Frekventni pretvarač je tehnologija koju treba savladati prilikom izvođenja elektro radova. Upotreba frekventnog pretvarača za upravljanje motorom je uobičajena metoda u električnoj kontroli; neke takođe zahtevaju stručnost u njihovoj upotrebi.
1. Prije svega, zašto koristiti frekventni pretvarač za upravljanje motorom?
Motor je induktivno opterećenje, koje ometa promjenu struje i proizvodi 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 kola, jedno je glavno kolo (modul ispravljača, elektrolitički kondenzator i modul invertera), a drugo je upravljačko kolo (ploča za napajanje, upravljačka ploča).
Kako bi se smanjila startna struja motora, posebno motora veće snage, što je veća snaga, to je veća startna struja. Prekomjerna startna struja donijet će veće opterećenje za mrežu napajanja i distribucije. Frekvencijski pretvarač može riješiti ovaj problem pokretanja i omogućiti da se motor nesmetano pokrene bez izazivanja prevelike startne struje.
Druga funkcija korištenja frekventnog pretvarača je podešavanje brzine motora. U mnogim slučajevima potrebno je kontrolisati brzinu motora kako bi se postigla bolja proizvodna efikasnost, a regulacija brzine frekventnog pretvarača uvijek je bila njegov najveći vrhunac. Pretvarač frekvencije kontrolira brzinu motora mijenjajući frekvenciju napajanja.
2.Koje su metode upravljanja inverterom?
Pet najčešće korišćenih metoda upravljanja inverterskim motorima su kako slijedi:
A. Metoda upravljanja sinusoidnom modulacijom širine impulsa (SPWM).
Njegove karakteristike su jednostavna struktura upravljačkog kruga, niska cijena, dobra mehanička tvrdoća i mogu zadovoljiti zahtjeve glatke regulacije brzine općeg prijenosa. Široko se koristi u raznim oblastima industrije.
Međutim, na niskim frekvencijama, zbog niskog izlaznog napona, na moment značajno utiče pad napona otpora 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, kontrolna kriva 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 mrtvog pretvarača. zonski efekat, a stabilnost se pogoršava. Stoga su ljudi proučavali regulaciju brzine vektorske kontrole promjenjive frekvencije.
B. Metoda upravljanja vektorom prostora napona (SVPWM).
Zasnovan je na ukupnom efektu generiranja trofaznog valnog oblika, sa svrhom približavanja idealnoj kružnoj trajektoriji rotacionog magnetnog polja zračnog jaza motora, generiranjem trofaznog modulacijskog valnog oblika u isto vrijeme i njegovom kontrolom na način upisanog poligona koji aproksimira krug.
Nakon praktične upotrebe, poboljšan je, odnosno uvođenje frekventne kompenzacije kako bi se eliminisala greška u kontroli brzine; procjenu amplitude fluksa putem povratne sprege kako bi se eliminirao utjecaj otpora statora pri maloj brzini; zatvaranje izlaznog napona i strujne petlje radi poboljšanja dinamičke tačnosti i stabilnosti. Međutim, postoji mnogo veza upravljačkog kruga, a podešavanje obrtnog momenta nije uvedeno, tako da performanse sistema nisu fundamentalno poboljšane.
C. Metoda vektorske kontrole (VC).
Suština je da motor na naizmjeničnu struju bude ekvivalentan DC motoru, te da neovisno kontrolira brzinu i magnetsko polje. Kontrolom fluksa rotora, struja statora se razlaže kako bi se dobile komponente momenta i magnetskog polja, a transformacija koordinata se koristi za postizanje ortogonalne ili odvojene kontrole. Uvođenje metode vektorske kontrole je od epohalnog značaja. Međutim, u praktičnim aplikacijama, budući da je fluks rotora teško precizno uočiti, na karakteristike sistema uvelike utiču parametri motora, a transformacija vektorske rotacije koja se koristi u ekvivalentnom procesu upravljanja istosmjernim motorom je relativno složena, što otežava stvarnu kontrolni efekat za postizanje idealnog rezultata analize.
D. Metoda direktne kontrole obrtnog momenta (DTC).
Godine 1985., profesor DePenbrock sa Univerziteta Ruhr u Njemačkoj prvi je predložio tehnologiju pretvaranja frekvencije za direktnu kontrolu obrtnog momenta. Ova tehnologija je u velikoj mjeri riješila nedostatke gore pomenute vektorske kontrole, te je brzo razvijena 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 velike snage na izmjeničnu struju. Direktna kontrola momenta direktno analizira matematički model AC motora u koordinatnom sistemu statora i kontroliše magnetni tok i moment motora. Ne treba izjednačavati AC motore sa DC motorima, čime se eliminišu mnogi složeni proračuni u transformaciji vektorske rotacije; ne treba da imitira upravljanje DC motora, niti treba da pojednostavi matematički model AC motora za razdvajanje.
E. Matrična AC-AC metoda upravljanja
VVVF konverzija frekvencije, konverzija frekvencije vektorske kontrole i konverzija frekvencije direktne kontrole obrtnog momenta su sve vrste AC-DC-AC konverzije frekvencije. Njihovi uobičajeni nedostaci su nizak ulazni faktor snage, velika harmonička struja, veliki kondenzator za pohranu energije potreban za jednosmjerno kolo, a regenerativna energija se ne može vratiti u električnu mrežu, odnosno ne može raditi u četiri kvadranta.
Iz tog razloga je nastala matrična AC-AC konverzija frekvencije. S obzirom da matrična AC-AC konverzija frekvencije eliminiše srednji DC link, eliminiše veliki i skupi elektrolitski kondenzator. Može postići faktor snage 1, sinusoidnu ulaznu struju i može raditi u četiri kvadranta, a sistem ima veliku gustinu snage. Iako ova tehnologija još nije zrela, još uvijek privlači mnoge znanstvenike da sprovode dubinsko istraživanje. Njegova suština nije da indirektno kontroliše struju, magnetni fluks i druge veličine, već da direktno koristi obrtni moment kao kontrolisanu veličinu za postizanje istog.
3. Kako frekventni pretvarač kontroliše motor? Kako su to dvoje povezani zajedno?
Ožičenje pretvarača za upravljanje motorom je relativno jednostavno, slično ožičenju kontaktora, sa tri glavna strujna voda koja ulaze, a zatim izlaze iz motora, ali su podešavanja složenija, a načini upravljanja pretvaračem su također drugačije.
Prije svega, za terminal invertera, iako postoji mnogo marki i različitih metoda ožičenja, terminali za ožičenje većine invertera se ne razlikuju mnogo. Općenito se dijeli na ulaze prekidača naprijed i nazad, koji se koriste za kontrolu pokretanja motora naprijed i nazad. Terminali za povratnu informaciju se koriste za povratnu informaciju o radnom statusu motora,uključujući radnu frekvenciju, brzinu, status greške, itd.
Za kontrolu podešavanja brzine, neki frekventni pretvarači koriste potenciometre, neki koriste direktno dugmad, a svi se kontrolišu putem fizičkog ožičenja. Drugi način je korištenje komunikacione mreže. Mnogi frekventni pretvarači sada podržavaju kontrolu komunikacije. Komunikacijski vod se može koristiti za kontrolu pokretanja i zaustavljanja, rotacije naprijed i nazad, podešavanje brzine itd. motora. U isto vrijeme, povratne informacije se također prenose komunikacijom.
4.Šta se događa sa izlaznim momentom motora kada se njegova brzina (frekvencija) rotacije promijeni?
Početni i maksimalni obrtni moment kada se pokreće frekventnim pretvaračem su manji nego kada se pokreće direktno putem napajanja.
Motor ima veliki utjecaj pri pokretanju i ubrzanju kada se napaja putem napajanja, ali su ti udari slabiji kada se napaja frekventnim pretvaračem. Direktno pokretanje s napajanjem će generirati veliku startnu struju. Kada se koristi frekventni pretvarač, izlazni napon i frekvencija pretvarača frekvencije se postepeno dodaju motoru, tako da su početna struja motora i udar manji. Obično se obrtni moment koji stvara motor smanjuje kako se frekvencija smanjuje (brzina se smanjuje). Stvarni podaci smanjenja će biti objašnjeni u nekim priručnicima za frekventni pretvarač.
Uobičajeni motor je dizajniran i proizveden za napon od 50Hz, a njegov nazivni moment je također dat unutar ovog raspona napona. Stoga se regulacija brzine ispod nazivne frekvencije naziva regulacija brzine konstantnog momenta. (T=Te, P<=Pe)
Kada je izlazna frekvencija frekventnog pretvarača veća od 50Hz, obrtni moment koji generiše motor opada u linearnom odnosu obrnuto proporcionalno frekvenciji.
Kada motor radi na frekvenciji većoj od 50Hz, veličina opterećenja motora mora se uzeti u obzir kako bi se spriječio nedovoljan izlazni moment motora.
Na primjer, obrtni moment koji generira motor na 100 Hz smanjuje se na oko 1/2 momenta generiranog na 50 Hz.
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 pretvarača i motora: 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. Očigledno, izlazna snaga ostaje nepromijenjena, pa to nazivamo konstantnom regulacijom brzine snage.
Kakav je obrtni moment u ovom trenutku?
Budući da P=wT(w; ugaona brzina, T: obrtni moment), pošto P ostaje nepromenjen, a w raste, obrtni moment će se u skladu s tim smanjiti.
Na to možemo gledati i iz drugog ugla:
Napon statora motora je U=E+I*R (I je struja, R je elektronski 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: magnetni fluks), tako da 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: magnetni fluks), tako da će se obrtni moment T smanjiti kako se magnetni fluks X smanjuje.
Istovremeno, kada je manji od 50Hz, pošto je I*R veoma mali, kada se U/f=E/f ne menja, magnetni fluks (X) je konstanta. Moment T je proporcionalan 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 iznad 50Hz, izlazni moment motora će se smanjiti.
6.Drugi faktori koji se odnose na izlazni moment
Proizvodnja topline i kapacitet odvođenja topline određuju kapacitet izlazne struje pretvarača, čime utječu na kapacitet izlaznog momenta pretvarača.
1. Noseća frekvencija: Nazivna struja označena na pretvaraču je općenito vrijednost koja može osigurati kontinuirani izlaz na najvišoj nosećoj frekvenciji i najvišoj temperaturi okoline. Smanjenje noseće frekvencije neće uticati na struju motora. Međutim, stvaranje topline komponenti će biti smanjeno.
2. Temperatura okoline: Baš kao što se vrijednost struje zaštite pretvarača neće povećati kada se otkrije da je temperatura okoline relativno niska.
3. Nadmorska visina: Povećanje nadmorske visine ima uticaj na rasipanje toplote i performanse izolacije. Generalno, može se zanemariti ispod 1000m, 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 pretvarač 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 glatko pokretanje i glatko zaustavljanje;
Drugo, pretvarač se koristi za podešavanje brzine motora, a brzina motora se podešava promjenom frekvencije.
Motor sa trajnim magnetom Anhui Mingtengaproizvodi se kontroliraju preko pretvarača. U opsegu opterećenja od 25%-120% imaju veću efikasnost i širi radni opseg od asinhronih motora istih specifikacija i imaju značajne efekte uštede energije.
Naši profesionalni tehničari će odabrati prikladniji pretvarač u skladu sa specifičnim uslovima rada i stvarnim potrebama kupaca kako bi se postigla bolja kontrola motora i maksimizirale performanse motora. Osim toga, naš odjel tehničke službe može daljinski voditi kupce da instaliraju i otklone greške na pretvaraču, te realizuju sveobuhvatno praćenje i servis prije i nakon prodaje.
Autorska prava: Ovaj članak je reprint WeChat javnog 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, ispravite nas!
Vrijeme objave: Sep-09-2024