誘導モーターのスカラー制御とベクトル制御 - 違いは何ですか?

非同期エンジン — 固定子巻線の電流が回転磁界を生成する AC モーター。この磁場はローター巻線に電流を誘導し、これらの電流に作用してローターを動かします。

ただし、回転するステーターの磁界が回転するローターに電流を誘導するには、ローターの回転がステーターの回転する磁界よりわずかに遅れる必要があります。したがって、誘導モーターでは、ローターの速度は常に磁界の回転速度 (モーターに供給される交流の周波数によって決まります) よりわずかに遅くなります。

ステータの回転磁界によるロータの減速（ローターの滑り) 多いほど、モーターの負荷が大きくなります。ローターの回転とステーターの磁界が同期していないことが誘導モーターの特徴であり、そのためその名前が付けられています。

ステータ内の回転磁界は、位相シフトされた電流が供給される巻線によって生成されます。通常、この目的には三相交流が使用されます。巻線に異なるリアクタンスを含めることによって巻線の電流間の位相シフトが生成される単相誘導電動機もあります。

ローターの回転角速度と最新のブラシレス モーターのシャフトのトルクを調整するには、電気駆動装置のベクトルまたはスカラー制御が使用されます。

スカラー制御

最も一般的でした スカラー誘導電動機の制御たとえば、ファンまたはポンプの回転速度を制御するには、ローターの回転速度を一定に維持するだけで十分な場合、これには圧力センサーまたは速度センサーからのフィードバック信号で十分です。

スカラー制御の原理は単純です。 供給電圧の振幅は周波数の関数であり、電圧と周波数の比はほぼ一定です。

この依存性の具体的な形式はシャフトの負荷に関連しますが、原理は同じです。つまり、周波数が増加すると、特定のモーターの負荷特性に応じて電圧が比例して増加します。

その結果、ロータとステータの間のギャップ内の磁束はほぼ一定に保たれます。電圧対周波数比がモーターの定格から逸脱すると、モーターは過励磁または過小励磁となり、モーター損失やプロセスの誤動作が発生します。

このように、スカラー制御により、周波数に関係なく、動作周波数範囲でほぼ一定の軸トルクを実現できますが、低回転ではトルクが低下します（これを防ぐには、周波数に対する電圧比を大きくする必要があります）。 、各エンジンには、厳密に定義された動作スカラー制御範囲があります。

また、負荷は供給電圧周波数からの実際のローター速度の遅れに大きく影響するため、シャフトに取り付けられた速度センサーなしでスカラー速度制御システムを構築することは不可能です。しかし、スカラー制御を備えた速度センサーを使用したとしても、トルクを高精度に調整することはできません (少なくとも経済的には実現可能ではありません)。

これはスカラー制御の欠点であり、その用途が主に従来の誘導電動機に限定されており、滑りの負荷依存性が重要ではないため、その用途が相対的に少ないことを説明しています。

ベクトル制御

これらの欠点を解決するために、シーメンスの技術者は 1971 年に、磁束の大きさをフィードバックして制御を実行するモーターのベクトル制御を使用することを提案しました。最初のベクトル制御システムには、モーターに流量センサーが含まれていました。

現在、この方法へのアプローチは少し異なります。モーターの数学モデルを使用すると、電流相電流に応じてローター速度とシャフトモーメントを計算できます（ステーター巻線の電流の周波数と値から）。 。

このより進歩的なアプローチにより、制御プロセスでは電流の位相も考慮されるため、負荷時のシャフト トルクとシャフト速度の両方を独立してほぼ慣性的に制御することが可能になります。

一部のより高精度のベクトル制御システムには速度フィードバック ループが装備されていますが、速度センサーのない制御システムはセンサーレスと呼ばれます。

したがって、さまざまな電気駆動装置の適用分野に応じて、そのベクトル制御システムには独自の特性、独自の調整精度の程度があります。

速度調整の精度要件が最大 1.5% の偏差を許容し、調整範囲が 1/100 を超えない場合、センサーレス システムは問題ありません。偏差 0.2% 以下の速度調整の精度が必要で、範囲が 1 ～ 10,000 に縮小される場合は、シャフト速度センサーのフィードバックが必要になります。ベクトル制御システムに速度センサーが存在するため、1 Hz までの低周波数でも正確なトルク制御が可能になります。

したがって、ベクトル制御には次のような利点があります。シャフト負荷が動的に変化する条件下でも、キックが発生しないにもかかわらず、ローター速度調整が高精度に行われます (速度センサーなしでも)。低回転でのシャフトのスムーズかつ均一な回転。最適な電源電圧特性の条件下での低損失による高効率。

ベクトル制御には欠点がないわけではありません。計算操作の複雑さ。初期データ（可変ドライブパラメータ）を設定する必要があります。

グループ電気駆動の場合、ベクトル制御は基本的に不適切であり、ここではスカラー制御の方が適しています。