Frekventni pretvarač je tehnologija koju treba savladati prilikom izvođenja električnih radova. Korištenje frekventnog pretvarača za upravljanje motorom je uobičajena metoda u električnoj kontroli; neki također zahtijevaju vještinu u njihovoj upotrebi.
1. Prije svega, zašto koristiti frekventni pretvarač za upravljanje motorom?
Motor je induktivno opterećenje, što ometa promjenu struje i uzrokovat će veliku promjenu struje prilikom pokretanja.
Inverter je uređaj za kontrolu električne energije koji koristi funkciju uključivanja i isključivanja poluprovodničkih uređaja za pretvaranje industrijske frekvencije napajanja u drugu frekvenciju. Uglavnom se sastoji od dva kola, jedno je glavno kolo (modul ispravljača, elektrolitički kondenzator i modul invertera), a drugo je kontrolno kolo (ploča prekidačkog napajanja, kontrolna 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 mrežu za napajanje i distribuciju. Frekvencijski pretvarač može riješiti ovaj problem pokretanja i omogućiti motoru da se nesmetano pokrene bez uzrokovanja prekomjerne startne struje.
Druga funkcija korištenja frekventnog pretvarača je podešavanje brzine motora. U mnogim slučajevima, potrebno je kontrolisati brzinu motora kako bi se postigla bolja efikasnost proizvodnje, a regulacija brzine pomoću frekventnog pretvarača oduvijek je bila njegov najveći prioritet. Frekventni pretvarač kontroliše 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 kola, niska cijena, dobra mehanička čvrstoća i mogućnost ispunjavanja zahtjeva za glatku regulaciju brzine općeg mjenjača. Široko se koristi u raznim oblastima industrije.
Međutim, pri niskim frekvencijama, zbog niskog izlaznog napona, na moment značajno utiče pad napona na otporu statora, što smanjuje maksimalni izlazni moment.
Osim toga, njegove mehaničke karakteristike nisu tako jake kao kod DC motora, a njegov dinamički kapacitet obrtnog momenta i performanse statičke regulacije brzine nisu zadovoljavajuće. Osim toga, performanse sistema nisu visoke, krivulja regulacije se mijenja s opterećenjem, odziv obrtnog momenta je spor, stopa iskorištenja obrtnog momenta motora nije visoka, a performanse se smanjuju pri malim brzinama zbog postojanja otpora statora i efekta mrtve zone invertora, te se stabilnost pogoršava. Stoga su ljudi proučavali vektorsko upravljanje promjenjivom frekvencijom brzine.
B. Metoda upravljanja vektorom naponskog prostora (SVPWM)
Zasnovan je na ukupnom efektu generiranja trofaznog valnog oblika, s ciljem približavanja idealnoj kružnoj putanji rotirajućeg magnetskog polja zračnog raspora motora, generiranja trofaznog modulacijskog valnog oblika u datom trenutku i njegovog upravljanja na način upisanog poligona koji aproksimira krug.
Nakon praktične upotrebe, poboljšan je, odnosno uvedena je frekventna kompenzacija kako bi se eliminisala greška u regulaciji brzine; procjena amplitude fluksa putem povratne sprege kako bi se eliminisao uticaj otpora statora pri maloj brzini; zatvaranje izlazne naponske i strujne petlje radi poboljšanja dinamičke tačnosti i stabilnosti. Međutim, postoji mnogo veza u kontrolnom kolu i nije uvedeno podešavanje obrtnog momenta, tako da performanse sistema nisu fundamentalno poboljšane.
C. Metoda vektorske kontrole (VC)
Suština je učiniti AC motor ekvivalentnim DC motoru i nezavisno kontrolisati brzinu i magnetsko polje. Kontrolom fluksa rotora, struja statora se dekomponuje kako bi se dobile komponente momenta i magnetskog polja, a transformacija koordinata se koristi za postizanje ortogonalnog ili odvojenog upravljanja. Uvođenje metode vektorskog upravljanja je od epohalnog značaja. Međutim, u praktičnim primjenama, budući da je fluks rotora teško precizno pratiti, karakteristike sistema su uveliko pod utjecajem parametara motora, a transformacija vektorske rotacije koja se koristi u ekvivalentnom procesu upravljanja DC motorom je relativno složena, što otežava postizanje idealnog rezultata analize stvarnim efektom upravljanja.
D. Metoda direktne kontrole obrtnog momenta (DTC)
Profesor DePenbrock sa Univerziteta Ruhr u Njemačkoj prvi je 1985. godine predložio tehnologiju direktne konverzije frekvencije upravljanja momentom. Ova tehnologija je u velikoj mjeri riješila nedostatke gore spomenutog vektorskog upravljanja i brzo se razvila s novim idejama upravljanja, konciznom i jasnom strukturom sistema, te odličnim dinamičkim i statičkim performansama.
Trenutno se ova tehnologija uspješno primjenjuje na vuču električnih lokomotiva s AC prijenosom velike snage. Direktna kontrola momenta direktno analizira matematički model AC motora u koordinatnom sistemu statora i kontrolira magnetski fluks i moment motora. Ne treba izjednačavati AC motore s DC motorima, čime se eliminiraju mnogi složeni proračuni u transformaciji vektorske rotacije; ne treba imitirati upravljanje DC motorima, niti treba pojednostaviti matematički model AC motora radi razdvajanja.
E. Matrična AC-AC metoda upravljanja
VVVF konverzija frekvencije, konverzija frekvencije vektorske kontrole i konverzija frekvencije direktne kontrole momenta su sve vrste AC-DC-AC konverzije frekvencije. Njihovi uobičajeni nedostaci su nizak ulazni faktor snage, velika harmonijska struja, veliki kondenzator za skladištenje energije potreban za DC kolo i regenerativna energija se ne može vratiti u električnu mrežu, odnosno ne može raditi u četiri kvadranta.
Iz tog razloga, nastala je matrična AC-AC frekventna konverzija. Budući da matrična AC-AC frekventna konverzija eliminira međuvezu istosmjerne struje, eliminira i veliki i skupi elektrolitički kondenzator. Može postići faktor snage od 1, sinusoidnu ulaznu struju i može raditi u četiri kvadranta, a sistem ima visoku gustoću snage. Iako ova tehnologija još nije zrela, i dalje privlači mnoge naučnike da provode dubinska istraživanja. Njena suština nije indirektna kontrola struje, magnetskog fluksa i drugih veličina, već direktno korištenje obrtnog momenta kao kontrolirane veličine za postizanje toga.
3. Kako frekventni pretvarač kontroliše motor? Kako su ta dva elementa povezana?
Ožičenje invertera za upravljanje motorom je relativno jednostavno, slično ožičenju kontaktora, s tri glavna elektroenergetska voda koja ulaze i izlaze iz motora, ali su podešavanja složenija, a načini upravljanja inverterom su također različiti.
Prije svega, što se tiče terminala invertera, iako postoji mnogo marki i različitih metoda ožičenja, terminali ožičenja većine invertera se ne razlikuju mnogo. Općenito se dijele na ulaze prekidača za naprijed i nazad, koji se koriste za kontrolu pokretanja motora naprijed i nazad. Terminali za povratnu informaciju koriste se za povratnu informaciju o radnom statusu motora,uključujući radnu frekvenciju, brzinu, status kvara itd.
Za kontrolu podešavanja brzine, neki frekventni pretvarači koriste potenciometre, neki direktno dugmad, a svi se kontrolišu putem fizičkog ožičenja. Drugi način je korištenje komunikacijske mreže. Mnogi frekventni pretvarači sada podržavaju komunikacijsku kontrolu. Komunikacijska linija se može koristiti za kontrolu pokretanja i zaustavljanja, rotacije naprijed i nazad, podešavanja brzine itd. motora. Istovremeno, povratne informacije se također prenose putem komunikacije.
4. Šta se dešava sa izlaznim obrtnim momentom motora kada se promijeni njegova brzina rotacije (frekvencija)?
Početni obrtni moment i maksimalni obrtni moment kada se pokreće frekventnim pretvaračem su manji nego kada se pokreće direktno napajanjem.
Motor ima veliki utjecaj pri pokretanju i ubrzanju kada se napaja iz izvora napajanja, ali ti utjecaji su slabiji kada se napaja iz frekventnog pretvarača. Direktno pokretanje s izvora napajanja generirat će veliku početnu struju. Kada se koristi frekventni pretvarač, izlazni napon i frekvencija frekventnog pretvarača postepeno se dodaju motoru, tako da su početna struja motora i utjecaj manji. Obično se obrtni moment koji generira motor smanjuje kako se frekvencija smanjuje (brzina smanjuje). Stvarni podaci o smanjenju bit će objašnjeni u nekim priručnicima za frekventne pretvarače.
Uobičajeni motor je dizajniran i proizveden za napon od 50 Hz, a njegov nazivni obrtni moment je također dat unutar ovog raspona napona. Stoga se regulacija brzine ispod nazivne frekvencije naziva regulacija brzine konstantnim obrtnim momentom. (T=Te, P<=Pe)
Kada je izlazna frekvencija frekventnog pretvarača veća od 50Hz, obrtni moment koji generiše motor smanjuje se linearno obrnuto proporcionalno frekvenciji.
Kada motor radi na frekvenciji većoj od 50Hz, mora se uzeti u obzir veličina opterećenja motora kako bi se spriječio nedovoljan izlazni moment motora.
Na primjer, obrtni moment koji generira motor na 100Hz smanjuje se na otprilike 1/2 obrtnog momenta generiranog na 50Hz.
Stoga se regulacija brzine iznad nazivne frekvencije naziva regulacija brzine konstantne snage. (P=Ue*Ie).
5. Primjena frekventnog pretvarača iznad 50Hz
Za određeni motor, njegov nazivni napon i nazivna struja su konstantni.
Na primjer, ako su nazivne vrijednosti i pretvarača i motora: 15kW/380V/30A, motor može raditi iznad 50Hz.
Kada je brzina 50Hz, izlazni napon invertora je 380V, a struja 30A. U ovom trenutku, ako se izlazna frekvencija poveća na 60Hz, maksimalni izlazni napon i struja invertora mogu biti samo 380V/30A. Očigledno je da izlazna snaga ostaje nepromijenjena, pa to nazivamo regulacijom brzine konstantne snage.
Kakav je obrtni moment u ovom trenutku?
Budući da je P=wT(w; ugaona brzina, T: obrtni moment), s obzirom da P ostaje nepromijenjen, a w se povećava, obrtni moment će se shodno tome smanjiti.
Možemo to posmatrati i iz drugog ugla:
Napon statora motora je U=E+I*R (I je struja, R je elektronski otpor, a E je indukovani 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 fluks), tako da kada se f promijeni od 50 do 60 Hz, X će se shodno tome smanjiti.
Za motor, T=K*I*X (K: konstanta; I: struja; X: magnetski fluks), tako da će se obrtni moment T smanjivati kako se smanjuje magnetski fluks X.
Istovremeno, kada je manje od 50Hz, budući da je I*R vrlo malo, kada se U/f=E/f ne mijenja, magnetski fluks (X) je konstantan. Obrtni moment T je proporcionalan struji. Zbog toga se kapacitet prekomjerne struje invertora obično koristi za opis njegovog kapaciteta preopterećenja (obrtnog momenta), a to se naziva regulacija brzine konstantnim obrtnim momentom (nazivna struja ostaje nepromijenjena -> maksimalni obrtni moment ostaje nepromijenjen).
Zaključak: Kada se izlazna frekvencija invertora poveća iznad 50Hz, izlazni moment motora će se smanjiti.
6. Ostali faktori povezani s izlaznim obrtnim momentom
Kapacitet generiranja topline i kapaciteta odvođenja topline određuju izlaznu struju invertora, što utiče na izlazni moment invertora.
1. Noseća frekvencija: Nazivna struja označena na inverteru je uglavnom vrijednost koja može osigurati kontinuirani izlaz na najvišoj nosećoj frekvenciji i najvišoj temperaturi okoline. Smanjenje noseće frekvencije neće utjecati na struju motora. Međutim, smanjit će se stvaranje topline komponenti.
2. Temperatura okoline: Baš kao i vrijednost struje zaštite invertora neće se povećati kada se detektuje relativno niska temperatura okoline.
3. Nadmorska visina: Povećanje nadmorske visine utiče na odvođenje toplote i performanse izolacije. Generalno, može se zanemariti ispod 1000 m, a kapacitet se može smanjiti za 5% na svakih 1000 metara iznad.
7. Koja je odgovarajuća frekvencija za frekventni pretvarač za upravljanje motorom?
U gornjem sažetku smo naučili zašto se inverter koristi za upravljanje motorom, a također smo razumjeli i kako inverter upravlja motorom. Inverter upravlja motorom, što se može sažeti na sljedeći način:
Prvo, inverter kontroliše početni napon i frekvenciju motora kako bi se postigao gladak start i glatko zaustavljanje;
Drugo, inverter se koristi za podešavanje brzine motora, a brzina motora se podešava promjenom frekvencije.
Anhui Mingtengov motor sa permanentnim magnetomProizvodi se kontrolišu inverterom. Unutar raspona opterećenja od 25%-120%, imaju veću efikasnost i širi radni raspon od asinhronih motora istih specifikacija, te imaju značajne efekte uštede energije.
Naši profesionalni tehničari će odabrati prikladniji inverter u skladu sa specifičnim radnim uslovima 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 grešaka na inverteru, te realizovati sveobuhvatno praćenje i servis prije i poslije prodaje.
Autorska prava: Ovaj članak je reprint javnog WeChat broja „Tehnička obuka“, originalni link https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše kompanije. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, molimo vas da nas ispravite!
Vrijeme objave: 09.09.2024.