Frekvencijski pretvarač je tehnologija koju treba savladati pri izvođenju električnih radova. Korištenje frekvencijskog pretvarača za upravljanje motorom uobičajena je metoda u električnoj kontroli; neki također zahtijevaju vještinu u njihovoj upotrebi.
1. Prije svega, zašto koristiti frekvencijski pretvarač za upravljanje motorom?
Motor je induktivno opterećenje koje sprječava promjenu struje i uzrokovat će veliku promjenu struje prilikom pokretanja.
Inverter je uređaj za upravljanje električnom energijom koji koristi funkciju uključivanja i isključivanja poluvodičkih uređaja za pretvaranje industrijske frekvencije napajanja u drugu frekvenciju. Uglavnom se sastoji od dva kruga, jedan je glavni krug (modul ispravljača, elektrolitički kondenzator i modul invertera), a drugi je upravljački krug (ploča s preklopnim napajanjem, upravljačka ploča).
Kako bi se smanjila startna struja motora, posebno kod motora veće snage, što je veća snaga, to je veća startna struja. Prekomjerna startna struja će dodatno opteretiti elektroenergetsku i distribucijsku mrežu. Frekvencijski pretvarač može riješiti ovaj problem pokretanja i omogućiti glatko pokretanje motora bez uzrokovanja prekomjerne startne struje.
Druga funkcija korištenja frekvencijskog pretvarača je podešavanje brzine motora. U mnogim slučajevima potrebno je kontrolirati brzinu motora kako bi se postigla bolja učinkovitost proizvodnje, a regulacija brzine frekvencijskim pretvaračem oduvijek je bila njegov najveći vrhunac. Frekvencijski pretvarač kontrolira brzinu motora promjenom frekvencije napajanja.
2. Koje su metode upravljanja inverterom?
Pet najčešće korištenih metoda upravljanja inverterskim motorima su sljedeće:
A. Metoda upravljanja sinusoidnom pulsno-širinskom modulacijom (SPWM)
Njegove karakteristike su jednostavna struktura upravljačkog kruga, niska cijena, dobra mehanička čvrstoća i može zadovoljiti zahtjeve glatke regulacije brzine općeg mjenjača. Široko se koristi u raznim područjima industrije.
Međutim, pri niskim frekvencijama, zbog niskog izlaznog napona, na moment značajno utječe pad napona na otporu statora, što smanjuje maksimalni izlazni moment.
Osim toga, njegove mehaničke karakteristike nisu tako jake kao kod istosmjernih motora, a njegov dinamički kapacitet momenta i performanse statičke regulacije brzine nisu zadovoljavajuće. Osim toga, performanse sustava nisu visoke, krivulja regulacije se mijenja s opterećenjem, odziv momenta je spor, stopa iskorištenja momenta motora nije visoka, a performanse se smanjuju pri maloj brzini zbog postojanja otpora statora i efekta mrtve zone pretvarača, te se stabilnost pogoršava. Stoga su ljudi proučavali vektorsko upravljanje promjenjivom frekvencijom brzine.
B. Metoda upravljanja vektorom naponskog prostora (SVPWM)
Temelji se na ukupnom učinku generiranja trofaznog valnog oblika, s ciljem približavanja idealnoj kružnoj putanji rotirajućeg magnetskog polja zračnog raspora motora, generiranja trofaznog modulacijskog valnog oblika u isto vrijeme i njegovog upravljanja na način upisanog poligona koji aproksimira kružnicu.
Nakon praktične upotrebe, poboljšan je, odnosno uvedena je frekvencijska kompenzacija kako bi se uklonila pogreška regulacije brzine; procjena amplitude fluksa putem povratne veze kako bi se uklonio utjecaj otpora statora pri maloj brzini; zatvaranje izlazne naponske i strujne petlje radi poboljšanja dinamičke točnosti i stabilnosti. Međutim, postoji mnogo veza u upravljačkom krugu i nije uvedeno podešavanje momenta, tako da performanse sustava nisu temeljno poboljšane.
C. Metoda vektorske kontrole (VC)
Bit je učiniti AC motor ekvivalentnim DC motoru i neovisno kontrolirati brzinu i magnetsko polje. Kontroliranjem fluksa rotora, struja statora se rastavlja kako bi se dobile komponente momenta i magnetskog polja, a transformacija koordinata se koristi za postizanje ortogonalnog ili odvojenog upravljanja. Uvođenje metode vektorskog upravljanja ima epohalni značaj. Međutim, u praktičnim primjenama, budući da je fluks rotora teško točno promatrati, karakteristike sustava uvelike su pod utjecajem parametara motora, a transformacija vektorske rotacije koja se koristi u ekvivalentnom procesu upravljanja DC motorom relativno je složena, što otežava postizanje idealnog rezultata analize stvarnim učinkom upravljanja.
D. Metoda izravne kontrole okretnog momenta (DTC)
Godine 1985., profesor DePenbrock sa Sveučilišta Ruhr u Njemačkoj prvi je predložio tehnologiju pretvorbe frekvencije izravne regulacije momenta. Ova je tehnologija uvelike riješila nedostatke gore spomenutog vektorskog upravljanja te se brzo razvila s novim idejama upravljanja, konciznom i jasnom strukturom sustava te izvrsnim dinamičkim i statičkim performansama.
Trenutno se ova tehnologija uspješno primjenjuje na vuču električnih lokomotiva s izmjeničnim prijenosom velike snage. Izravno upravljanje momentom izravno analizira matematički model izmjeničnih motora u koordinatnom sustavu statora i kontrolira magnetski tok i moment motora. Ne treba izjednačavati izmjenične motore s istosmjernim motorima, čime se eliminiraju mnogi složeni izračuni u transformaciji vektorske rotacije; ne treba oponašati upravljanje istosmjernim motorima, niti treba pojednostavljivati matematički model izmjeničnih motora radi odvajanja.
E. Matrična AC-AC metoda upravljanja
VVVF frekvencijska pretvorba, vektorska frekvencijska pretvorba i izravna frekvencijska pretvorba upravljanja momentom su sve vrste AC-DC-AC frekvencijske pretvorbe. Njihovi uobičajeni nedostaci su nizak ulazni faktor snage, velika harmonijska struja, veliki kondenzator za pohranu energije potreban za istosmjerni krug i regenerativna energija se ne može vratiti u električnu mrežu, odnosno ne može raditi u četiri kvadranta.
Zbog toga je nastala matrična AC-AC frekvencijska pretvorba. Budući da matrična AC-AC frekvencijska pretvorba eliminira međuvezu istosmjerne struje, eliminira veliki i skupi elektrolitički kondenzator. Može postići faktor snage od 1, sinusoidnu ulaznu struju i može raditi u četiri kvadranta, a sustav ima visoku gustoću snage. Iako ova tehnologija još nije zrela, i dalje privlači mnoge znanstvenike na provođenje dubinskih istraživanja. Njena bit nije neizravno kontrolirati struju, magnetski tok i druge veličine, već izravno koristiti moment kao kontroliranu veličinu za postizanje toga.
3. Kako frekvencijski pretvarač upravlja motorom? Kako su ta dva elementa međusobno povezana?
Ožičenje pretvarača za upravljanje motorom je relativno jednostavno, slično ožičenju kontaktora, s tri glavna elektroenergetska voda koja ulaze i izlaze iz motora, ali su postavke složenije, a načini upravljanja pretvaračem također su različiti.
Prije svega, što se tiče terminala invertera, iako postoji mnogo marki i različitih načina ožičenja, terminali ožičenja većine invertera se ne razlikuju mnogo. Općenito se dijele na ulaze prekidača za naprijed i nazad, koji se koriste za upravljanje pokretanjem motora naprijed i nazad. Terminali povratne informacije koriste se za povratnu informaciju o radnom stanju motora,uključujući radnu frekvenciju, brzinu, stanje kvara itd.
Za upravljanje postavkama brzine, neki frekvencijski pretvarači koriste potenciometre, neki izravno tipke, a svi se kontroliraju fizičkim ožičenjem. Drugi način je korištenje komunikacijske mreže. Mnogi frekvencijski pretvarači sada podržavaju komunikacijsko upravljanje. Komunikacijska linija može se koristiti za upravljanje pokretanjem i zaustavljanjem, rotacijom naprijed i natrag, podešavanjem brzine itd. motora. Istovremeno, povratne informacije se također prenose putem komunikacije.
4. Što se događa s izlaznim momentom motora kada se promijeni njegova brzina vrtnje (frekvencija)?
Početni moment i maksimalni moment kada ih pokreće frekvencijski pretvarač su manji nego kada ih pokreće izravno napajanje.
Motor ima veliki utjecaj pri pokretanju i ubrzanju kada se napaja iz izvora napajanja, ali ti utjecaji su slabiji kada se napaja iz frekvencijskog pretvarača. Izravno pokretanje s izvora napajanja generirat će veliku početnu struju. Kada se koristi frekvencijski pretvarač, izlazni napon i frekvencija frekvencijskog pretvarača postupno se dodaju motoru, pa su početna struja motora i utjecaj manji. Obično se moment koji generira motor smanjuje kako se frekvencija smanjuje (brzina smanjuje). Stvarni podaci o smanjenju bit će objašnjeni u nekim priručnicima za frekvencijske pretvarače.
Uobičajeni motor je projektiran i proizveden za napon od 50 Hz, a njegov nazivni moment je također naveden unutar ovog raspona napona. Stoga se regulacija brzine ispod nazivne frekvencije naziva regulacija brzine s konstantnim momentom. (T=Te, P<=Pe)
Kada je izlazna frekvencija frekvencijskog pretvarača veća od 50Hz, moment koji generira motor smanjuje se linearno obrnuto proporcionalno frekvenciji.
Kada motor radi na frekvenciji većoj od 50 Hz, mora se uzeti u obzir veličina opterećenja motora kako bi se spriječio nedovoljan izlazni moment motora.
Na primjer, moment koji generira motor na 100 Hz smanjuje se na otprilike 1/2 momenta generiranog na 50 Hz.
Stoga se regulacija brzine iznad nazivne frekvencije naziva regulacija brzine konstantne snage. (P=Ue*Ie).
5. Primjena frekvencijskog pretvarača iznad 50Hz
Za određeni motor, njegov nazivni napon i nazivna struja su konstantni.
Na primjer, ako su nazivne vrijednosti pretvarača i motora: 15 kW/380 V/30 A, motor može raditi iznad 50 Hz.
Kada je brzina 50Hz, izlazni napon pretvarača je 380V, a struja 30A. U ovom trenutku, ako se izlazna frekvencija poveća na 60Hz, maksimalni izlazni napon i struja pretvarača mogu biti samo 380V/30A. Očito je da izlazna snaga ostaje nepromijenjena, pa to nazivamo regulacijom brzine konstantne snage.
Kakav je moment u ovom trenutku?
Budući da je P=wT(w; kutna brzina, T: moment), budući da P ostaje nepromijenjen, a w se povećava, moment će se sukladno tome smanjiti.
Možemo to pogledati i iz drugog kuta:
Napon statora motora je U=E+I*R (I je struja, R je elektronički otpor, a E je inducirani potencijal).
Može se vidjeti da kada se U i I ne mijenjaju, ni E se ne mijenja.
I E=k*f*X (k: konstanta; f: frekvencija; X: magnetski tok), pa kada se f promijeni od 50 do 60 Hz, X će se u skladu s tim smanjiti.
Za motor, T=K*I*X (K: konstanta; I: struja; X: magnetski tok), tako da će se moment T smanjivati kako se smanjuje magnetski tok X.
Istovremeno, kada je manji od 50Hz, budući da je I*R vrlo mali, kada se U/f=E/f ne mijenja, magnetski tok (X) je konstantan. Moment T je proporcionalan struji. Zbog toga se kapacitet prekomjerne struje pretvarača obično koristi za opis njegovog kapaciteta preopterećenja (momenta), a to se naziva regulacija brzine s konstantnim momentom (nazivna struja ostaje nepromijenjena –> maksimalni moment ostaje nepromijenjen).
Zaključak: Kada se izlazna frekvencija pretvarača poveća iznad 50Hz, izlazni moment motora će se smanjiti.
6. Ostali čimbenici povezani s izlaznim momentom
Kapacitet stvaranja topline i odvođenja topline određuje izlaznu struju pretvarača, što utječe na izlazni moment pretvarača.
1. Nosiva frekvencija: Nazivna struja označena na pretvaraču općenito je vrijednost koja može osigurati kontinuirani izlaz na najvišoj nosivoj frekvenciji i najvišoj temperaturi okoline. Smanjenje nosive frekvencije neće utjecati na struju motora. Međutim, smanjit će se stvaranje topline komponenti.
2. Temperatura okoline: Baš kao i vrijednost struje zaštite pretvarača neće se povećati kada se utvrdi da je temperatura okoline relativno niska.
3. Nadmorska visina: Povećanje nadmorske visine utječe na odvođenje topline i performanse izolacije. Općenito, može se zanemariti ispod 1000 m, a kapacitet se može smanjiti za 5% za svakih 1000 metara iznad.
7. Koja je odgovarajuća frekvencija za frekvencijski pretvarač za upravljanje motorom?
U gornjem sažetku smo naučili zašto se inverter koristi za upravljanje motorom, a također smo razumjeli kako inverter upravlja motorom. Inverter upravlja motorom, što se može sažeti na sljedeći način:
Prvo, inverter kontrolira početni napon i frekvenciju motora kako bi se postigao glatki start i glatko zaustavljanje;
Drugo, pretvarač se koristi za podešavanje brzine motora, a brzina motora se podešava promjenom frekvencije.
Anhui Mingtengov motor s permanentnim magnetomProizvode kontrolira inverter. Unutar raspona opterećenja od 25%-120%, imaju veću učinkovitost i širi radni raspon od asinhronih motora istih specifikacija, te imaju značajne učinke uštede energije.
Naši profesionalni tehničari odabrat će prikladniji pretvarač prema specifičnim radnim uvjetima i stvarnim potrebama kupaca kako bi se postigla bolja kontrola motora i maksimizirale performanse motora. Osim toga, naš odjel za tehničku podršku može daljinski voditi kupce kroz instalaciju i otklanjanje pogrešaka pretvarača te provoditi sveobuhvatno praćenje i servis prije i poslije prodaje.
Autorska prava: Ovaj članak je ponovni ispis javnog WeChat broja „Tehnička obuka“, originalna poveznica https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše tvrtke. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, ispravite nas!
Vrijeme objave: 09.09.2024.