Frekvenčni pretvornik je tehnologija, ki jo je treba obvladati pri izvajanju električnih del. Uporaba frekvenčnega pretvornika za krmiljenje motorja je običajna metoda pri električnem krmiljenju; nekateri zahtevajo tudi strokovnost njihove uporabe.
1. Prvič, zakaj uporabljati frekvenčni pretvornik za krmiljenje motorja?
Motor je induktivno breme, ki ovira spremembo toka in povzroči veliko spremembo toka ob zagonu.
Pretvornik je naprava za krmiljenje električne energije, ki uporablja funkcijo vklopa in izklopa močnostnih polprevodniških naprav za pretvorbo napajanja industrijske frekvence v drugo frekvenco. V glavnem je sestavljen iz dveh tokokrogov, eno je glavno vezje (modul usmernika, elektrolitski kondenzator in inverterski modul), drugo pa je krmilno vezje (stikalna napajalna plošča, plošča krmilnega vezja).
Da bi zmanjšali zagonski tok motorja, zlasti motorja z večjo močjo, večja kot je moč, večji je zagonski tok. Prevelik zagonski tok bo dodatno obremenil napajalno in distribucijsko omrežje. Frekvenčni pretvornik lahko reši to težavo pri zagonu in omogoči nemoten zagon motorja, ne da bi povzročil previsok zagonski tok.
Druga funkcija uporabe frekvenčnega pretvornika je prilagajanje hitrosti motorja. V mnogih primerih je treba nadzorovati hitrost motorja, da bi dosegli večjo učinkovitost proizvodnje, in regulacija hitrosti frekvenčnega pretvornika je bila vedno njegov največji poudarek. Frekvenčni pretvornik krmili hitrost motorja s spreminjanjem frekvence napajanja.
2. Kakšne so metode nadzora pretvornika?
Pet najpogosteje uporabljenih metod krmiljenja inverterskih motorjev je naslednjih:
A. Metoda krmiljenja s sinusno širinsko modulacijo impulza (SPWM).
Njegove značilnosti so preprosta struktura krmilnega vezja, nizki stroški, dobra mehanska trdnost in lahko izpolnjujejo zahteve glede gladke regulacije hitrosti splošnega prenosa. Široko se uporablja na različnih področjih industrije.
Vendar pa pri nizkih frekvencah zaradi nizke izhodne napetosti na navor bistveno vpliva padec napetosti upora statorja, kar zmanjša največji izhodni navor.
Poleg tega njegove mehanske lastnosti niso tako močne kot pri motorjih na enosmerni tok, zmogljivost dinamičnega navora in statična regulacija hitrosti pa nista zadovoljivi. Poleg tega zmogljivost sistema ni visoka, krmilna krivulja se spreminja z obremenitvijo, odziv navora je počasen, stopnja izkoriščenosti navora motorja ni visoka in zmogljivost se zmanjša pri nizki hitrosti zaradi obstoja upora statorja in mrtvega pretvornika conski učinek in stabilnost se poslabša. Zato so ljudje preučevali regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco vektorskega nadzora.
B. Nadzorna metoda vektorja napetostnega prostora (SVPWM).
Temelji na splošnem učinku generiranja trifazne valovne oblike z namenom približevanja idealni krožni vrteči se magnetni poljski poti zračne reže motorja, generiranja trifazne modulacijske valovne oblike naenkrat in njenega nadzora na način včrtanega mnogokotnika, ki aproksimira krog.
Po praktični uporabi je bil izboljšan, to je uvedba frekvenčne kompenzacije za odpravo napake nadzora hitrosti; ocenjevanje amplitude fluksa s povratno zvezo za odpravo vpliva statorskega upora pri nizki hitrosti; zapiranje izhodne napetostne in tokovne zanke za izboljšanje dinamične natančnosti in stabilnosti. Vendar pa obstaja veliko povezav krmilnega vezja in ni uvedena nobena nastavitev navora, tako da zmogljivost sistema ni bila bistveno izboljšana.
C. Metoda vektorske kontrole (VC).
Bistvo je, da je izmenični motor enakovreden enosmernemu motorju in neodvisno krmili hitrost in magnetno polje. S krmiljenjem pretoka rotorja se statorski tok razgradi, da se dobijo komponente navora in magnetnega polja, koordinatna transformacija pa se uporabi za doseganje ortogonalnega ali ločenega krmiljenja. Uvedba vektorske metode zatiranja je epohalnega pomena. Ker pa je v praktičnih aplikacijah tok rotorja težko natančno opazovati, na karakteristike sistema močno vplivajo parametri motorja, vektorska rotacijska transformacija, ki se uporablja v enakovrednem procesu krmiljenja enosmernega motorja, pa je razmeroma zapletena, kar otežuje dejansko kontrolni učinek za doseganje idealnega rezultata analize.
D. Metoda neposrednega nadzora navora (DTC).
Leta 1985 je profesor DePenbrock z univerze Ruhr v Nemčiji prvič predlagal tehnologijo frekvenčne pretvorbe neposrednega krmiljenja navora. Ta tehnologija je v veliki meri odpravila pomanjkljivosti zgoraj omenjenega vektorskega nadzora in je bila hitro razvita z novimi idejami za nadzor, jedrnato in jasno strukturo sistema ter odlično dinamično in statično zmogljivostjo.
Trenutno se ta tehnologija uspešno uporablja za vleko električnega lokomotiv z izmeničnim tokom velike moči. Neposredno krmiljenje navora neposredno analizira matematični model AC motorjev v koordinatnem sistemu statorja in nadzoruje magnetni pretok in navor motorja. Motorjev na izmenični tok ni treba enačiti z motorji na enosmerni tok, s čimer se odpravijo številni zapleteni izračuni pri transformaciji vektorske rotacije; ni mu treba posnemati krmiljenja enosmernih motorjev, niti ni treba poenostaviti matematičnega modela motorjev na izmenični tok za ločitev.
E. Matrična krmilna metoda AC-AC
Pretvorba frekvence VVVF, pretvorba frekvence vektorskega krmiljenja in pretvorba frekvence neposrednega krmiljenja navora so vse vrste pretvorbe frekvence AC-DC-AC. Njihove skupne pomanjkljivosti so nizek faktor vhodne moči, velik harmonski tok, velik kondenzator za shranjevanje energije, ki je potreben za enosmerno vezje, in regenerativne energije ni mogoče vrniti v električno omrežje, kar pomeni, da ne more delovati v štirih kvadrantih.
Iz tega razloga je nastala matrična AC-AC frekvenčna pretvorba. Ker matrična frekvenčna pretvorba AC-AC odpravi vmesni DC člen, odpravi 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 izvajanju poglobljenih raziskav. Njegovo bistvo ni posredno krmiljenje toka, magnetnega pretoka in drugih veličin, temveč neposredna uporaba navora kot nadzorovane veličine za dosego tega.
3. Kako frekvenčni pretvornik krmili motor? Kako sta to dvoje povezano?
Ožičenje pretvornika za krmiljenje motorja je razmeroma preprosto, podobno ožičenju kontaktorja, s tremi glavnimi napajalnimi vodi, ki vstopajo in nato izhajajo iz motorja, vendar so nastavitve bolj zapletene in tudi načini za krmiljenje pretvornika drugačen.
Prvič, za terminal pretvornika, čeprav obstaja veliko znamk in različnih načinov ožičenja, se priključki za ožičenje večine razsmernikov ne razlikujejo veliko. Na splošno razdeljen na vhode stikala naprej in nazaj, ki se uporabljajo za krmiljenje zagona motorja naprej in nazaj. Povratne sponke se uporabljajo za povratne informacije o stanju delovanja motorja,vključno z delovno frekvenco, hitrostjo, stanjem napake itd.
Za krmiljenje nastavitve hitrosti nekateri frekvenčni pretvorniki uporabljajo potenciometre, nekateri neposredno gumbe, vse pa se krmilijo preko fizičnega ožičenja. Drug način je uporaba komunikacijskega omrežja. Mnogi frekvenčni pretvorniki zdaj podpirajo nadzor komunikacije. Komunikacijsko linijo je mogoče uporabiti za nadzor zagona in zaustavitve, vrtenja naprej in nazaj, prilagajanje hitrosti itd. motorja. Hkrati se s komunikacijo prenašajo tudi povratne informacije.
4. Kaj se zgodi z izhodnim navorom motorja, ko se spremeni njegova vrtilna hitrost (frekvenca)?
Začetni in največji navor, ko ga poganja frekvenčni pretvornik, sta manjša kot pri neposrednem napajanju.
Motor ima velik vpliv na zagon in pospeševanje, ko se napaja iz električnega omrežja, vendar so ti vplivi šibkejši, če ga napaja frekvenčni pretvornik. Neposredni zagon z napajalnikom bo ustvaril velik zagonski tok. Ko se uporablja frekvenčni pretvornik, se izhodna napetost in frekvenca frekvenčnega pretvornika postopoma dodajata motorju, zato sta zagonski tok motorja in vpliv manjši. Običajno se navor, ki ga ustvari motor, zmanjša, ko se frekvenca zmanjša (zmanjša se hitrost). Dejanski podatki o zmanjšanju bodo razloženi v nekaterih priročnikih za frekvenčne pretvornike.
Običajni motor je zasnovan in izdelan za napetost 50 Hz in njegov nazivni navor 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, zmanjša v linearnem razmerju, obratno sorazmerno s frekvenco.
Ko motor deluje pri frekvenci, višji od 50 Hz, je treba upoštevati velikost obremenitve motorja, da preprečite nezadosten izhodni navor motorja.
Na primer, navor, ki ga ustvari motor pri 100 Hz, se zmanjša na približno 1/2 navora, ustvarjenega pri 50 Hz.
Zato se regulacija hitrosti nad nazivno frekvenco imenuje regulacija hitrosti s konstantno močjo. (P=Ue*Ie).
5. Uporaba frekvenčnega pretvornika nad 50Hz
Za določen motor sta njegova nazivna napetost in nazivni tok konstantna.
Na primer, če sta nazivni vrednosti pretvornika in motorja obe: 15kW/380V/30A, lahko motor deluje nad 50Hz.
Ko je hitrost 50Hz, je izhodna napetost pretvornika 380V in tok 30A. V tem času, če se izhodna frekvenca poveča na 60 Hz, sta lahko največja izhodna napetost in tok pretvornika le 380 V/30 A. Očitno ostaja izhodna moč nespremenjena, zato jo imenujemo regulacija hitrosti s konstantno močjo.
Kakšen je navor v tem trenutku?
Ker P=wT(w; kotna hitrost, T: navor), ker P ostane nespremenjen in w narašča, se bo navor ustrezno zmanjšal.
Lahko pa pogledamo tudi z drugega zornega kota:
Napetost statorja motorja je U=E+I*R (I je tok, R je elektronski upor, E pa induciran potencial).
Vidimo lahko, da ko se U in I ne spremenita, se tudi E ne spremeni.
In E=k*f*X (k: konstanta; f: frekvenca; X: magnetni tok), torej ko se f spremeni s 50–>60Hz, se bo X ustrezno zmanjšal.
Za motor je T=K*I*X (K: konstanta; I: tok; X: magnetni pretok), zato se bo navor T zmanjšal, ko se bo zmanjšal magnetni pretok X.
Hkrati, ko je manj kot 50Hz, ker je I*R zelo majhen, ko se U/f=E/f ne spremeni, je magnetni pretok (X) konstanten. Navor T je sorazmeren s tokom. Zato se nadtokovna zmogljivost pretvornika običajno uporablja za opis njegove zmogljivosti preobremenitve (navora) in se imenuje regulacija hitrosti s konstantnim navorom (nazivni tok ostane nespremenjen–> največji navor ostane nespremenjen)
Zaključek: Ko se izhodna frekvenca pretvornika poveča nad 50Hz, se izhodni navor motorja zmanjša.
6. Drugi dejavniki, povezani z izhodnim navorom
Zmogljivost proizvodnje in odvajanja toplote določata zmogljivost izhodnega toka pretvornika in tako vplivata na zmogljivost izhodnega navora pretvornika.
1. Nosilna frekvenca: Nazivni tok, označen na pretvorniku, je na splošno vrednost, ki lahko zagotovi neprekinjen izhod pri najvišji nosilni frekvenci in najvišji temperaturi okolja. Zmanjšanje nosilne frekvence ne bo vplivalo na tok motorja. Vendar se bo proizvodnja toplote komponent zmanjšala.
2. Temperatura okolja: Tako kot vrednost zaščitnega toka pretvornika ne bo povečana, če se zazna, da je temperatura okolja relativno nizka.
3. Nadmorska višina: Povečanje nadmorske višine vpliva na odvajanje toplote in izolacijo. Na splošno ga je mogoče zanemariti pod 1000 m, zmogljivost pa je mogoče zmanjšati za 5 % za vsakih 1000 metrov nad.
7. Kakšna je ustrezna frekvenca za frekvenčni pretvornik za krmiljenje motorja?
V zgornjem povzetku smo izvedeli, zakaj se pretvornik uporablja za krmiljenje motorja, in tudi razumeli, kako pretvornik krmili motor. Pretvornik krmili motor, kar lahko povzamemo na naslednji način:
Prvič, pretvornik nadzoruje zagonsko napetost in frekvenco motorja, da doseže gladek zagon in gladko zaustavitev;
Drugič, pretvornik se uporablja za prilagoditev hitrosti motorja, hitrost motorja pa se prilagodi s spreminjanjem frekvence.
Motor s trajnimi magneti Anhui Mingtengizdelke krmili pretvornik. V razponu obremenitve 25%-120% imajo večji izkoristek in širši razpon delovanja kot asinhroni motorji enakih specifikacij ter imajo pomembne učinke varčevanja z energijo.
Naši strokovni tehniki bodo izbrali ustreznejši pretvornik glede na specifične delovne pogoje in dejanske potrebe strank, da bi dosegli boljši nadzor nad motorjem in povečali zmogljivost motorja. Poleg tega lahko naš oddelek za tehnične storitve na daljavo usmerja stranke pri namestitvi in odpravljanju napak v pretvorniku ter izvaja vsestransko 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 poglede, nas popravite!
Čas objave: Sep-09-2024