Частотний перетворювач - це технологія, яку варто освоїти при виконанні електромонтажних робіт. Використання перетворювача частоти для керування двигуном є поширеним методом електричного керування; деякі також вимагають досвіду їх використання.
1. Перш за все, навіщо використовувати перетворювач частоти для керування двигуном?
Двигун є індуктивним навантаженням, яке перешкоджає зміні струму та призведе до значної зміни струму під час запуску.
Інвертор — це пристрій керування електричною енергією, який використовує функцію ввімкнення/вимкнення силових напівпровідникових пристроїв для перетворення джерела живлення промислової частоти в іншу частоту. В основному він складається з двох ланцюгів, один з яких є основним ланцюгом (модуль випрямляча, електролітичний конденсатор і інверторний модуль), а інший є ланцюгом керування (плата імпульсного джерела живлення, плата керування).
Щоб зменшити пусковий струм двигуна, особливо двигуна з більшою потужністю, чим більша потужність, тим більший пусковий струм. Надмірний пусковий струм призведе до більшого навантаження на мережу електропостачання та розподільчу мережу. Перетворювач частоти може вирішити цю проблему запуску та забезпечити плавний запуск двигуна, не викликаючи надмірного пускового струму.
Ще однією функцією використання частотного перетворювача є регулювання швидкості двигуна. У багатьох випадках необхідно контролювати швидкість двигуна, щоб досягти кращої ефективності виробництва, і регулювання швидкості перетворювача частоти завжди було його найбільшою перевагою. Частотний перетворювач контролює швидкість двигуна, змінюючи частоту джерела живлення.
2. Які існують методи керування інвертором?
Нижче наведено п’ять найбільш часто використовуваних методів управління інверторними двигунами:
A. Метод керування синусоїдальною широтно-імпульсною модуляцією (SPWM).
Його характеристиками є проста структура схеми керування, низька вартість, хороша механічна міцність і може відповідати вимогам плавного регулювання швидкості загальної трансмісії. Він знайшов широке застосування в різних галузях промисловості.
Однак на низьких частотах через низьку вихідну напругу на крутний момент істотно впливає падіння напруги опору статора, що зменшує максимальний вихідний момент.
Крім того, його механічні характеристики не такі сильні, як у двигунів постійного струму, а його динамічний крутний момент і статична швидкість регулювання не є задовільними. Крім того, продуктивність системи невисока, крива керування змінюється залежно від навантаження, реакція крутного моменту повільна, коефіцієнт використання крутного моменту двигуна невисокий, а продуктивність знижується на низькій швидкості через наявність опору статора та непрацездатність інвертора ефект зони, і стабільність погіршується. Таким чином, люди вивчали векторне управління змінною частотою регулювання швидкості.
B. Метод керування просторовим вектором напруги (SVPWM).
Він заснований на загальному ефекті генерації трифазної форми сигналу з метою наближення до ідеальної кругової траєкторії обертового магнітного поля повітряного зазору двигуна, генерації трифазної форми сигналу модуляції за один раз і керування ним у спосіб вписаного многокутника, що апроксимує коло.
Після практичного використання його було вдосконалено, тобто введено частотну компенсацію для усунення похибки регулювання швидкості; оцінка амплітуди потоку через зворотний зв'язок для усунення впливу опору статора на малій швидкості; замикання вихідної напруги та контуру струму для покращення динамічної точності та стабільності. Однак існує багато зв’язків ланцюга керування, і регулювання крутного моменту не вводиться, тому продуктивність системи не була фундаментально покращена.
C. Метод векторного контролю (ВК).
Суть полягає в тому, щоб зробити двигун змінного струму еквівалентним двигуну постійного струму та самостійно контролювати швидкість і магнітне поле. Керуючи потоком ротора, струм статора розкладається для отримання компонентів крутного моменту та магнітного поля, а перетворення координат використовується для досягнення ортогонального або роз’єднаного керування. Впровадження векторного методу боротьби має епохальне значення. Однак у практичних застосуваннях, оскільки потік ротора важко точно спостерігати, характеристики системи сильно залежать від параметрів двигуна, а перетворення вектора обертання, що використовується в еквівалентному процесі керування двигуном постійного струму, є відносно складним, що ускладнює фактичне контрольний ефект для досягнення ідеального результату аналізу.
D. Метод прямого контролю крутного моменту (DTC).
У 1985 році професор ДеПенброк з Рурського університету в Німеччині вперше запропонував технологію перетворення частоти прямого керування крутним моментом. Ця технологія значною мірою усунула недоліки вищезгаданого векторного керування та була швидко розроблена завдяки новим ідеям керування, лаконічній і зрозумілій структурі системи та відмінним динамічним і статичним характеристикам.
В даний час ця технологія успішно застосована для потужної тяги змінного струму електровозів. Пряме керування крутним моментом безпосередньо аналізує математичну модель двигунів змінного струму в системі координат статора та контролює магнітний потік і крутний момент двигуна. Немає необхідності прирівнювати двигуни змінного струму до двигунів постійного струму, таким чином усуваючи багато складних обчислень у векторному перетворенні обертання; йому не потрібно імітувати керування двигунами постійного струму, а також не потрібно спрощувати математичну модель двигунів змінного струму для роз’єднання.
E. Матричний метод керування AC-AC
Перетворення частоти VVVF, перетворення частоти з векторним керуванням і перетворення частоти з прямим керуванням моментом є типами перетворення частоти AC-DC-AC. Їхніми загальними недоліками є низький коефіцієнт споживаної потужності, великий струм гармонік, великий накопичувальний конденсатор енергії, необхідний для ланцюга постійного струму, і рекуперативна енергія не може бути подана назад до електромережі, тобто вона не може працювати в чотирьох квадрантах.
З цієї причини з'явилося матричне перетворення частоти AC-AC. Оскільки матричне перетворення частоти AC-AC усуває проміжну ланку постійного струму, воно усуває великий і дорогий електролітичний конденсатор. Він може досягти коефіцієнта потужності 1, синусоїдального вхідного струму та може працювати в чотирьох квадрантах, а система має високу щільність потужності. Хоча ця технологія ще не є зрілою, вона все ще приваблює багатьох вчених до проведення поглиблених досліджень. Його суть полягає не в опосередкованому управлінні струмом, магнітним потоком та іншими величинами, а в безпосередньому використанні крутного моменту як контрольованої величини для його досягнення.
3.Як перетворювач частоти керує двигуном? Як вони з’єднані разом?
Підключення інвертора для керування двигуном є відносно простим, подібним до підключення контактора, з трьома основними лініями живлення, які входять і потім виходять до двигуна, але налаштування складніші, а також способи керування інвертором. різні.
Перш за все, для терміналу інвертора, хоча існує багато марок і різних методів підключення, клеми проводки більшості інверторів не сильно відрізняються. Зазвичай поділяються на входи перемикачів прямого та зворотного ходу, які використовуються для керування пуском двигуна вперед та назад. Термінали зворотного зв'язку використовуються для отримання інформації про робочий стан двигуна,включаючи робочу частоту, швидкість, статус несправності тощо.
Для керування налаштуванням швидкості деякі перетворювачі частоти використовують потенціометри, деякі – безпосередньо кнопки, і всі вони керуються через фізичну проводку. Інший спосіб - використання мережі зв'язку. Зараз багато перетворювачів частоти підтримують керування зв'язком. Лінію зв'язку можна використовувати для керування пуском і зупинкою, прямим і зворотним обертанням, регулюванням швидкості тощо двигуна. При цьому інформація зворотного зв'язку також передається через зв'язок.
4. Що відбувається з вихідним крутним моментом двигуна, коли змінюється швидкість (частота) його обертання?
Початковий крутний момент і максимальний крутний момент при роботі від перетворювача частоти менші, ніж при безпосередньому приводі від джерела живлення.
Двигун має великий вплив на пуск і прискорення при живленні від джерела живлення, але ці впливи слабші при живленні від перетворювача частоти. Прямий запуск за допомогою джерела живлення створить великий пусковий струм. Коли використовується перетворювач частоти, вихідна напруга та частота перетворювача частоти поступово додаються до двигуна, тому пусковий струм двигуна та вплив менші. Зазвичай крутний момент, створюваний двигуном, зменшується зі зменшенням частоти (зменшується швидкість). Фактичні дані зниження будуть пояснені в деяких посібниках для перетворювача частоти.
Звичайний двигун розроблений і виготовлений для напруги 50 Гц, і його номінальний крутний момент також надається в цьому діапазоні напруги. Тому регулювання швидкості нижче номінальної частоти називається регулюванням швидкості постійного моменту. (T=Te, P<=Pe)
Коли вихідна частота перетворювача частоти перевищує 50 Гц, крутний момент, створюваний двигуном, зменшується в лінійній залежності, обернено пропорційній частоті.
Коли двигун працює на частоті понад 50 Гц, слід враховувати величину навантаження двигуна, щоб запобігти недостатньому вихідному моменту двигуна.
Наприклад, крутний момент, створюваний двигуном при 100 Гц, зменшується приблизно до 1/2 крутного моменту, створюваного при 50 Гц.
Тому регулювання швидкості вище номінальної частоти називається регулюванням швидкості постійної потужності. (P=Ue*Ie).
5. Застосування перетворювача частоти вище 50 Гц
Для конкретного двигуна його номінальна напруга і номінальний струм постійні.
Наприклад, якщо номінальні значення інвертора та двигуна обидва: 15 кВт/380 В/30 А, двигун може працювати на частотах понад 50 Гц.
Коли швидкість становить 50 Гц, вихідна напруга інвертора становить 380 В, а сила струму — 30 А. У цей час, якщо вихідна частота збільшена до 60 Гц, максимальна вихідна напруга та струм інвертора можуть становити лише 380 В/30 А. Очевидно, вихідна потужність залишається незмінною, тому ми називаємо це регулюванням швидкості постійної потужності.
Який крутний момент у цей час?
Оскільки P=wT(w; кутова швидкість, T: крутний момент), оскільки P залишається незмінним, а w збільшується, крутний момент відповідно зменшиться.
Ми також можемо подивитися на це з іншого боку:
Напруга статора двигуна U=E+I*R (I — струм, R — електронний опір, E — індукований потенціал).
Можна побачити, що коли U та I не змінюються, E також не змінюється.
І E=k*f*X (k: постійна; f: частота; X: магнітний потік), тому, коли f змінюється від 50–>60 Гц, X відповідно зменшуватиметься.
Для двигуна T=K*I*X (K: постійний; I: струм; X: магнітний потік), тому крутний момент T зменшуватиметься зі зменшенням магнітного потоку X.
У той же час, коли вона менше 50 Гц, оскільки I*R дуже мала, коли U/f=E/f не змінюється, магнітний потік (X) є постійним. Крутний момент T пропорційний струму. Ось чому потужність перевантаження за струмом інвертора зазвичай використовується для опису його здатності до перевантаження (крутного моменту), і це називається регулюванням швидкості постійного крутного моменту (номінальний струм залишається незмінним -> максимальний крутний момент залишається незмінним)
Висновок: коли вихідна частота інвертора зростає понад 50 Гц, вихідний крутний момент двигуна зменшується.
6. Інші фактори, пов'язані з вихідним крутним моментом
Теплогенерація та тепловіддача визначають потужність вихідного струму інвертора, таким чином впливаючи на потужність вихідного крутного моменту інвертора.
1. Несуча частота: номінальний струм, позначений на інверторі, зазвичай є значенням, яке може забезпечити безперервний вихід на найвищій несучій частоті та найвищій температурі навколишнього середовища. Зменшення несучої частоти не вплине на струм двигуна. Однак тепловиділення компонентів буде зменшено.
2. Температура навколишнього середовища: так само, як і значення струму захисту інвертора, не буде збільшено, якщо температура навколишнього середовища виявляється відносно низькою.
3. Висота: Збільшення висоти впливає на розсіювання тепла та теплоізоляційні характеристики. Як правило, нижче 1000 м його можна ігнорувати, а пропускну здатність можна зменшити на 5% на кожні 1000 метрів вище.
7. Яка відповідна частота для перетворювача частоти для керування двигуном?
У наведеному вище підсумку ми дізналися, чому інвертор використовується для керування двигуном, а також зрозуміли, як інвертор керує двигуном. Інвертор керує двигуном, що можна підсумувати таким чином:
По-перше, інвертор контролює пускову напругу та частоту двигуна для досягнення плавного запуску та плавної зупинки;
По-друге, інвертор використовується для регулювання швидкості двигуна, а швидкість двигуна регулюється зміною частоти.
Двигун Anhui Mingteng з постійними магнітамивироби управляються інвертором. У діапазоні навантажень 25%-120% вони мають вищий ККД і ширший робочий діапазон, ніж асинхронні двигуни тих самих специфікацій, і мають значний ефект енергозбереження.
Наші професійні техніки підберуть більш відповідний інвертор відповідно до конкретних умов роботи та фактичних потреб клієнтів, щоб досягти кращого контролю двигуна та максимізувати продуктивність двигуна. Крім того, наш відділ технічного обслуговування може дистанційно направляти клієнтів щодо встановлення та налагодження інвертора, а також здійснювати комплексне подальше обслуговування та обслуговування до та після продажу.
Авторські права: ця стаття є передруком загальнодоступного номера WeChat «Технічне навчання», оригінальне посилання https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Ця стаття не відображає поглядів нашої компанії. Якщо у вас є інші думки чи погляди, виправте нас!
Час публікації: 09 вересня 2024 р