi sensor aliran di motor.

Saat ini, pendekatan untuk metode ini sedikit berbeda: model matematika motor memungkinkan Anda menghitung kecepatan rotor dan momen poros tergantung pada arus fasa saat ini (dari frekuensi dan nilai arus dalam belitan stator) .

Pendekatan yang lebih progresif ini memungkinkan kontrol independen dan hampir inersia dari torsi poros dan kecepatan poros di bawah beban, karena proses kontrol juga memperhitungkan fase arus.

Beberapa sistem kontrol vektor yang lebih presisi dilengkapi dengan loop umpan balik kecepatan, sedangkan sistem kontrol tanpa sensor kecepatan disebut tanpa sensor.

Jadi, tergantung pada bidang penerapan penggerak listrik ini atau itu, sistem kontrol vektornya akan memiliki karakteristiknya sendiri, tingkat keakuratan pengaturannya sendiri.

Ketika persyaratan akurasi untuk pengaturan kecepatan memungkinkan penyimpangan hingga 1,5% dan rentang pengaturan tidak melebihi 1 dalam 100, maka sistem tanpa sensor baik-baik saja. Jika keakuratan penyesuaian kecepatan dengan deviasi tidak lebih dari 0,2% diperlukan, dan rentangnya dikurangi menjadi 1 hingga 10.000, maka diperlukan umpan balik untuk sensor kecepatan poros. Kehadiran sensor kecepatan dalam sistem kontrol vektor memungkinkan kontrol torsi yang presisi bahkan pada frekuensi rendah hingga 1 Hz.

Jadi, pengendalian vektor memiliki keuntungan sebagai berikut. Akurasi tinggi pengaturan kecepatan rotor (dan tanpa sensor kecepatan di atasnya) bahkan dalam kondisi beban poros yang berubah secara dinamis, sementara tidak akan ada tendangan. Putaran poros yang halus dan rata pada putaran rendah. Efisiensi tinggi karena kerugian rendah dalam kondisi karakteristik tegangan suplai yang optimal.

Kontrol vektor bukan tanpa kekurangannya. Kompleksitas operasi komputasi.Kebutuhan untuk mengatur data awal (variabel drive parameter).

Untuk penggerak listrik grup, kontrol vektor pada dasarnya tidak cocok, di sini kontrol skalar lebih baik.