Frekvenčni pretvornik je tehnologija, ki jo je treba obvladati pri električnih delih. Uporaba frekvenčnega pretvornika za krmiljenje motorja je pogosta metoda v električnem krmiljenju; nekateri zahtevajo tudi znanje njihove uporabe.
1. Najprej, zakaj uporabljati frekvenčni pretvornik za krmiljenje motorja?
Motor je induktivna obremenitev, ki ovira spremembo toka in bo ob zagonu povzročila veliko spremembo toka.
Razsmernik je naprava za krmiljenje električne energije, ki uporablja funkcijo vklopa in izklopa močnostnih polprevodniških naprav za pretvorbo industrijske frekvence napajanja v drugo frekvenco. Sestavljen je predvsem iz dveh vezij, eno je glavno vezje (usmerniški modul, elektrolitski kondenzator in razsmerniški modul), drugo pa je krmilno vezje (stikalna napajalna plošča, krmilna plošča).
Da bi zmanjšali zagonski tok motorja, zlasti pri motorjih z večjo močjo, velja, da večja kot je moč, večji je zagonski tok. Prekomerni zagonski tok bo povzročil večjo obremenitev električnega in distribucijskega omrežja. Frekvenčni pretvornik lahko reši to težavo z zagonom in omogoči nemoten zagon motorja brez povzročanja prekomernega zagonskega toka.
Druga funkcija uporabe frekvenčnega pretvornika je prilagajanje hitrosti motorja. V mnogih primerih je za doseganje boljše proizvodne učinkovitosti potrebno nadzorovati hitrost motorja, regulacija hitrosti s frekvenčnim pretvornikom pa je bila vedno njen največji poudarek. Frekvenčni pretvornik nadzoruje hitrost motorja s spreminjanjem frekvence napajanja.
2. Katere so metode krmiljenja inverterja?
Pet najpogosteje uporabljenih metod krmiljenja motorjev z inverterjem je naslednjih:
A. Metoda krmiljenja s sinusoidno pulzno širinsko modulacijo (SPWM)
Njegove značilnosti so preprosta struktura krmilnega vezja, nizki stroški, dobra mehanska trdnost in izpolnjevanje zahtev za gladko regulacijo hitrosti splošnega menjalnika. Široko se uporablja na različnih področjih industrije.
Vendar pa pri nizkih frekvencah zaradi nizke izhodne napetosti na navor bistveno vpliva padec napetosti na upornosti statorja, kar zmanjša največji izhodni navor.
Poleg tega njegove mehanske lastnosti niso tako močne kot pri enosmernih motorjih, njegova dinamična navorna zmogljivost in statična regulacija hitrosti pa nista zadovoljivi. Poleg tega zmogljivost sistema ni visoka, krmilna krivulja se spreminja z obremenitvijo, odziv navora je počasen, izkoriščenost navora motorja ni visoka, zmogljivost pa se pri nizki hitrosti zmanjša zaradi prisotnosti statorskega upora in učinka mrtve cone pretvornika, stabilnost pa se poslabša. Zato so ljudje preučevali vektorsko krmiljenje s spremenljivo frekvenčno regulacijo hitrosti.
B. Metoda krmiljenja z vektorjem napetostnega prostora (SVPWM)
Temelji na celotnem učinku generacije trifazne valovne oblike, z namenom približevanja idealni krožni trajektoriji vrtečega se magnetnega polja zračne reže motorja, generiranja trifazne modulacijske valovne oblike naenkrat in njenega krmiljenja na način vpisanega poligona, ki aproksimira krog.
Po praktični uporabi je bil izboljšan, in sicer z uvedbo frekvenčne kompenzacije za odpravo napake pri regulaciji hitrosti; z oceno amplitude pretoka z povratno zanko za odpravo vpliva upornosti statorja pri nizki hitrosti; z zapiranjem izhodne napetostne in tokovne zanke za izboljšanje dinamične natančnosti in stabilnosti. Vendar pa je veliko povezav v krmilnem vezju in ni uvedena nobena prilagoditev navora, zato delovanje sistema ni bilo bistveno izboljšano.
C. Metoda vektorskega nadzora (VC)
Bistvo je v tem, da je izmenični motor enakovreden enosmernemu motorju in da se hitrost in magnetno polje krmilita neodvisno. Z krmiljenjem rotorskega fluksa se statorski tok razgradi, da se dobijo komponente navora in magnetnega polja, s transformacijo koordinat pa se doseže ortogonalno ali ločeno krmiljenje. Uvedba metode vektorskega krmiljenja je prelomnega pomena. Vendar pa so v praktičnih aplikacijah parametri motorja močno odvisni od značilnosti sistema, saj je rotorski fluks težko natančno opazovati. Transformacija vektorske rotacije, ki se uporablja v ekvivalentnem procesu krmiljenja enosmernega motorja, je relativno zapletena, zaradi česar je težko doseči idealen rezultat analize dejanskega krmilnega učinka.
D. Metoda neposrednega nadzora navora (DTC)
Leta 1985 je profesor DePenbrock z Univerze v Ruhrju v Nemčiji prvi predlagal tehnologijo pretvorbe frekvence z neposrednim krmiljenjem navora. Ta tehnologija je v veliki meri odpravila pomanjkljivosti zgoraj omenjenega vektorskega krmiljenja in se hitro razvila z novimi idejami krmiljenja, jedrnato in jasno strukturo sistema ter odličnimi dinamičnimi in statičnimi lastnostmi.
Trenutno se ta tehnologija uspešno uporablja za visokozmogljivo izmenično vleko električnih lokomotiv. Neposredno krmiljenje navora neposredno analizira matematični model izmeničnih motorjev v statorskem koordinatnem sistemu in krmili magnetni pretok in navor motorja. Ni treba enačiti izmeničnih motorjev z enosmernimi motorji, s čimer se odpravijo številni zapleteni izračuni pri transformaciji vektorske rotacije; ni treba posnemati krmiljenja enosmernih motorjev niti poenostaviti matematičnega modela izmeničnih motorjev za ločevanje.
E. Matrična metoda krmiljenja AC-AC
VVVF frekvenčna pretvorba, vektorska frekvenčna pretvorba in frekvenčna pretvorba z neposrednim krmiljenjem navora so vse vrste AC-DC-AC frekvenčnih pretvorb. Njihove skupne pomanjkljivosti so nizek vhodni faktor moči, velik harmonični tok, velik kondenzator za shranjevanje energije, potreben za enosmerni tokokrog, in regenerativne energije ni mogoče dovajati nazaj v električno omrežje, kar pomeni, da ne more delovati v štirih kvadrantih.
Zaradi tega je nastala matrična AC-AC frekvenčna pretvorba. Ker matrična AC-AC frekvenčna pretvorba odpravlja vmesno enosmerno povezavo, odpravlja tudi velik in drag elektrolitski kondenzator. Lahko doseže faktor moči 1, sinusni vhodni tok in lahko deluje v štirih kvadrantih, sistem pa ima visoko gostoto moči. Čeprav ta tehnologija še ni zrela, še vedno privablja številne znanstvenike k poglobljenim raziskavam. Njeno bistvo ni v posrednem nadzoru toka, magnetnega pretoka in drugih količin, temveč v neposredni uporabi navora kot nadzorovane količine za dosego tega cilja.
3. Kako frekvenčni pretvornik krmili motor? Kako sta oba povezana?
Ožičenje pretvornika za krmiljenje motorja je relativno preprosto, podobno ožičenju kontaktorja, s tremi glavnimi napajalnimi vodniki, ki vstopajo in nato izstopajo iz motorja, vendar so nastavitve bolj zapletene, različni pa so tudi načini krmiljenja pretvornika.
Najprej, kar zadeva priključke pretvornika, čeprav obstaja veliko znamk in različnih načinov ožičenja, se priključki za ožičenje večine pretvornikov ne razlikujejo bistveno. Na splošno so razdeljeni na vhode stikal za naprej in nazaj, ki se uporabljajo za krmiljenje zagona motorja naprej in nazaj. Priključki za povratno informacijo se uporabljajo za povratno informacijo o stanju delovanja motorja.vključno z delovno frekvenco, hitrostjo, stanjem napake itd.
Za nastavitev hitrosti nekateri frekvenčni pretvorniki uporabljajo potenciometre, nekateri pa neposredne gumbe, vse pa se krmili prek fizičnega ožičenja. Drug način je uporaba komunikacijskega omrežja. Mnogi frekvenčni pretvorniki zdaj podpirajo komunikacijsko krmiljenje. Komunikacijsko linijo je mogoče uporabiti za krmiljenje zagona in zaustavitve, vrtenja naprej in nazaj, prilagajanja hitrosti itd. motorja. Hkrati se prek komunikacije prenašajo tudi povratne informacije.
4. Kaj se zgodi z izhodnim navorom motorja, ko se spremeni njegova vrtilna hitrost (frekvenca)?
Začetni navor in največji navor pri pogonu s frekvenčnim pretvornikom sta manjša kot pri neposrednem pogonu z napajanjem.
Motor ima velik zagonski in pospeševalni vpliv, ko ga napaja vir napajanja, vendar so ti vplivi šibkejši, ko ga napaja frekvenčni pretvornik. Neposredni zagon z virom napajanja bo ustvaril velik zagonski tok. Pri uporabi frekvenčnega pretvornika se izhodna napetost in frekvenca frekvenčnega pretvornika postopoma dodajata motorju, zato sta zagonski tok in vpliv motorja manjša. Običajno se navor, ki ga ustvari motor, zmanjšuje z zmanjševanjem frekvence (zmanjševanjem hitrosti). Dejanski podatki o zmanjšanju bodo pojasnjeni v nekaterih priročnikih za frekvenčne pretvornike.
Običajni motor je zasnovan in izdelan za napetost 50 Hz, njegov nazivni navor pa je prav tako podan znotraj tega napetostnega območja. Zato se regulacija hitrosti pod nazivno frekvenco imenuje regulacija hitrosti s konstantnim navorom. (T=Te, P<=Pe)
Ko je izhodna frekvenca frekvenčnega pretvornika večja od 50 Hz, se navor, ki ga ustvari motor, linearno zmanjša obratno sorazmerno s frekvenco.
Ko motor deluje s frekvenco, večjo od 50 Hz, je treba upoštevati velikost obremenitve motorja, da se prepreči nezadosten izhodni navor motorja.
Na primer, navor, ki ga ustvari motor pri 100 Hz, se zmanjša na približno 1/2 navora, ki ga ustvari pri 50 Hz.
Zato se regulacija hitrosti nad nazivno frekvenco imenuje regulacija hitrosti s konstantno močjo. (P=Ue*Ie).
5. Uporaba frekvenčnega pretvornika nad 50 Hz
Za določen motor sta njegova nazivna napetost in nazivni tok konstantna.
Na primer, če sta nazivni vrednosti pretvornika in motorja: 15 kW/380 V/30 A, lahko motor deluje nad 50 Hz.
Pri hitrosti 50 Hz je izhodna napetost pretvornika 380 V, tok pa 30 A. Če se v tem primeru izhodna frekvenca poveča na 60 Hz, je lahko največja izhodna napetost in tok pretvornika le 380 V/30 A. Očitno izhodna moč ostane nespremenjena, zato temu pravimo regulacija hitrosti s konstantno močjo.
Kakšen je navor v tem trenutku?
Ker je P=wT(w; kotna hitrost, T: navor), se bo navor ustrezno zmanjšal, saj P ostane nespremenjen in w narašča.
Lahko pa na to pogledamo tudi z drugega zornega kota:
Statorska napetost motorja je U=E+I*R (I je tok, R je elektronski upor in E je inducirani potencial).
Vidimo lahko, da se tudi E ne spremeni, ko se U in I ne spremenita.
In E=k*f*X (k: konstanta; f: frekvenca; X: magnetni pretok), torej se bo X ustrezno zmanjšal, ko se f spremeni od 50 do 60 Hz.
Za motor je T=K*I*X (K: konstanta; I: tok; X: magnetni pretok), zato se bo navor T zmanjševal z zmanjševanjem magnetnega pretoka X.
Hkrati, ko je manj kot 50 Hz, ker je I*R zelo majhen, in se U/f=E/f ne spremeni, je magnetni pretok (X) konstanten. Navor T je sorazmeren s tokom. Zato se za opis preobremenitvene zmogljivosti (navora) pretvornika običajno uporablja nadtokovna zmogljivost, kar imenujemo regulacija hitrosti s konstantnim navorom (nazivni tok ostane nespremenjen –> največji navor ostane nespremenjen).
Zaključek: Ko se izhodna frekvenca pretvornika poveča nad 50 Hz, se izhodni navor motorja zmanjša.
6. Drugi dejavniki, povezani z izhodnim navorom
Zmogljivost ustvarjanja in odvajanja toplote določa izhodno tokovno zmogljivost pretvornika in s tem vpliva na izhodno navorno zmogljivost pretvornika.
1. Nosilna frekvenca: Nazivni tok, označen na pretvorniku, je običajno vrednost, ki zagotavlja neprekinjen izhod pri najvišji nosilni frekvenci in najvišji temperaturi okolice. Znižanje nosilne frekvence ne bo vplivalo na tok motorja. Vendar pa se bo zmanjšalo segrevanje komponent.
2. Temperatura okolice: Tako kot vrednost toka zaščite pretvornika se ne bo povečala, če je zaznana relativno nizka temperatura okolice.
3. Nadmorska višina: Povečanje nadmorske višine vpliva na odvajanje toplote in izolacijsko delovanje. Na splošno ga lahko pod 1000 m zanemarimo, zmogljivost pa se lahko zmanjša za 5 % za vsakih 1000 metrov nad njo.
7. Kakšna je ustrezna frekvenca, s katero frekvenčni pretvornik krmili motor?
V zgornjem povzetku smo spoznali, zakaj se pretvornik uporablja za krmiljenje motorja, in razumeli tudi, kako pretvornik krmili motor. Pretvornik krmili motor, kar lahko povzamemo takole:
Najprej pretvornik krmili zagonsko napetost in frekvenco motorja, da doseže gladek zagon in gladko zaustavitev;
Drugič, pretvornik se uporablja za prilagajanje hitrosti motorja, hitrost motorja pa se prilagaja s spreminjanjem frekvence.
Anhui Mingtengov motor s trajnim magnetomIzdelke krmili inverter. V območju obremenitve od 25 % do 120 % imajo večji izkoristek in širše območje delovanja kot asinhroni motorji enakih specifikacij ter znatno varčujejo z energijo.
Naši profesionalni tehniki bodo izbrali primernejši pretvornik glede na specifične delovne pogoje in dejanske potrebe strank, da bi dosegli boljši nadzor nad motorjem in povečali njegovo zmogljivost. Poleg tega lahko naš oddelek za tehnično podporo strankam na daljavo pomaga pri namestitvi in odpravljanju napak pretvornika ter izvaja celovito spremljanje in servis pred in po prodaji.
Avtorske pravice: Ta članek je ponatis javne številke WeChat »Tehnično usposabljanje«, izvirna povezava https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Ta članek ne predstavlja stališč našega podjetja. Če imate drugačna mnenja ali stališča, nas prosim popravite!
Čas objave: 9. september 2024