了解感应电机的标量（V / F）控制

在本文中，我们将试图了解标量控制算法是如何实现的，通过相对简单的计算来控制感应电动机的速度，同时实现相当好的电动机线性变速控制。

许多顶级市场分析报告显示感应电机在处理重型工业电机相关的应用程序和工作方面是最受欢迎的。感应电机普及背后的主要原因基本上是由于其高度的鲁棒性，在磨损和撕裂问题方面更具可靠性，并且具有相对高的功能效率。

也就是说，感应电动机具有一个典型的缺点，因此这些不易控制常规方法。由于其相当复杂的数学配置，控制感应电动机相对苛刻，主要包括：

• 岩芯饱和时的非线性响应
• 由于绕组的不同温度，在形式振荡中的不稳定性。

由于实现感应电动机控制的这些关键方面，最佳地要求具有高可靠性的彻底计算的算法，例如使用“矢量控制”方法，并且另外使用基于微控制器的处理系统。

理解标量控制实现

然而，还有另一种方法可以应用于使用更简单的配置实现感应电机控制，即标量控制结合非矢量驱动技术。

实际上可以通过用简单的电压反馈和电流控制系统使AC感应电动机能够进入稳定状态。

在这种标量方法中，一旦通过实际实验或通过适当的公式和计算获得正确的值，就可以调整标量变量。

接下来，该测量可用于通过开环电路或闭环拓扑实现电机控制。

即使标量控制方法在电机上保证了相当好的稳态结果，其瞬态响应也可能达不到要求。

感应电机如何工作

感应电动机中的“感应”一词指的是其独特的运行方式，其中通过定子绕组磁化转子成为运行的一个关键方面。

当交流作用于定子绕组时，定子绕组的振荡磁场与转子电枢相互作用，在转子上产生新磁场，进而与定子磁场反应，在转子上产生大量旋转扭矩。该旋转扭矩为机器提供所需的有效机械输出。

什么是3相松鼠笼感应电动机

它是感应电动机最流行的变体，广泛用于工业应用。在鼠笼式感应电动机中，转子在转子轴周围带有一系列条形导体，呈现出独特的鼠笼式结构，因此被称为“鼠笼式”。

这些形状倾斜且绕转子轴运行的杆在杆端连接有厚而坚固的金属环。这些金属环不仅有助于将钢筋牢固地固定在适当位置，而且还加强了钢筋之间的基本电气短路。

当定子绕组施加顺序三相正弦交流电时，产生的磁场也开始以与三相定子正弦频率（ωs）相同的速度移动。

由于鼠笼式转子组件固定在定子绕组内，因此来自定子绕组的上述交流三相磁场与转子组件发生反应，从而在鼠笼式转子组件的棒形导线上产生等效磁场。

这迫使转子棒周围形成二次磁场，因此，该新磁场被迫与定子磁场相互作用，从而在转子上施加旋转扭矩，试图跟随定子磁场的方向。

在该过程中，转子速度试图达到定子的频率速度，当其接近定子同步磁场速度时，定子频率速度和转子转速之间的相对速度差e开始减小，这会导致转子磁场与定子磁场之间的磁相互作用减小，最终降低转子上的扭矩和转子的等效功率输出。

这导致转子上的功率最小，在该速度下，转子被称为已获得稳态，此时转子上的负载相等，并与转子上的扭矩相匹配。

响应于负载的感应电动机的工作可以概括如下所示：

由于必须保持转子（轴）速度和内部定子频率速度之间的细微差异，因此实际处理负载的转子速度以略低于定子频率的速度旋转。相反，若我们假设定子采用50Hz三相电源，那个么定子绕组上50Hz频率的角速度将始终略高于转子转速的响应，这是为了确保转子上的最佳功率。

什么是滑入式感应电动机

定子的频率角速度和转子的响应转速之间的相对差称为“滑移”。即使在电机采用磁场定向策略运行的情况下，也需要出现打滑。

由于感应电动机中的转子轴不依赖于其旋转的任何外部励磁，因此可以在没有传统的滑环或刷子的情况下工作，确保几乎耗尽和撕裂，高效率，并且廉价随着其维护。

这些电动机中的扭矩因子由在定子和转子的磁通量和转子之间建立的角度来确定。

查看下图，我们可以看到转子的速度被分配为Ω，并且定子横跨定子和转子的频率由参数“S”或滑块确定，如下所示：

s=(ωs-ωR) /ωs

在上述表达式中，S是在转子轴上显示定子的同步频率速度与实际电动机速度之间的“滑移”。

理解标量速度控制理论

在感应电机控制概念中V/Hz技术采用时，速度控制是通过调整定子电压相对于频率来实现的，这样气隙磁通就永远不会偏离稳态的预期范围，换句话说，它保持在这个估计的稳态值内，因此它也被称为标量控制方法，因为该技术严重依赖于控制电机速度的稳态动力学。

通过参考下图，我们可以理解这个概念的工作原理，下图显示了标量控制技术的简化方案。在设置中，假设定子电阻（Rs）为零，而定子漏感（LIs）施加在转子漏感和磁化电感（LIr）上。可以看出，实际描述气隙磁通量大小的（LIr）比总漏感（Ll=Lls+Llr）要早。

因此，由磁化电流产生的气隙磁通量得到接近定子频率比的近似值。因此，稳态评估的相量表达式可写成如下：

对于可以在其线性磁区运行的感应电动机，LM不会改变并保持恒定，在这种情况下，上述等式可以表示为：

式中，V和∧分别为定子电压值和定子磁通，而Ṽ 表示设计中的相量参数。

上面的最后一个表达式清楚地解释了，只要V/f比保持不变，而不考虑输入频率（f）的任何变化，那么磁通量也保持不变，这使得扭矩能够在不依赖电源电压频率的情况下工作。这意味着，如果∧M保持在一个恒定水平，那么Vs/ƒ比率也将以恒定的相关速度呈现。因此，每当电机速度增加时，定子绕组上的电压也需要按比例增加，以便保持恒定的Vs/f。

然而，这里的滑动是连接到电机的负载的功能，同步频率速度不描绘电动机的实时速度。

在转子上没有负载扭矩的情况下，可以忽略所得到的滑动，允许电动机达到接近同步速度。

这就是为什么当电机连接有负载转矩时，基本Vs/f或V/Hz配置通常无法实现感应电机的精确速度控制。但是，在系统中很容易引入滑动补偿以及速度测量。

以下指示的图形表示清楚地描绘了闭环V / Hz系统内的速度传感器。

在实际实施中，定子电压和频率的比率通常取决于这些参数本身的额定值。

分析V / Hz速度控制

标准V/Hz分析可在下图中看到。

从根本上讲，您将在V / Hz配置文件中找到3个速度选择范围，从以下几点可以理解，

• 指图4当切断频率在0-FC处时，电压输入变得必不可少，该电压输入在定子绕组上产生潜在的液滴，并且不能忽略该电压降，并且通过增加电源电压与电源电压Vs来补偿该电压下降。这表明在该区域中，V / Hz比例是线性函数。我们可以分析为适当的定子电压的切断频率Fc，Witg的稳态等效电路的帮助具有Rs≠0。
• 在区域FC-R（额定）Hz中，它能够执行常数Vs / Hz关系，在这种情况下，关系的斜率表示气隙磁通量.
• 在超过f（额定）的区域，以更高的频率运行时，不可能以恒定速率执行Vs/f比，因为在此位置，定子电压趋向于限制在f（额定）值。这样做是为了确保定子绕组不会发生绝缘击穿。由于这种情况，由此产生的气隙磁通趋于妥协和降低，从而导致转子扭矩相应降低。感应电动机的这一运行阶段被称为“磁场减弱区”.为了防止这种情况，通常在这些频率范围内不会遵循常数V / Hz规则。

由于存在恒定的定子磁通量，与定子绕组中的频率变化无关，因此转子上的转矩现在只需依赖于转差速度，这种影响可以在图5在上面

通过适当的转差速度调节，采用恒定的V/Hz原理，感应电动机的速度可以与转子负载上的转矩一起得到有效控制。

因此，无论是速度控制的开环模式还是闭环模式，都可以使用恒定V/Hz规则来实现。

开环控制模式可用于速度控制精度可能不是重要因素的应用中，如HVAC装置或类似风扇和鼓风机的设备。在这种情况下，通过参考电机所需的速度水平来确定负载的频率，转子速度预计将大致遵循瞬时同步速度。在此类应用中，由于电机打滑而引起的任何形式的速度差异通常被忽略并被接受。

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