Convertorul de frecvență este o tehnologie care trebuie stăpânită atunci când se efectuează lucrări electrice. Utilizarea convertorului de frecvență pentru controlul motorului este o metodă comună în controlul electric; unele necesită și competență în utilizarea lor.
1. În primul rând, de ce să folosim un convertor de frecvență pentru a controla un motor?
Motorul este o sarcină inductivă, care împiedică schimbarea curentului și va produce o schimbare mare de curent la pornire.
Invertorul este un dispozitiv de control al energiei electrice care utilizează funcția pornit-oprit a dispozitivelor semiconductoare de putere pentru a converti sursa de alimentare de frecvență industrială într-o altă frecvență. Este compus în principal din două circuite, unul este circuitul principal (modulul redresorului, condensatorul electrolitic și modulul invertorului), iar celălalt este circuitul de control (placa de alimentare în comutație, placa de circuit de control).
Pentru a reduce curentul de pornire al motorului, în special al motorului cu putere mai mare, cu cât puterea este mai mare, cu atât curentul de pornire este mai mare. Un curent de pornire excesiv va solicita mai mult rețeaua de alimentare și distribuție a energiei electrice. Convertorul de frecvență poate rezolva această problemă de pornire și poate permite motorului să pornească lin, fără a provoca un curent de pornire excesiv.
O altă funcție a utilizării unui convertor de frecvență este reglarea vitezei motorului. În multe cazuri, este necesar să se controleze viteza motorului pentru a obține o eficiență mai bună a producției, iar reglarea vitezei prin convertor de frecvență a fost întotdeauna cel mai important punct forte al său. Convertorul de frecvență controlează viteza motorului prin modificarea frecvenței sursei de alimentare.
2. Care sunt metodele de control al invertorului?
Cele cinci metode cele mai utilizate pentru controlul motoarelor cu invertor sunt următoarele:
A. Metoda de control a modulației sinusoidale a lățimii impulsurilor (SPWM)
Caracteristicile sale sunt structura simplă a circuitului de control, costul redus, duritatea mecanică bună și poate îndeplini cerințele de reglare lină a vitezei transmisiei generale. A fost utilizat pe scară largă în diverse domenii ale industriei.
Totuși, la frecvențe joase, din cauza tensiunii de ieșire scăzute, cuplul este afectat semnificativ de căderea de tensiune a rezistenței statorului, ceea ce reduce cuplul maxim de ieșire.
În plus, caracteristicile sale mecanice nu sunt la fel de puternice ca cele ale motoarelor de curent continuu, iar capacitatea sa dinamică de cuplu și performanța de reglare statică a vitezei nu sunt satisfăcătoare. În plus, performanța sistemului nu este ridicată, curba de control se modifică odată cu sarcina, răspunsul la cuplu este lent, rata de utilizare a cuplului motorului nu este mare, iar performanța scade la viteză mică din cauza existenței rezistenței statorice și a efectului de zonă inactivă a invertorului, iar stabilitatea se deteriorează. Prin urmare, oamenii au studiat reglarea vitezei cu frecvență variabilă prin control vectorial.
B. Metoda de control al vectorului spațial de tensiune (SVPWM)
Se bazează pe efectul general de generare a formei de undă trifazate, cu scopul de a se apropia de traiectoria ideală a câmpului magnetic rotativ circular a întrefierului motorului, generând o formă de undă de modulație trifazată la un moment dat și controlând-o sub forma unui poligon înscris care aproximează cercul.
După utilizarea practică, a fost îmbunătățit, adică prin introducerea compensării frecvenței pentru a elimina eroarea de control al vitezei; estimarea amplitudinii fluxului prin feedback pentru a elimina influența rezistenței statorului la viteză mică; închiderea buclei de tensiune și curent de ieșire pentru a îmbunătăți precizia și stabilitatea dinamică. Cu toate acestea, există numeroase legături ale circuitelor de control și nu este introdusă nicio ajustare a cuplului, astfel încât performanța sistemului nu a fost îmbunătățită fundamental.
C. Metoda de control vectorial (VC)
Esența este de a face motorul de curent alternativ echivalent cu un motor de curent continuu și de a controla independent viteza și câmpul magnetic. Prin controlul fluxului rotorului, curentul statoric este descompus pentru a obține componentele cuplului și câmpului magnetic, iar transformarea coordonatelor este utilizată pentru a realiza un control ortogonal sau decuplat. Introducerea metodei de control vectorial are o semnificație epocală. Cu toate acestea, în aplicațiile practice, deoarece fluxul rotorului este dificil de observat cu precizie, caracteristicile sistemului sunt puternic afectate de parametrii motorului, iar transformarea vectorială a rotației utilizată în procesul de control al motorului de curent continuu echivalent este relativ complexă, ceea ce face dificilă obținerea rezultatului ideal al analizei prin efectul de control real.
D. Metoda de control direct al cuplului (DTC)
În 1985, profesorul DePenbrock de la Universitatea Ruhr din Germania a propus pentru prima dată tehnologia de conversie a frecvenței cu control direct al cuplului. Această tehnologie a rezolvat în mare măsură deficiențele controlului vectorial menționat mai sus și a fost dezvoltată rapid cu idei de control noi, o structură de sistem concisă și clară și performanțe dinamice și statice excelente.
În prezent, această tehnologie a fost aplicată cu succes la tracțiunea de mare putere prin transmisie de curent alternativ a locomotivelor electrice. Controlul direct al cuplului analizează direct modelul matematic al motoarelor de curent alternativ în sistemul de coordonate al statorului și controlează fluxul magnetic și cuplul motorului. Nu este necesară echivalarea motoarelor de curent alternativ cu motoarele de curent continuu, eliminând astfel multe calcule complexe în transformarea vectorială a rotației; nu este necesară imitarea controlului motoarelor de curent continuu și nici nu este necesară simplificarea modelului matematic al motoarelor de curent alternativ pentru decuplare.
E. Metodă de control AC-AC matricială
Conversia de frecvență VVVF, conversia de frecvență cu control vectorial și conversia de frecvență cu control direct al cuplului sunt toate tipuri de conversie de frecvență AC-DC-AC. Dezavantajele lor comune sunt factorul de putere de intrare scăzut, curentul armonic mare, condensatorul mare de stocare a energiei necesar pentru circuitul de curent continuu și energia regenerativă care nu poate fi retransmisă în rețeaua electrică, adică nu poate funcționa în patru cadrane.
Din acest motiv, a apărut conversia de frecvență AC-AC matricială. Deoarece conversia de frecvență AC-AC matricială elimină legătura intermediară de curent continuu, se elimină și condensatorul electrolitic mare și costisitor. Poate atinge un factor de putere de 1, un curent de intrare sinusoidal și poate funcționa în patru cadrane, iar sistemul are o densitate de putere mare. Deși această tehnologie nu este încă matură, atrage încă mulți cercetători pentru a efectua cercetări aprofundate. Esența sa nu este de a controla indirect curentul, fluxul magnetic și alte mărimi, ci de a utiliza direct cuplul ca mărime controlată pentru a le atinge.
3. Cum controlează un convertor de frecvență un motor? Cum sunt conectate cele două între ele?
Cablarea invertorului pentru controlul motorului este relativ simplă, similară cu cablarea contactorului, cu trei linii principale de alimentare care intră și apoi ies la motor, dar setările sunt mai complicate, iar modalitățile de control al invertorului sunt, de asemenea, diferite.
În primul rând, pentru terminalul invertorului, deși există multe mărci și metode de cablare diferite, terminalele de cablare ale majorității invertoarelor nu sunt foarte diferite. În general, sunt împărțite în intrări de comutare înainte și înapoi, utilizate pentru a controla pornirea înainte și înapoi a motorului. Terminalele de feedback sunt utilizate pentru a transmite feedback prin feedback starea de funcționare a motorului.inclusiv frecvența de funcționare, viteza, starea defecțiunii etc.
Pentru controlul setării vitezei, unele convertoare de frecvență utilizează potențiometre, altele folosesc butoane direct, toate acestea fiind controlate prin cabluri fizice. O altă modalitate este utilizarea unei rețele de comunicații. Multe convertoare de frecvență acceptă acum controlul prin comunicații. Linia de comunicație poate fi utilizată pentru a controla pornirea și oprirea, rotația înainte și înapoi, reglarea vitezei etc. a motorului. În același timp, informațiile de feedback sunt transmise și prin comunicare.
4. Ce se întâmplă cu cuplul de ieșire al unui motor atunci când viteza de rotație (frecvența) acestuia se modifică?
Cuplul de pornire și cuplul maxim atunci când sunt acționate de un convertor de frecvență sunt mai mici decât atunci când sunt acționate direct de o sursă de alimentare.
Motorul are un impact mare la pornire și accelerare atunci când este alimentat de o sursă de alimentare, dar aceste impacturi sunt mai slabe atunci când este alimentat de un convertor de frecvență. Pornirea directă cu o sursă de alimentare va genera un curent de pornire mare. Când se utilizează un convertor de frecvență, tensiunea de ieșire și frecvența convertorului de frecvență sunt adăugate treptat la motor, astfel încât curentul de pornire și impactul motorului sunt mai mici. De obicei, cuplul generat de motor scade pe măsură ce frecvența scade (viteza scade). Datele reale ale reducerii vor fi explicate în unele manuale ale convertoarelor de frecvență.
Motorul obișnuit este proiectat și fabricat pentru o tensiune de 50 Hz, iar cuplul său nominal este, de asemenea, dat în acest interval de tensiune. Prin urmare, reglarea vitezei sub frecvența nominală se numește reglare a vitezei la cuplu constant. (T = Te, P < = Pe)
Când frecvența de ieșire a convertorului de frecvență este mai mare de 50 Hz, cuplul generat de motor scade într-o relație liniară invers proporțională cu frecvența.
Când motorul funcționează la o frecvență mai mare de 50 Hz, trebuie luată în considerare dimensiunea sarcinii motorului pentru a preveni un cuplu de ieșire insuficient al motorului.
De exemplu, cuplul generat de motor la 100 Hz este redus la aproximativ 1/2 din cuplul generat la 50 Hz.
Prin urmare, reglarea vitezei peste frecvența nominală se numește reglare a vitezei la putere constantă. (P = Ue * Ie).
5. Aplicarea convertorului de frecvență peste 50Hz
Pentru un anumit motor, tensiunea nominală și curentul nominal sunt constante.
De exemplu, dacă valorile nominale ale invertorului și motorului sunt ambele: 15 kW/380 V/30 A, motorul poate funcționa peste 50 Hz.
Când viteza este de 50Hz, tensiunea de ieșire a invertorului este de 380V, iar curentul este de 30A. În acest moment, dacă frecvența de ieșire este crescută la 60Hz, tensiunea și curentul maxim de ieșire ale invertorului pot fi de doar 380V/30A. Evident, puterea de ieșire rămâne neschimbată, așa că numim acest lucru reglare constantă a vitezei.
Care este cuplul în acest moment?
Deoarece P = wT(w; viteza unghiulară, T: cuplu), din moment ce P rămâne neschimbat și w crește, cuplul va scădea corespunzător.
Putem privi lucrurile și dintr-un alt unghi:
Tensiunea statorică a motorului este U = E + I * R (I este curentul, R este rezistența electronică, iar E este potențialul indus).
Se poate observa că atunci când U și I nu se schimbă, nici E nu se schimbă.
Și E = k*f*X (k: constantă; f: frecvență; X: flux magnetic), deci atunci când f se modifică de la 50–>60Hz, X va scădea corespunzător.
Pentru motor, T = K*I*X (K: constantă; I: curent; X: flux magnetic), deci cuplul T va scădea pe măsură ce fluxul magnetic X scade.
În același timp, când este mai mic de 50Hz, deoarece I*R este foarte mic, atunci când U/f = E/f nu se modifică, fluxul magnetic (X) este constant. Cuplul T este proporțional cu curentul. Acesta este motivul pentru care capacitatea de supracurent a invertorului este de obicei utilizată pentru a descrie capacitatea sa de suprasarcină (cuplu) și se numește reglare constantă a vitezei la cuplu (curentul nominal rămâne neschimbat -> cuplul maxim rămâne neschimbat).
Concluzie: Când frecvența de ieșire a invertorului crește peste 50 Hz, cuplul de ieșire al motorului va scădea.
6. Alți factori legați de cuplul de ieșire
Capacitatea de generare a căldurii și de disipare a căldurii determină capacitatea curentului de ieșire a invertorului, afectând astfel capacitatea cuplului de ieșire al invertorului.
1. Frecvența purtătoare: Curentul nominal marcat pe invertor este, în general, valoarea care poate asigura o ieșire continuă la cea mai mare frecvență purtătoare și la cea mai mare temperatură ambiantă. Reducerea frecvenței purtătoare nu va afecta curentul motorului. Cu toate acestea, generarea de căldură de către componente va fi redusă.
2. Temperatura ambiantă: La fel ca și valoarea curentului de protecție al invertorului, aceasta nu va crește atunci când temperatura ambiantă este detectată ca fiind relativ scăzută.
3. Altitudine: Creșterea altitudinii are un impact asupra disipării căldurii și a performanței izolației. În general, aceasta poate fi ignorată sub 1000 m, iar capacitatea poate fi redusă cu 5% pentru fiecare 1000 de metri deasupra.
7. Care este frecvența adecvată pentru ca un convertor de frecvență să controleze un motor?
În rezumatul de mai sus, am aflat de ce invertorul este utilizat pentru a controla motorul și am înțeles, de asemenea, cum controlează invertorul motorul. Invertorul controlează motorul, ceea ce poate fi rezumat după cum urmează:
În primul rând, invertorul controlează tensiunea de pornire și frecvența motorului pentru a obține o pornire și o oprire lină;
În al doilea rând, invertorul este utilizat pentru a regla viteza motorului, iar viteza motorului este ajustată prin modificarea frecvenței.
Motorul cu magnet permanent de la Anhui MingtengProdusele sunt controlate de invertor. În intervalul de sarcină de 25%-120%, acestea au o eficiență mai mare și o gamă de funcționare mai largă decât motoarele asincrone cu aceleași specificații și au efecte semnificative de economisire a energiei.
Tehnicienii noștri profesioniști vor selecta un invertor mai potrivit în funcție de condițiile specifice de lucru și de nevoile reale ale clienților, pentru a obține un control mai bun al motorului și a maximiza performanța acestuia. În plus, departamentul nostru de service tehnic poate ghida clienții de la distanță pentru instalarea și depanarea invertorului și poate realiza o urmărire completă și service înainte și post-vânzare.
Drepturi de autor: Acest articol este o retipărire a numărului public WeChat „Instruire tehnică”, linkul original https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Acest articol nu reprezintă opiniile companiei noastre. Dacă aveți opinii sau puncte de vedere diferite, vă rugăm să ne corectați!
Data publicării: 09 septembrie 2024