Frekvensomvandlare är en teknik som bör behärskas vid elektriskt arbete. Att använda frekvensomvandlare för att styra motorer är en vanlig metod inom elektrisk styrning; vissa kräver också kunskaper i deras användning.
1. Först och främst, varför ska man använda en frekvensomvandlare för att styra en motor?
Motorn är en induktiv last, vilket hindrar strömförändringen och kommer att producera en stor strömförändring vid start.
Växelriktaren är en elektrisk energikontrollenhet som använder halvledarkomponenters på/av-funktion för att omvandla industriell strömförsörjning till en annan frekvens. Den består huvudsakligen av två kretsar, en är huvudkretsen (likriktarmodul, elektrolytkondensator och växelriktarmodul), och den andra är styrkretsen (strömförsörjningskort, styrkretskort).
För att minska motorns startström, särskilt för motorer med högre effekt, gäller att ju högre effekt, desto högre startström. För hög startström kommer att belasta strömförsörjningen och distributionsnätet mer. Frekvensomvandlaren kan lösa detta startproblem och låta motorn starta smidigt utan att orsaka för hög startström.
En annan funktion med att använda en frekvensomvandlare är att justera motorns hastighet. I många fall är det nödvändigt att kontrollera motorns hastighet för att uppnå bättre produktionseffektivitet, och frekvensomvandlarens hastighetsreglering har alltid varit dess största höjdpunkt. Frekvensomvandlaren styr motorns hastighet genom att ändra strömförsörjningens frekvens.
2. Vilka är växelriktarens styrmetoder?
De fem vanligaste metoderna för inverterstyrning av motorer är följande:
A. Sinusformad pulsbreddsmodulering (SPWM) styrmetod
Dess egenskaper är enkel styrkretsstruktur, låg kostnad, god mekanisk hårdhet och kan uppfylla kraven på smidig hastighetsreglering för allmän transmission. Den har använts i stor utsträckning inom olika industriområden.
Vid låga frekvenser, på grund av den låga utspänningen, påverkas dock vridmomentet avsevärt av statorresistansens spänningsfall, vilket minskar det maximala utgångsmomentet.
Dessutom är dess mekaniska egenskaper inte lika starka som hos likströmsmotorer, och dess dynamiska vridmomentkapacitet och statiska hastighetsregleringsprestanda är inte tillfredsställande. Dessutom är systemprestandan inte hög, styrkurvan ändras med belastningen, vridmomentresponsen är långsam, motorns vridmomentutnyttjandegrad är inte hög och prestandan minskar vid låg hastighet på grund av statormotstånd och växelriktarens dödzonseffekt, vilket försämrar stabiliteten. Därför har man studerat vektorstyrd variabel frekvenshastighetsreglering.
B. Styrmetod för spänningsrymdsvektor (SVPWM)
Den är baserad på den övergripande genereringseffekten av trefasvågformen, med syftet att närma sig den ideala cirkulära roterande magnetfältbanan för motorns luftgap, generera en trefasmodulationsvågform i taget och styra den i form av en inskriven polygon som approximerar cirkeln.
Efter praktisk användning har den förbättrats, det vill säga infört frekvenskompensation för att eliminera felet i hastighetsregleringen; uppskattning av flödesamplituden genom återkoppling för att eliminera påverkan av statormotstånd vid låg hastighet; stängning av utspännings- och strömslingan för att förbättra dynamisk noggrannhet och stabilitet. Det finns dock många styrkretslänkar, och ingen momentjustering har införts, så systemprestandan har inte förbättrats fundamentalt.
C. Vektorkontrollmetod (VC)
Kärnan är att göra växelströmsmotorn likvärdig med en likströmsmotor och oberoende styra hastigheten och magnetfältet. Genom att styra rotorflödet bryts statorströmmen ner för att erhålla vridmoment- och magnetfältskomponenterna, och koordinattransformationen används för att uppnå ortogonal eller frikopplad styrning. Införandet av vektorstyrningsmetoden är av epokgörande betydelse. I praktiska tillämpningar påverkas dock systemegenskaperna kraftigt av motorparametrarna, eftersom rotorflödet är svårt att observera exakt, och vektorrotationstransformationen som används i den ekvivalenta likströmsmotorstyrprocessen är relativt komplex, vilket gör det svårt för den faktiska styreffekten att uppnå det ideala analysresultatet.
D. Metod för direkt momentreglering (DTC)
År 1985 föreslog professor DePenbrock vid Ruhruniversitetet i Tyskland först tekniken för frekvensomvandling med direkt momentstyrning. Denna teknik har till stor del löst bristerna hos den ovannämnda vektorstyrningen och har utvecklats snabbt med nya styridéer, en koncis och tydlig systemstruktur samt utmärkta dynamiska och statiska prestanda.
För närvarande har denna teknik framgångsrikt tillämpats på högeffektsväxelströmstransmission för elektriska lok. Direkt momentreglering analyserar direkt den matematiska modellen för växelströmsmotorer i statorkoordinatsystemet och styr motorns magnetiska flöde och vridmoment. Den behöver inte likställa växelströmsmotorer med likströmsmotorer, vilket eliminerar många komplexa beräkningar vid vektorrotationstransformation; den behöver inte imitera styrningen av likströmsmotorer, och den behöver inte heller förenkla den matematiska modellen för växelströmsmotorer för frikoppling.
E. Matris AC-AC-styrningsmetod
VVVF-frekvensomvandling, vektorstyrd frekvensomvandling och direkt momentstyrd frekvensomvandling är alla typer av AC-DC-AC-frekvensomvandling. Deras vanliga nackdelar är låg ingångseffektfaktor, hög harmonisk ström, stor energilagringskondensator som krävs för likströmskretsen, och regenerativ energi kan inte matas tillbaka till elnätet, det vill säga den kan inte arbeta i fyra kvadranter.
Av denna anledning uppstod matris AC-AC-frekvensomvandling. Eftersom matris AC-AC-frekvensomvandling eliminerar den mellanliggande likströmslänken, eliminerar den även den stora och dyra elektrolytkondensatorn. Den kan uppnå en effektfaktor på 1, en sinusformad ingångsström och kan arbeta i fyra kvadranter, och systemet har en hög effekttäthet. Även om denna teknik ännu inte är mogen, lockar den fortfarande många forskare att bedriva djupgående forskning. Dess kärna är inte att indirekt kontrollera ström, magnetiskt flöde och andra kvantiteter, utan att direkt använda vridmoment som den kontrollerade kvantiteten för att uppnå det.
3. Hur styr en frekvensomvandlare en motor? Hur är de två kopplade ihop?
Växelriktarens ledningsdragning för att styra motorn är relativt enkel, liknande ledningen för kontaktorn, med tre huvudkraftledningar som går in i och sedan ut ur motorn, men inställningarna är mer komplicerade, och sätten att styra växelriktaren är också olika.
Först och främst, för växelriktarterminalen, även om det finns många märken och olika kopplingsmetoder, är kopplingsterminalerna för de flesta växelriktare inte mycket olika. Generellt uppdelade i framåt- och bakåtbrytaringångar, som används för att styra motorns framåt- och bakåtstart. Återkopplingsterminaler används för att återkoppla motorns driftsstatus,inklusive driftsfrekvens, hastighet, felstatus etc.
För hastighetsinställning använder vissa frekvensomvandlare potentiometrar, andra använder knappar direkt, vilka alla styrs via fysisk kabeldragning. Ett annat sätt är att använda ett kommunikationsnätverk. Många frekvensomvandlare stöder nu kommunikationsstyrning. Kommunikationslinjen kan användas för att styra start och stopp, framåt- och bakåtrotation, hastighetsjustering etc. av motorn. Samtidigt överförs även återkopplingsinformation via kommunikation.
4. Vad händer med en motors utgångsmoment när dess rotationshastighet (frekvens) ändras?
Startmomentet och det maximala vridmomentet är mindre vid drift av en frekvensomvandlare än vid direktdrift från en strömförsörjning.
Motorn har en stor start- och accelerationspåverkan när den drivs av en strömförsörjning, men dessa effekter är svagare när den drivs av en frekvensomvandlare. Direktstart med en strömförsörjning genererar en stor startström. När en frekvensomvandlare används läggs utgångsspänningen och frekvensen från frekvensomvandlaren gradvis till motorn, så motorns startström och effekt blir mindre. Vanligtvis minskar vridmomentet som genereras av motorn när frekvensen minskar (hastigheten minskar). De faktiska uppgifterna om reduktionen kommer att förklaras i vissa manualer för frekvensomvandlare.
En vanlig motor är konstruerad och tillverkad för en spänning på 50 Hz, och dess nominella vridmoment anges också inom detta spänningsområde. Därför kallas hastighetsreglering under nominell frekvens för konstant vridmoment. (T=Te, P<=Pe)
När frekvensomvandlarens utfrekvens är större än 50 Hz minskar det vridmoment som genereras av motorn linjärt, omvänt proportionellt mot frekvensen.
När motorn går med en frekvens större än 50 Hz måste motorbelastningens storlek beaktas för att förhindra otillräckligt motorutgångsmoment.
Till exempel reduceras vridmomentet som genereras av motorn vid 100 Hz till ungefär hälften av vridmomentet som genereras vid 50 Hz.
Därför kallas hastighetsreglering över nominell frekvens för konstant effekthastighetsreglering. (P=Ue*Ie)
5. Tillämpning av frekvensomvandlare över 50 Hz
För en specifik motor är dess märkspänning och märkström konstanta.
Om till exempel både växelriktarens och motorns nominella värden är: 15 kW/380 V/30 A, kan motorn arbeta över 50 Hz.
När hastigheten är 50 Hz är växelriktarens utspänning 380 V och strömmen 30 A. Om utgångsfrekvensen ökas till 60 Hz kan växelriktarens maximala utspänning och ström endast vara 380 V/30 A. Uteffekten förblir givetvis oförändrad, så vi kallar det konstant effektreglering av hastigheten.
Hur är vridmomentet just nu?
Eftersom P=wT(w; vinkelhastighet, T: vridmoment), eftersom P förblir oförändrad och w ökar, kommer vridmomentet att minska i motsvarande grad.
Vi kan också se det från en annan synvinkel:
Motorns statorspänning är U=E+I*R (I är ström, R är elektronisk resistans och E är inducerad potential).
Man kan se att när U och I inte förändras, så förändras inte heller E.
Och E=k*f*X (k: konstant; f: frekvens; X: magnetiskt flöde), så när f ändras från 50–>60 Hz, kommer X att minska i motsvarande grad.
För motorn är T=K*I*X (K: konstant; I: ström; X: magnetiskt flöde), så vridmomentet T kommer att minska när det magnetiska flödet X minskar.
Samtidigt, när den är mindre än 50 Hz, eftersom I*R är mycket liten, är det magnetiska flödet (X) konstant när U/f=E/f inte ändras. Momentet T är proportionellt mot strömmen. Det är därför växelriktarens överströmskapacitet vanligtvis används för att beskriva dess överbelastningskapacitet (moment), och det kallas konstant momenthastighetsreglering (märkströmmen förblir oförändrad –> maximalt vridmoment förblir oförändrat).
Slutsats: När växelriktarens utfrekvens ökar från över 50 Hz, minskar motorns utgående vridmoment.
6. Andra faktorer relaterade till utgående vridmoment
Värmegenereringen och värmeavledningskapaciteten bestämmer växelriktarens utgångsströmskapacitet, vilket påverkar växelriktarens utgångsmomentkapacitet.
1. Bärfrekvens: Den märkström som är markerad på växelriktaren är generellt det värde som kan säkerställa kontinuerlig uteffekt vid den högsta bärfrekvensen och den högsta omgivningstemperaturen. Att minska bärfrekvensen påverkar inte motorns ström. Däremot minskar värmeutvecklingen från komponenterna.
2. Omgivningstemperatur: Precis som växelriktarens skyddsström kommer inte att ökas när omgivningstemperaturen detekteras som relativt låg.
3. Höjd: Höjdökningen påverkar värmeavledning och isoleringsprestanda. Generellt kan det ignoreras under 1000 m, och kapaciteten kan minskas med 5 % för varje 1000 meter ovanför.
7. Vilken är den lämpliga frekvensen för en frekvensomvandlare att styra en motor?
I sammanfattningen ovan har vi lärt oss varför växelriktaren används för att styra motorn, och även förstått hur växelriktaren styr motorn. Växelriktaren styr motorn, vilket kan sammanfattas enligt följande:
Först styr växelriktaren motorns startspänning och frekvens för att uppnå mjuk start och mjuk stopp;
För det andra används växelriktaren för att justera motorns hastighet, och motorhastigheten justeras genom att ändra frekvensen.
Anhui Mingtengs permanentmagnetmotorProdukterna styrs av växelriktaren. Inom belastningsområdet 25 %–120 % har de högre verkningsgrad och ett bredare driftsområde än asynkronmotorer med samma specifikationer, och har betydande energibesparande effekter.
Våra professionella tekniker väljer en mer lämplig växelriktare utifrån de specifika arbetsförhållandena och kundernas faktiska behov för att uppnå bättre kontroll över motorn och maximera motorns prestanda. Dessutom kan vår tekniska serviceavdelning vägleda kunder på distans för att installera och felsöka växelriktaren, och genomföra allsidig uppföljning och service före och efter försäljning.
Upphovsrätt: Denna artikel är en nytryckning av WeChats publika nummer "Teknisk utbildning", den ursprungliga länken https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Denna artikel representerar inte vårt företags åsikter. Om du har andra åsikter eller synpunkter, vänligen rätta oss!
Publiceringstid: 9 september 2024