Фреквентниот конвертор е технологија што треба да се совлада при изведување електрични работи. Користењето на фреквентен конвертор за контрола на моторот е вообичаен метод во електричната контрола; некои бараат и вештина во нивната употреба.
1. Прво на сите, зошто да се користи фреквентен конвертор за контрола на мотор?
Моторот е индуктивно оптоварување, кое ја попречува промената на струјата и ќе произведе голема промена на струјата при стартување.
Инверторот е уред за контрола на електрична енергија кој ја користи функцијата за вклучување-исклучување на полупроводничките уреди за напојување за да го конвертира индустрискиот фреквентен извор на енергија во друга фреквенција. Главно е составен од две кола, едното е главно коло (исправувачки модул, електролитски кондензатор и инвертерски модул), а другото е контролно коло (прекинувачка плоча за напојување, контролна плоча).
За да се намали струјата на стартување на моторот, особено кај моторот со поголема моќност, колку е поголема моќноста, толку е поголема струјата на стартување. Прекумерната струја на стартување ќе донесе поголемо оптоварување на мрежата за напојување и дистрибуција. Фреквентниот конвертор може да го реши овој проблем со стартување и да му овозможи на моторот непречено стартување без да предизвика прекумерна струја на стартување.
Друга функција на користењето на фреквентен конвертор е прилагодување на брзината на моторот. Во многу случаи, потребно е да се контролира брзината на моторот за да се постигне подобра производствена ефикасност, а регулирањето на брзината на фреквентниот конвертор отсекогаш било негов најголем акцент. Фреквентниот конвертор ја контролира брзината на моторот со менување на фреквенцијата на напојувањето.
2. Кои се методите за контрола на инверторот?
Петте најчесто користени методи за контрола на мотори со инвертер се следниве:
A. Метод на контрола со синусоидна модулација на ширината на пулсот (SPWM)
Неговите карактеристики се едноставна структура на контролното коло, ниска цена, добра механичка цврстина и може да ги задоволи барањата за непречено регулирање на брзината на општите менувачи. Широко се користи во различни области на индустријата.
Сепак, на ниски фреквенции, поради нискиот излезен напон, вртежниот момент е значително засегнат од падот на напонот на отпорот на статорот, што го намалува максималниот излезен вртежен момент.
Покрај тоа, неговите механички карактеристики не се толку силни како оние на еднонасочните мотори, а нивниот динамички капацитет на вртежен момент и перформансите на статичка регулација на брзината не се задоволителни. Покрај тоа, перформансите на системот не се високи, контролната крива се менува со оптоварувањето, одговорот на вртежниот момент е бавен, стапката на искористување на вртежниот момент на моторот не е висока, а перформансите се намалуваат при мала брзина поради постоењето на отпор на статорот и ефектот на мртва зона на инверторот, а стабилноста се влошува. Затоа, луѓето ја проучувале регулацијата на брзината со променлива фреквенција на векторска контрола.
Б. Метод на контрола на векторски простор на напон (SVPWM)
Се базира на целокупниот ефект на генерирање на трифазниот бранов облик, со цел да се приближи до идеалната траекторија на кружното ротирачко магнетно поле на воздушниот јаз на моторот, генерирајќи трифазен модулациски бранов облик истовремено и контролирајќи го на начин на впишан полигон што го приближува кругот.
По практичната употреба, тој е подобрен, односно воведен е компензација на фреквенцијата за да се елиминира грешката во контролата на брзината; проценка на амплитудата на флуксот преку повратна информација за да се елиминира влијанието на отпорот на статорот при мала брзина; затворање на излезниот напон и струјната јамка за да се подобри динамичката точност и стабилност. Сепак, постојат многу врски на контролното коло и не е воведено прилагодување на вртежниот момент, така што перформансите на системот не се фундаментално подобрени.
C. Метод на векторска контрола (VC)
Суштината е да се направи AC моторот еквивалентен на DC моторот и независно да се контролира брзината и магнетното поле. Со контролирање на флуксот на роторот, струјата на статорот се разложува за да се добијат компонентите на вртежниот момент и магнетното поле, а координатната трансформација се користи за да се постигне ортогонална или одвоена контрола. Воведувањето на методот на векторска контрола е од епохално значење. Меѓутоа, во практичните апликации, бидејќи флуксот на роторот е тешко прецизно да се набљудува, карактеристиките на системот се во голема мера под влијание на параметрите на моторот, а векторската трансформација на ротација што се користи во еквивалентниот процес на контрола на DC моторот е релативно сложена, што го отежнува постигнувањето на идеалниот резултат од анализата со вистинскиот ефект на контрола.
D. Метод на директна контрола на вртежниот момент (DTC)
Во 1985 година, професорот ДеПенброк од Универзитетот Рур во Германија прв предложи технологија за директна контрола на вртежниот момент и конверзија на фреквенцијата. Оваа технологија во голема мера ги реши недостатоците на горенаведената векторска контрола и брзо се разви со нови идеи за контрола, концизна и јасна структура на системот и одлични динамички и статички перформанси.
Во моментов, оваа технологија е успешно применета кај електрични локомотиви со AC пренос со голема моќност. Директната контрола на вртежниот момент директно го анализира математичкиот модел на AC моторите во статорски координатен систем и го контролира магнетниот флукс и вртежниот момент на моторот. Не треба да ги изедначува AC моторите со DC моторите, со што се елиминираат многу сложени пресметки во векторската трансформација на ротација; не треба да ја имитира контролата на DC моторите, ниту пак треба да го поедноставува математичкиот модел на AC моторите за раздвојување.
E. Матричен метод на контрола AC-AC
VVVF конверзија на фреквенција, конверзија на фреквенција со векторска контрола и конверзија на фреквенција со директна контрола на вртежниот момент се видови на AC-DC-AC конверзија на фреквенција. Нивните вообичаени недостатоци се нискиот влезен фактор на моќност, голема хармонична струја, голем кондензатор за складирање на енергија потребен за еднонасочно коло и неможноста за враќање на регенеративната енергија во електричната мрежа, односно неможноста за работа во четири квадранти.
Поради оваа причина, се појави матричната AC-AC конверзија на фреквенција. Бидејќи матричната AC-AC конверзија на фреквенција ја елиминира средната DC врска, го елиминира и големиот и скап електролитски кондензатор. Може да постигне фактор на моќност од 1, синусоидална влезна струја и може да работи во четири квадранти, а системот има висока густина на моќност. Иако оваа технологија сè уште не е зрела, таа сè уште привлекува многу научници да спроведат длабински истражувања. Нејзината суштина не е индиректно да ја контролира струјата, магнетниот флукс и другите величини, туку директно да го користи вртежниот момент како контролирана величина за да се постигне тоа.
3. Како фреквентниот конвертор контролира мотор? Како се поврзани двата?
Поврзувањето на инверторот за контрола на моторот е релативно едноставно, слично на поврзувањето на контакторот, со три главни водови за напојување што влегуваат, а потоа излегуваат до моторот, но поставките се посложени, а начините за контрола на инверторот се исто така различни.
Прво на сите, за терминалот на инверторот, иако постојат многу марки и различни методи на поврзување, терминалите за поврзување на повеќето инвертори не се многу различни. Генерално се поделени на влезови на прекинувачот за напред и назад, кои се користат за контрола на напред и назад стартувањето на моторот. Терминалите за повратна информација се користат за повратна информација за работната состојба на моторот,вклучувајќи работна фреквенција, брзина, статус на дефект итн.
За контрола на поставувањето на брзината, некои фреквентни конвертори користат потенциометри, некои користат директно копчиња, од кои сите се контролираат преку физичко поврзување. Друг начин е да се користи комуникациска мрежа. Многу фреквентни конвертори сега поддржуваат комуникациска контрола. Комуникациската линија може да се користи за контрола на стартувањето и запирањето, ротацијата напред и назад, прилагодувањето на брзината итн. на моторот. Во исто време, повратните информации се пренесуваат и преку комуникација.
4. Што се случува со излезниот вртежен момент на моторот кога се менува неговата брзина на вртење (фреквенција)?
Почетниот и максималниот вртежен момент кога се управувани од фреквентен конвертор се помали отколку кога се управувани директно од напојување.
Моторот има големо влијание врз стартувањето и забрзувањето кога се напојува со напојување, но овие влијанија се послаби кога се напојува со фреквентен конвертор. Директното стартување со напојување ќе генерира голема струја на стартување. Кога се користи фреквентен конвертор, излезниот напон и фреквенцијата на фреквентниот конвертор постепено се додаваат на моторот, така што струјата на стартување на моторот и ударот се помали. Вообичаено, вртежниот момент генериран од моторот се намалува со намалувањето на фреквенцијата (брзината се намалува). Вистинските податоци за намалувањето ќе бидат објаснети во некои прирачници за фреквентни конвертори.
Вообичаениот мотор е дизајниран и произведен за напон од 50Hz, а неговиот номинален вртежен момент е исто така даден во рамките на овој опсег на напон. Затоа, регулирањето на брзината под номиналната фреквенција се нарекува регулирање на брзината со константен вртежен момент. (T=Te, P<=Pe)
Кога излезната фреквенција на фреквентниот конвертор е поголема од 50Hz, вртежниот момент генериран од моторот се намалува во линеарна врска обратно пропорционална на фреквенцијата.
Кога моторот работи на фреквенција поголема од 50Hz, големината на оптоварувањето на моторот мора да се земе предвид за да се спречи недоволен излезен вртежен момент на моторот.
На пример, вртежниот момент генериран од моторот на 100Hz е намален на околу 1/2 од вртежниот момент генериран на 50Hz.
Затоа, регулацијата на брзината над номиналната фреквенција се нарекува регулација на брзината на константна моќност. (P=Ue*Ie).
5. Примена на фреквентен конвертор над 50Hz
За одреден мотор, неговиот номинален напон и номиналната струја се константни.
На пример, ако номиналните вредности на инверторот и моторот се: 15kW/380V/30A, моторот може да работи над 50Hz.
Кога брзината е 50Hz, излезниот напон на инверторот е 380V, а струјата е 30A. Во овој момент, ако излезната фреквенција се зголеми на 60Hz, максималниот излезен напон и струја на инверторот можат да бидат само 380V/30A. Очигледно, излезната моќност останува непроменета, па затоа го нарекуваме константно регулирање на брзината на моќноста.
Каков е вртежниот момент во овој момент?
Бидејќи P=wT(w; аголна брзина, T: вртежен момент), бидејќи P останува непроменет, а w се зголемува, вртежниот момент соодветно ќе се намали.
Можеме да го погледнеме и од друг агол:
Статорскиот напон на моторот е U=E+I*R (I е струја, R е електронски отпор, а E е индуциран потенцијал).
Може да се види дека кога U и I не се менуваат, ниту E не се менува.
И E=k*f*X (k: константа; f: фреквенција; X: магнетен флукс), па кога f се менува од 50–>60Hz, X ќе се намали соодветно.
За моторот, T=K*I*X (K: константа; I: струја; X: магнетен флукс), па вртежниот момент T ќе се намалува како што се намалува магнетниот флукс X.
Во исто време, кога е помала од 50Hz, бидејќи I*R е многу мала, кога U/f=E/f не се менува, магнетниот флукс (X) е константна вредност. Вртежниот момент T е пропорционален на струјата. Затоа капацитетот на прекумерна струја на инверторот обично се користи за да се опише неговиот капацитет на преоптоварување (вртежен момент) и се нарекува регулација на брзината на константен вртежен момент (номиналната струја останува непроменета -> максималниот вртежен момент останува непроменет)
Заклучок: Кога излезната фреквенција на инверторот се зголемува над 50Hz, излезниот вртежен момент на моторот ќе се намали.
6. Други фактори поврзани со излезниот вртежен момент
Капацитетот на генерирање и дисипација на топлина го одредува капацитетот на излезната струја на инверторот, со што влијае на капацитетот на излезниот вртежен момент на инверторот.
1. Носечка фреквенција: Номиналната струја означена на инверторот е генерално вредност што може да обезбеди континуиран излез при највисока носечка фреквенција и највисока амбиентална температура. Намалувањето на носечката фреквенција нема да влијае на струјата на моторот. Сепак, генерирањето топлина од компонентите ќе се намали.
2. Температура на околината: Исто како што струјата на заштитата на инверторот нема да се зголеми кога температурата на околината е релативно ниска.
3. Надморска височина: Зголемувањето на надморската височина има влијание врз дисипацијата на топлината и изолациските перформанси. Општо земено, може да се игнорира под 1000 метри, а капацитетот може да се намали за 5% за секои 1000 метри над.
7. Која е соодветната фреквенција за фреквентен конвертор за контрола на мотор?
Во горенаведениот резиме, научивме зошто инверторот се користи за контрола на моторот, а исто така разбравме и како инверторот го контролира моторот. Инверторот го контролира моторот, што може да се сумира на следниов начин:
Прво, инверторот го контролира почетниот напон и фреквенцијата на моторот за да се постигне непречено стартување и непречено запирање;
Второ, инверторот се користи за прилагодување на брзината на моторот, а брзината на моторот се прилагодува со промена на фреквенцијата.
Мотор со перманентен магнет од Анхуи МингтенгПроизводите се контролирани од инвертер. Во опсегот на оптоварување од 25%-120%, тие имаат поголема ефикасност и поширок работен опсег од асинхроните мотори со исти спецификации и имаат значителни ефекти на заштеда на енергија.
Нашите професионални техничари ќе изберат посоодветен инвертер според специфичните работни услови и реалните потреби на клиентите за да постигнат подобра контрола на моторот и да ги максимизираат перформансите на моторот. Покрај тоа, нашиот оддел за технички услуги може далечински да ги води клиентите при инсталирање и дебагирање на инверторот, како и да реализира целокупно следење и сервисирање пред и по продажбата.
Авторски права: Оваа статија е препечатување на јавниот број на WeChat „Техничка обука“, оригиналната врска https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Оваа статија не ги претставува ставовите на нашата компанија. Доколку имате различни мислења или ставови, ве молиме исправете нè!
Време на објавување: 09.09.2024