Frekvensomformer er en teknologi som bør mestres når man utfører elektrisk arbeid. Bruk av frekvensomformer til å styre motorer er en vanlig metode innen elektrisk styring; noen krever også ferdigheter i bruken.
1. Først og fremst, hvorfor bruke en frekvensomformer til å styre en motor?
Motoren er en induktiv last, som hindrer strømendringen og vil produsere en stor strømendring ved oppstart.
Omformeren er en elektrisk energikontrollenhet som bruker av/på-funksjonen til krafthalvlederenheter for å konvertere industriell frekvensstrømforsyning til en annen frekvens. Den består hovedsakelig av to kretser, den ene er hovedkretsen (likerettermodul, elektrolyttkondensator og omformermodul), og den andre er kontrollkretsen (bryterstrømforsyningskort, kontrollkretskort).
For å redusere motorens startstrøm, spesielt for motorer med høyere effekt, gjelder det å øke startstrømmen jo høyere effekt. For høy startstrøm vil belaste strømforsyningen og distribusjonsnettet mer. Frekvensomformeren kan løse dette startproblemet og la motoren starte jevnt uten å forårsake for høy startstrøm.
En annen funksjon ved bruk av en frekvensomformer er å justere motorhastigheten. I mange tilfeller er det nødvendig å kontrollere motorhastigheten for å oppnå bedre produksjonseffektivitet, og frekvensomformerens hastighetsregulering har alltid vært dens største høydepunkt. Frekvensomformeren styrer motorhastigheten ved å endre frekvensen til strømforsyningen.
2. Hva er inverterkontrollmetodene?
De fem mest brukte metodene for inverterkontrollmotorer er som følger:
A. Sinusformet pulsbreddemodulasjon (SPWM) kontrollmetode
Dens egenskaper er enkel kontrollkretsstruktur, lav kostnad, god mekanisk hardhet og kan oppfylle kravene til jevn hastighetsregulering for generell girkasse. Den har blitt mye brukt i ulike felt i industrien.
Ved lave frekvenser, på grunn av den lave utgangsspenningen, påvirkes imidlertid dreiemomentet betydelig av statormotstandens spenningsfall, noe som reduserer det maksimale utgangsmomentet.
I tillegg er ikke dens mekaniske egenskaper like sterke som likestrømsmotorer, og den dynamiske dreiemomentkapasiteten og statiske hastighetsreguleringsytelsen er ikke tilfredsstillende. I tillegg er systemytelsen ikke høy, kontrollkurven endres med belastningen, dreiemomentresponsen er langsom, motorens dreiemomentutnyttelsesgrad er ikke høy, og ytelsen avtar ved lav hastighet på grunn av statormotstand og inverterdødsoneeffekt, og stabiliteten forringes. Derfor har folk studert vektorkontroll med variabel frekvenshastighetsregulering.
B. Kontrollmetode for spenningsromvektor (SVPWM)
Den er basert på den totale genereringseffekten av trefasebølgeformen, med formålet å nærme seg den ideelle sirkulære roterende magnetfeltbanen til motorens luftspalte, generere en trefasemodulasjonsbølgeform om gangen, og kontrollere den ved hjelp av en innskrevet polygon som tilnærmer seg sirkelen.
Etter praktisk bruk har den blitt forbedret, det vil si innført frekvenskompensasjon for å eliminere feil i hastighetskontroll; estimering av fluksamplitude gjennom tilbakekobling for å eliminere påvirkningen av statormotstand ved lav hastighet; lukking av utgangsspenning og strømsløyfe for å forbedre dynamisk nøyaktighet og stabilitet. Det er imidlertid mange kontrollkretskoblinger, og ingen momentjustering er introdusert, så systemytelsen har ikke blitt fundamentalt forbedret.
C. Vektorkontrollmetode (VC)
Essensen er å gjøre vekselstrømsmotoren ekvivalent med en likestrømsmotor, og uavhengig kontrollere hastigheten og magnetfeltet. Ved å kontrollere rotorfluksen dekomponeres statorstrømmen for å oppnå dreiemoment- og magnetfeltkomponentene, og koordinattransformasjonen brukes til å oppnå ortogonal eller avkoblet kontroll. Innføringen av vektorkontrollmetoden er av banebrytende betydning. I praktiske anvendelser, siden rotorfluksen er vanskelig å observere nøyaktig, påvirkes imidlertid systemegenskapene sterkt av motorparametrene, og vektorrotasjonstransformasjonen som brukes i den ekvivalente likestrømsmotorkontrollprosessen er relativt kompleks, noe som gjør det vanskelig for den faktiske kontrolleffekten å oppnå det ideelle analyseresultatet.
D. Direkte momentkontroll (DTC) metode
I 1985 foreslo professor DePenbrock ved Ruhr-universitetet i Tyskland først teknologi for direkte momentkontroll med frekvensomforming. Denne teknologien har i stor grad løst manglene ved den ovennevnte vektorkontrollen, og har blitt raskt utviklet med nye kontrollideer, konsis og tydelig systemstruktur og utmerket dynamisk og statisk ytelse.
For tiden har denne teknologien blitt brukt med hell på høyeffekts AC-transmisjonsdrift i elektriske lokomotiver. Direkte momentkontroll analyserer direkte den matematiske modellen til AC-motorer i statorkoordinatsystemet og kontrollerer motorens magnetiske fluks og moment. Den trenger ikke å likestille AC-motorer med DC-motorer, og eliminerer dermed mange komplekse beregninger i vektorrotasjonstransformasjonen; den trenger ikke å imitere kontrollen av DC-motorer, og den trenger heller ikke å forenkle den matematiske modellen til AC-motorer for avkobling.
E. Matrise AC-AC kontrollmetode
VVVF-frekvensomforming, vektorstyrt frekvensomforming og direkte momentstyrt frekvensomforming er alle typer AC-DC-AC-frekvensomforming. De vanlige ulempene deres er lav inngangseffektfaktor, stor harmonisk strøm, stor energilagringskondensator som kreves for DC-kretsen, og regenerativ energi kan ikke mates tilbake til strømnettet, det vil si at den ikke kan operere i fire kvadranter.
Av denne grunn ble matrise AC-AC-frekvensomforming opprettet. Siden matrise AC-AC-frekvensomforming eliminerer den mellomliggende DC-koblingen, eliminerer den også den store og dyre elektrolyttkondensatoren. Den kan oppnå en effektfaktor på 1, en sinusformet inngangsstrøm og kan operere i fire kvadranter, og systemet har en høy effekttetthet. Selv om denne teknologien ennå ikke er moden, tiltrekker den seg fortsatt mange forskere til å utføre grundig forskning. Essensen er ikke å indirekte kontrollere strøm, magnetisk fluks og andre størrelser, men å direkte bruke dreiemoment som den kontrollerte størrelsen for å oppnå det.
3. Hvordan styrer en frekvensomformer en motor? Hvordan er de to koblet sammen?
Kablingen av omformeren for å styre motoren er relativt enkel, lik kablingen av kontaktoren, med tre hovedstrømledninger som går inn i og deretter ut til motoren, men innstillingene er mer kompliserte, og måtene å styre omformeren på er også forskjellige.
Først og fremst, for inverterterminalen, selv om det finnes mange merker og forskjellige koblingsmetoder, er koblingsterminalene til de fleste invertere ikke mye forskjellige. Generelt delt inn i forover- og bakoverbryterinnganger, som brukes til å kontrollere forover- og bakoverstart av motoren. Tilbakemeldingsterminaler brukes til å gi tilbakemelding om motorens driftsstatus,inkludert driftsfrekvens, hastighet, feilstatus osv.
For hastighetsinnstillingskontroll bruker noen frekvensomformere potensiometre, noen bruker knapper direkte, som alle styres via fysisk kabling. En annen måte er å bruke et kommunikasjonsnettverk. Mange frekvensomformere støtter nå kommunikasjonskontroll. Kommunikasjonslinjen kan brukes til å kontrollere start og stopp, forover- og bakoverrotasjon, hastighetsjustering osv. av motoren. Samtidig overføres tilbakemeldingsinformasjon også via kommunikasjon.
4. Hva skjer med utgangsmomentet til en motor når rotasjonshastigheten (frekvensen) endres?
Startmomentet og det maksimale dreiemomentet når det drives av en frekvensomformer er mindre enn når det drives direkte av en strømforsyning.
Motoren har stor start- og akselerasjonspåvirkning når den drives av en strømforsyning, men disse påvirkningene er svakere når den drives av en frekvensomformer. Direktestart med en strømforsyning vil generere en stor startstrøm. Når en frekvensomformer brukes, legges utgangsspenningen og frekvensen til frekvensomformeren gradvis til motoren, slik at motorens startstrøm og påvirkning blir mindre. Vanligvis avtar dreiemomentet som genereres av motoren når frekvensen avtar (hastigheten avtar). De faktiske dataene for reduksjonen vil bli forklart i noen manualer for frekvensomformere.
En vanlig motor er designet og produsert for en spenning på 50 Hz, og dens nominelle dreiemoment er også gitt innenfor dette spenningsområdet. Derfor kalles hastighetsregulering under nominell frekvens konstant dreiemomenthastighetsregulering. (T=Te, P<=Pe)
Når utgangsfrekvensen til frekvensomformeren er større enn 50 Hz, avtar dreiemomentet som genereres av motoren i et lineært forhold omvendt proporsjonalt med frekvensen.
Når motoren går med en frekvens større enn 50 Hz, må størrelsen på motorbelastningen tas i betraktning for å forhindre utilstrekkelig motorutgangsmoment.
For eksempel reduseres dreiemomentet som genereres av motoren ved 100 Hz til omtrent 1/2 av dreiemomentet som genereres ved 50 Hz.
Derfor kalles hastighetsregulering over nominell frekvens konstant effekthastighetsregulering. (P=Ue*Ie).
5. Bruk av frekvensomformer over 50 Hz
For en spesifikk motor er nominell spenning og nominell strøm konstant.
Hvis for eksempel både omformerens og motorens nominelle verdier er: 15 kW/380 V/30 A, kan motoren operere over 50 Hz.
Når hastigheten er 50 Hz, er utgangsspenningen til omformeren 380 V og strømmen er 30 A. Hvis utgangsfrekvensen økes til 60 Hz, kan omformerens maksimale utgangsspenning og -strøm bare være 380 V/30 A. Utgangseffekten forblir åpenbart uendret, så vi kaller det konstant effekthastighetsregulering.
Hvordan er dreiemomentet på dette tidspunktet?
Fordi P = wT(w; vinkelhastighet, T: dreiemoment), siden P forblir uendret og w øker, vil dreiemomentet avta tilsvarende.
Vi kan også se på det fra en annen vinkel:
Motorens statorspenning er U = E + I * R (I er strøm, R er elektronisk motstand og E er indusert potensial).
Det kan sees at når U og I ikke endres, endres heller ikke E.
Og E=k*f*X (k: konstant; f: frekvens; X: magnetisk fluks), så når f endres fra 50–>60 Hz, vil X avta tilsvarende.
For motoren er T=K*I*X (K: konstant; I: strøm; X: magnetisk fluks), så dreiemomentet T vil avta når den magnetiske fluksen X avtar.
Samtidig, når den er mindre enn 50 Hz, siden I*R er svært liten, er den magnetiske fluksen (X) konstant når U/f=E/f ikke endres. Momentet T er proporsjonalt med strømmen. Dette er grunnen til at omformerens overstrømskapasitet vanligvis brukes til å beskrive dens overbelastningskapasitet (moment), og det kalles konstant momenthastighetsregulering (nominell strøm forblir uendret –> maksimalt moment forblir uendret).
Konklusjon: Når utgangsfrekvensen til omformeren øker fra over 50 Hz, vil motorens utgangsmoment avta.
6. Andre faktorer knyttet til utgående dreiemoment
Varmegenereringen og varmeavledningskapasiteten bestemmer omformerens utgangsstrømkapasitet, og påvirker dermed omformerens utgangsmomentkapasitet.
1. Bærefrekvens: Nominell strøm som er merket på omformeren er vanligvis verdien som kan sikre kontinuerlig utgang ved den høyeste bærefrekvensen og den høyeste omgivelsestemperaturen. Å redusere bærefrekvensen vil ikke påvirke motorens strøm. Varmeutviklingen fra komponentene vil imidlertid reduseres.
2. Omgivelsestemperatur: Akkurat som omformerbeskyttelsens strømverdi vil ikke økes når omgivelsestemperaturen registreres som relativt lav.
3. Høyde over havet: Økningen i høyden påvirker varmespredning og isolasjonsytelse. Generelt kan dette ignoreres under 1000 m, og kapasiteten kan reduseres med 5 % for hver 1000 meter over havet.
7. Hva er den passende frekvensen for en frekvensomformer for å styre en motor?
I sammendraget ovenfor har vi lært hvorfor omformeren brukes til å styre motoren, og også forstått hvordan omformeren styrer motoren. Omformeren styrer motoren, noe som kan oppsummeres som følger:
Først styrer omformeren startspenningen og frekvensen til motoren for å oppnå jevn start og jevn stopp;
For det andre brukes omformeren til å justere motorens hastighet, og motorhastigheten justeres ved å endre frekvensen.
Anhui Mingtengs permanentmagnetmotorProduktene styres av omformeren. Innenfor belastningsområdet 25 %–120 % har de høyere effektivitet og et bredere driftsområde enn asynkronmotorer med samme spesifikasjoner, og de har betydelige energibesparende effekter.
Våre profesjonelle teknikere vil velge en mer passende omformer i henhold til de spesifikke arbeidsforholdene og kundenes faktiske behov for å oppnå bedre kontroll over motoren og maksimere motorens ytelse. I tillegg kan vår tekniske serviceavdeling veilede kunder eksternt i å installere og feilsøke omformeren, og gjennomføre allsidig oppfølging og service før og etter salg.
Opphavsrett: Denne artikkelen er et opptrykk av WeChats offentlige nummer «Teknisk opplæring», den opprinnelige lenken https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Denne artikkelen representerer ikke selskapets synspunkter. Hvis du har andre meninger eller synspunkter, vennligst korriger oss!
Publisert: 09.09.2024