磁場控制帶來更好的交流電機效率

2416100 2022-11-25 | pdf | 194.32KB | 次下載 | 免費

資料介紹

到 2035 年，世界每年將消耗超過 35 萬億千瓦時的電力，高于 2015 年的略低于 21 萬億千瓦時。今天所需電能的近三分之一用于工業生產中使用的電機。許多此類電機都基于簡單的交流設計，因為它們成本相對較低且易于驅動。它們在能源使用方面的效率也很低，尤其是在低速時。然而，這種交流電機本身并不浪費。通過正確的電子控制形式，它們的效率可以顯著提高。使用當今可用的控制技術，可以將給定工作級別的能耗降低多達 60%。到 2035 年，世界每年將消耗超過 35 萬億千瓦時的電力，高于 2015 年的略低于 21 萬億千瓦時。今天所需電能的近三分之一用于工業生產中使用的電機。許多此類電機都基于簡單的交流設計，因為它們成本相對較低且易于驅動。它們在能源使用方面的效率也很低，尤其是在低速時。然而，這種交流電機本身并不浪費。通過正確的電子控制形式，它們的效率可以顯著提高。使用當今可用的控制技術，可以將給定工作級別的能耗降低多達 60%。當今使用的最簡單的控制技術是伏特/赫茲。它在概念上既簡單又易于在基本微控制器上實現。核心算法利用了交流電機設計的核心特性。每個電機都有一個特征磁化電流和由此產生的最大磁通量和轉矩。這些特性通過伏特/赫茲比相關。電機通過圍繞轉動機械負載的移動轉子布置的定子線圈的切換來轉動。線圈之間的切換迫使轉子的磁化元件同步轉動以移動到磁場保持平衡的穩定狀態。當今使用的最簡單的控制技術是伏特/赫茲。它在概念上既簡單又易于在基本微控制器上實現。核心算法利用了交流電機設計的核心特性。每個電機都有一個特征磁化電流和由此產生的最大磁通量和轉矩。這些特性通過伏特/赫茲比相關。電機通過圍繞轉動機械負載的移動轉子布置的定子線圈的切換來轉動。線圈之間的切換迫使轉子的磁化元件同步轉動以移動到磁場保持平衡的穩定狀態。線圈切換頻率的增加將反過來增加速度。但如果供應的電能沒有相應增加，施加的扭矩就會下降。伏特/赫茲控制提供了一種解決該問題的簡單方法，它通過隨著頻率的升高而增加線路電壓，從而使轉矩可以保持在恒定水平。不幸的是，這種關系在低速時并不是特別一致。需要更高的電壓才能在低速下保持高扭矩，但效率會下降并增加線圈飽和和過熱的可能性。線圈切換頻率的增加將反過來增加速度。但如果供應的電能沒有相應增加，施加的扭矩就會下降。伏特/赫茲控制提供了一種解決該問題的簡單方法，它通過隨著頻率的升高而增加線路電壓，從而使轉矩可以保持在恒定水平。不幸的是，這種關系在低速時并不是特別一致。需要更高的電壓才能在低速下保持高扭矩，但效率會下降并增加線圈飽和和過熱的可能性。磁場定向控制提供了一種優化電機控制的方法，特別是在低速時，此外還提供了使電機定位控制更加精確的能力。這增加了交流電機的整體應用范圍，有助于降低工業機械的成本以及運營成本。磁場定向控制提供了一種優化電機控制的方法，特別是在低速時，此外還提供了使電機定位控制更加精確的能力。這增加了交流電機的整體應用范圍，有助于降低工業機械的成本以及運營成本。在磁場定向或磁通矢量控制中，由伏特/赫茲控制暗示的速度和扭矩之間的聯系被打破。磁場定向控制的想法可以使用繞線直流電機模型來表達，其中提供給定子和轉子的電流是獨立的。在這個模型中，扭矩和產生的磁通可以獨立控制。電流產生的電機組內部磁場強度決定了磁通量。提供給轉子中電磁繞組的電流控制著扭矩——因為磁場試圖將自身調整到穩定狀態。在磁場定向或磁通矢量控制中，由伏特/赫茲控制暗示的速度和扭矩之間的聯系被打破。磁場定向控制的想法可以使用繞線直流電機模型來表達，其中提供給定子和轉子的電流是獨立的。在這個模型中，扭矩和產生的磁通可以獨立控制。電流產生的電機組內部磁場強度決定了磁通量。提供給轉子中電磁繞組的電流控制著扭矩——因為磁場試圖將自身調整到穩定狀態。