유도 전동기의 스칼라 및 벡터 제어 - 차이점은 무엇입니까?
비동기식 엔진 - 고정자 권선의 전류가 회전 자기장을 생성하는 AC 모터. 이 자기장은 회전자 권선에 전류를 유도하고 이러한 전류에 작용하여 회전자를 운반합니다.
그러나 회전하는 고정자 자기장이 회전하는 회전자에 전류를 유도하려면 회전하는 회전자가 회전하는 고정자 자기장보다 약간 뒤처져야 합니다. 따라서 유도 전동기에서 회전자의 속도는 항상 자기장의 회전 속도(모터에 공급되는 교류 주파수에 의해 결정됨)보다 약간 느립니다.
고정자의 회전 자기장에 의한 회 전자의 감속 (로터 미끄러짐) 많을수록 모터 부하가 커집니다. 회전자의 회전과 고정자의 자기장 사이의 동기화 부족은 유도 전동기의 특징이므로 이름이 붙여졌습니다.
고정자의 회전 자기장은 위상 편이 전류가 공급되는 권선에 의해 생성됩니다. 이를 위해 일반적으로 3상 교류가 사용됩니다. 권선에 다른 리액턴스를 포함하여 권선의 전류 사이의 위상 편이가 생성되는 단상 유도 모터도 있습니다.
로터의 회전 각속도와 최신 브러시리스 모터 샤프트의 토크를 조절하기 위해 전기 드라이브의 벡터 또는 스칼라 제어가 사용됩니다.
스칼라 제어
가장 흔했어요 스칼라 유도 전동기의 제어, 예를 들어 팬이나 펌프의 회전 속도를 제어하기 위해 로터의 일정한 회전 속도를 유지하는 것으로 충분할 때 압력 센서 또는 속도 센서의 피드백 신호로 충분합니다.
스칼라 제어의 원리는 간단합니다. 공급 전압의 진폭은 주파수의 함수이며 전압 대 주파수 비율은 거의 일정합니다.
이 종속성의 구체적인 형태는 샤프트의 부하와 관련이 있지만 원칙은 동일하게 유지됩니다. 주파수를 높이고 주어진 모터의 부하 특성에 따라 전압이 비례하여 증가합니다.
결과적으로 회전자와 고정자 사이의 간격의 자속은 거의 일정하게 유지됩니다. 전압 대 주파수 비율이 모터의 정격에서 벗어나면 모터가 과여자되거나 과소여자되어 모터 손실과 프로세스 오작동이 발생합니다.
따라서 스칼라 제어를 사용하면 주파수에 관계없이 작동 주파수 범위에서 거의 일정한 샤프트 토크를 달성할 수 있지만 낮은 회전수에서는 여전히 토크가 감소합니다(이를 방지하려면 주파수에 대한 전압 비율을 증가시켜야 함). , 각 엔진에 대해 엄격하게 정의된 작동 스칼라 제어 범위가 있습니다.
또한 부하가 공급 전압 주파수에서 실제 회전자 속도의 지연에 큰 영향을 미치기 때문에 축에 장착된 속도 센서 없이 스칼라 속도 제어 시스템을 구축하는 것은 불가능합니다. 그러나 스칼라 제어가 있는 속도 센서를 사용하더라도 높은 정확도로 토크를 조정하는 것은 불가능합니다(적어도 경제적으로 실현 가능하지 않음).
이것은 부하에 대한 슬립의 의존성이 중요하지 않은 기존 유도 모터에 주로 제한되는 응용 프로그램의 상대적 희소성을 설명하는 스칼라 제어의 단점입니다.
벡터 제어
이러한 단점을 없애기 위해 1971년 Siemens 엔지니어는 자속의 크기에 대한 피드백으로 제어가 수행되는 모터의 벡터 제어를 사용할 것을 제안했습니다. 최초의 벡터 제어 시스템은 모터에 유량 센서를 포함했습니다.
오늘날 이 방법에 대한 접근 방식은 약간 다릅니다. 모터의 수학적 모델을 사용하면 현재 위상 전류(고정자 권선의 전류 값과 주파수에서)에 따라 회전자 속도와 샤프트 모멘트를 계산할 수 있습니다. .
이 보다 점진적인 접근 방식은 제어 프로세스가 전류의 위상도 고려하므로 부하가 걸린 상태에서 샤프트 토크와 샤프트 속도를 독립적이고 거의 관성적으로 제어할 수 있습니다.
보다 정밀한 벡터 제어 시스템에는 속도 피드백 루프가 장착되어 있으며 속도 센서가 없는 제어 시스템은 센서리스라고 합니다.
따라서 특정 전기 드라이브의 적용 분야에 따라 벡터 제어 시스템은 고유한 특성과 규제 정확도를 갖게 됩니다.
속도 조절에 대한 정확도 요구 사항이 최대 1.5%의 편차를 허용하고 조절 범위가 1/100을 초과하지 않으면 센서리스 시스템이 적합합니다. 편차가 0.2% 이하인 속도 조정 정확도가 필요하고 범위가 1 ~ 10,000으로 감소된 경우 샤프트 속도 센서에 대한 피드백이 필요합니다. 벡터 제어 시스템에 속도 센서가 있으면 1Hz까지의 낮은 주파수에서도 정밀한 토크 제어가 가능합니다.
따라서 벡터 제어는 다음과 같은 장점이 있습니다. 축 부하가 동적으로 변하는 조건에서도 회전자 속도 조절의 정확도가 높으며(속도 센서가 없음) 킥이 없습니다. 낮은 회전에서 샤프트의 부드럽고 균일한 회전. 최적의 전원 전압 특성 조건에서 손실이 적어 효율이 높습니다.
벡터 제어에 단점이 없는 것은 아닙니다. 계산 작업의 복잡성.초기 데이터(가변 드라이브 매개변수)를 설정해야 합니다.
그룹 전기 드라이브의 경우 벡터 제어는 근본적으로 적합하지 않으며 스칼라 제어가 더 좋습니다.