Frekvencijski pretvarač je tehnologija koju treba savladati pri izvođenju električnih radova. Korištenje pretvarača frekvencije za upravljanje motorom je uobičajena metoda u električnoj kontroli; neki također zahtijevaju vještinu u njihovoj uporabi.
1. Prije svega, zašto koristiti pretvarač frekvencije za upravljanje motorom?
Motor je induktivno opterećenje, koje ometa promjenu struje i proizvest će veliku promjenu struje prilikom pokretanja.
Inverter je uređaj za kontrolu električne energije koji koristi funkciju uključivanja i isključivanja energetskih poluvodičkih uređaja za pretvaranje napajanja industrijske frekvencije u drugu frekvenciju. Uglavnom se sastoji od dva kruga, jedan je glavni krug (ispravljački modul, elektrolitički kondenzator i inverterski modul), a drugi je upravljački krug (preklopna ploča napajanja, upravljačka ploča).
Kako bi se smanjila startna struja motora, posebno motora veće snage, što je veća snaga, to je veća startna struja. Prevelika startna struja će dodatno opteretiti elektroenergetsku i distribucijsku mrežu. Frekvencijski pretvarač može riješiti ovaj problem pokretanja i omogućiti glatko pokretanje motora bez izazivanja prekomjerne struje pokretanja.
Druga funkcija korištenja pretvarača frekvencije je podešavanje brzine motora. U mnogim slučajevima potrebno je kontrolirati brzinu motora kako bi se postigla bolja proizvodna učinkovitost, a regulacija brzine pretvarača frekvencije uvijek je bila njezin najveći vrhunac. Frekvencijski pretvarač kontrolira brzinu motora promjenom frekvencije napajanja.
2.Koje su metode upravljanja pretvaračem?
Pet najčešće korištenih metoda upravljanja inverterskim motorima su sljedeći:
A. Metoda upravljanja sinusoidnom modulacijom širine pulsa (SPWM).
Njegove karakteristike su jednostavna struktura upravljačkog kruga, niska cijena, dobra mehanička čvrstoća i može zadovoljiti zahtjeve glatke regulacije brzine općeg prijenosa. Ima široku primjenu u raznim područjima industrije.
Međutim, pri niskim frekvencijama, zbog niskog izlaznog napona, na moment značajno utječe pad napona otpora statora, što smanjuje maksimalni izlazni moment.
Osim toga, njegove mehaničke karakteristike nisu tako jake kao one kod istosmjernih motora, a njegov kapacitet dinamičkog momenta i izvedba statičke regulacije brzine nisu zadovoljavajući. Osim toga, učinak sustava nije visok, krivulja upravljanja mijenja se s opterećenjem, odziv zakretnog momenta je spor, stopa iskorištenja zakretnog momenta motora nije visoka, a izvedba se smanjuje pri maloj brzini zbog postojanja otpora statora i mrtvog pretvarača zonski učinak, a stabilnost se pogoršava. Stoga su ljudi proučavali regulaciju brzine vektorske kontrole promjenjive frekvencije.
B. Kontrolna metoda vektora naponskog prostora (SVPWM).
Temelji se na ukupnom učinku generiranja trofaznog valnog oblika, sa svrhom približavanja idealnoj putanji kružnog rotirajućeg magnetskog polja zračnog raspora motora, generiranja trofaznog modulacijskog valnog oblika u jednom trenutku i upravljanja njime na način upisanog poligona koji aproksimira kružnicu.
Nakon praktične uporabe, poboljšan je, odnosno uvedena je kompenzacija frekvencije kako bi se otklonila pogreška regulacije brzine; procjena amplitude toka kroz povratnu spregu kako bi se eliminirao utjecaj otpora statora pri maloj brzini; zatvaranje izlaznog napona i strujne petlje radi poboljšanja dinamičke točnosti i stabilnosti. Međutim, postoji mnogo veza upravljačkog kruga, a nije uvedena prilagodba zakretnog momenta, tako da performanse sustava nisu bitno poboljšane.
C. Metoda vektorske kontrole (VC).
Suština je napraviti izmjenični motor ekvivalentnim istosmjernom, te samostalno upravljati brzinom i magnetskim poljem. Upravljanjem toka rotora struja statora se rastavlja kako bi se dobile komponente zakretnog momenta i magnetskog polja, a transformacija koordinata se koristi za postizanje ortogonalne ili razdvojene kontrole. Uvođenje vektorske metode suzbijanja ima epohalni značaj. Međutim, u praktičnim primjenama, budući da je tok rotora teško točno promatrati, na karakteristike sustava uvelike utječu parametri motora, a transformacija vektorske rotacije koja se koristi u procesu upravljanja ekvivalentnim istosmjernim motorom je relativno složena, što otežava stvarni kontrolni učinak za postizanje idealnog rezultata analize.
D. Metoda izravne kontrole zakretnog momenta (DTC).
Godine 1985. profesor DePenbrock sa Sveučilišta Ruhr u Njemačkoj prvi je predložio tehnologiju pretvorbe frekvencije izravne kontrole momenta. Ova tehnologija je u velikoj mjeri riješila nedostatke gore spomenutog vektorskog upravljanja i brzo se razvila s novim idejama upravljanja, sažetom i jasnom strukturom sustava i izvrsnim dinamičkim i statičkim performansama.
Trenutačno se ova tehnologija uspješno primjenjuje na izmjeničnu prijenosnu vuču velike snage električnih lokomotiva. Izravna kontrola momenta izravno analizira matematički model AC motora u koordinatnom sustavu statora i kontrolira magnetski tok i moment motora. Ne treba izjednačavati AC motore s DC motorima, čime se eliminiraju mnogi složeni izračuni u transformaciji vektorske rotacije; ne treba oponašati upravljanje istosmjernim motorima, niti treba pojednostaviti matematički model AC motora za odvajanje.
E. Matrix AC-AC metoda upravljanja
VVVF pretvorba frekvencije, vektorska regulacija frekvencije pretvorbe i izravna regulacija momenta pretvorbe frekvencije sve su vrste AC-DC-AC pretvorbe frekvencije. Njihovi zajednički nedostaci su nizak ulazni faktor snage, velika harmonijska struja, veliki kondenzator za pohranu energije potreban za istosmjerni krug, a regenerativna energija ne može se vratiti natrag u električnu mrežu, odnosno ne može raditi u četiri kvadranta.
Iz tog razloga je nastala matrična AC-AC pretvorba frekvencije. Budući da matrična AC-AC pretvorba frekvencije eliminira međukrug istosmjerne struje, eliminira veliki i skupi elektrolitički kondenzator. Može postići faktor snage 1, sinusoidnu ulaznu struju i može raditi u četiri kvadranta, a sustav ima visoku gustoću snage. Iako ova tehnologija još nije zrela, još uvijek privlači mnoge znanstvenike da provode dubinska istraživanja. Njegova bit nije posredno kontrolirati struju, magnetski tok i druge veličine, već izravno koristiti moment kao kontroliranu veličinu za njegovo postizanje.
3.Kako frekvencijski pretvarač upravlja motorom? Kako su to dvoje spojeni zajedno?
Ožičenje pretvarača za upravljanje motorom je relativno jednostavno, slično ožičenju kontaktora, s tri glavna strujna voda koja ulaze i izlaze iz motora, ali su postavke kompliciranije, a načini upravljanja pretvaračem također su drugačiji.
Prije svega, što se tiče terminala pretvarača, iako postoji mnogo marki i različitih metoda ožičenja, terminali ožičenja većine pretvarača se ne razlikuju mnogo. Općenito podijeljen na ulaze prekidača naprijed i nazad, koji se koriste za upravljanje pokretanjem motora naprijed i nazad. Stezaljke za povratnu vezu koriste se za povratnu informaciju o radnom statusu motora,uključujući radnu frekvenciju, brzinu, status greške itd.
Za kontrolu podešavanja brzine, neki pretvarači frekvencije koriste potenciometre, neki izravno koriste gumbe, a svi se kontroliraju putem fizičkog ožičenja. Drugi način je korištenje komunikacijske mreže. Mnogi pretvarači frekvencije sada podržavaju komunikacijsku kontrolu. Komunikacijska linija se može koristiti za kontrolu pokretanja i zaustavljanja, rotacije naprijed i nazad, podešavanja brzine itd. motora. Istodobno se komunikacijom prenose i povratne informacije.
4. Što se događa s izlaznim momentom motora kada se mijenja brzina (frekvencija) vrtnje?
Početni zakretni moment i maksimalni zakretni moment kada ih pokreće frekventni pretvarač manji su nego kada ih pokreće izravno napajanje.
Motor ima veliki utjecaj na pokretanje i ubrzanje kada se napaja iz napajanja, ali ti su utjecaji slabiji kada se napaja iz pretvarača frekvencije. Izravno pokretanje s napajanjem će generirati veliku startnu struju. Kada se koristi pretvarač frekvencije, izlazni napon i frekvencija pretvarača frekvencije postupno se dodaju motoru, tako da su struja pokretanja motora i udar manji. Obično se okretni moment koji stvara motor smanjuje kako se smanjuje frekvencija (smanjuje se brzina). Stvarni podaci o smanjenju bit će objašnjeni u nekim priručnicima za pretvarač frekvencije.
Uobičajeni motor je dizajniran i proizveden za napon od 50 Hz, a njegov nazivni moment također je dan unutar tog raspona napona. Stoga se regulacija brzine vrtnje ispod nazivne frekvencije naziva regulacija brzine vrtnje konstantnim momentom. (T=Te, P<=Pe)
Kada je izlazna frekvencija pretvarača frekvencije veća od 50 Hz, okretni moment koji stvara motor smanjuje se u linearnom odnosu 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, okretni moment koji generira motor na 100 Hz smanjuje se na oko 1/2 okretnog momenta generiranog na 50 Hz.
Stoga se regulacija brzine vrtnje iznad nazivne frekvencije naziva regulacija brzine vrtnje konstantnom snagom. (P=Ue*Ie).
5. Primjena pretvarača frekvencije iznad 50Hz
Za određeni motor, njegov nazivni napon i nazivna struja su konstantni.
Na primjer, ako su nazivne vrijednosti pretvarača i motora obje: 15kW/380V/30A, motor može raditi iznad 50Hz.
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, izlazna snaga ostaje nepromijenjena, pa to nazivamo regulacijom brzine konstantne snage.
Kakav je okretni moment u ovom trenutku?
Budući da je P=wT(w; kutna brzina, T: zakretni moment), budući da P ostaje nepromijenjen, a w raste, zakretni 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).
Vidi se 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–>60Hz, X će se smanjiti u skladu s tim.
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.
U isto vrijeme, kada je manji od 50Hz, budući da je I*R vrlo mali, kada se U/f=E/f ne mijenja, magnetski tok (X) je konstanta. Moment T proporcionalan je struji. Zbog toga se prekostrujni kapacitet pretvarača obično koristi za opisivanje njegovog kapaciteta preopterećenja (momenta), a naziva se regulacija brzine konstantnog momenta (nazivna struja ostaje nepromijenjena–>maksimalni moment ostaje nepromijenjen)
Zaključak: Kada se izlazna frekvencija pretvarača poveća s iznad 50Hz, izlazni moment motora će se smanjiti.
6.Ostali čimbenici povezani s izlaznim momentom
Kapacitet stvaranja topline i rasipanja topline određuju kapacitet izlazne struje pretvarača, čime utječu na kapacitet izlaznog momenta pretvarača.
1. Frekvencija nositelja: Nazivna struja označena na pretvaraču općenito je vrijednost koja može osigurati kontinuirani izlaz na najvišoj frekvenciji nositelja i najvišoj temperaturi okoline. Smanjenje nosive frekvencije neće utjecati na struju motora. Međutim, stvaranje topline komponenti će se smanjiti.
2. Temperatura okoline: Baš kao što vrijednost struje zaštite pretvarača neće biti povećana kada se otkrije da je temperatura okoline relativno niska.
3. Nadmorska visina: Povećanje nadmorske visine utječe na rasipanje topline i izolacijska svojstva. 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 pretvarač frekvencije za upravljanje motorom?
U gornjem sažetku naučili smo zašto se pretvarač koristi za upravljanje motorom, a također smo razumjeli kako pretvarač upravlja motorom. Inverter upravlja motorom, što se može sažeti na sljedeći način:
Prvo, pretvarač kontrolira početni napon i frekvenciju motora kako bi se postiglo glatko pokretanje i glatko zaustavljanje;
Drugo, pretvarač se koristi za podešavanje brzine motora, a brzina motora se podešava promjenom frekvencije.
Anhui Mingtengov motor s trajnim magnetimaproizvodima upravlja pretvarač. Unutar raspona opterećenja od 25%-120% imaju veću učinkovitost i širi raspon rada od asinkronih 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 tehnički servisni odjel može daljinski usmjeravati klijente za instalaciju i otklanjanje pogrešaka pretvarača, te realizirati sveobuhvatno praćenje i servis prije i nakon prodaje.
Autorska prava: Ovaj je članak pretisak javnog broja WeChata “Tehnička obuka”, izvorna poveznica https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše tvrtke. Ako imate drugačije mišljenje ili stavove, ispravite nas!
Vrijeme objave: 9. rujna 2024