A frekvenciaváltó egy olyan technológia, amelyet elsajátítani kell elektromos munkák végzésekor. A frekvenciaváltó használata motorvezérlésre egy gyakori módszer az elektromos vezérlésben; egyesek használatához jártasságra is szükség van.
1. Először is, miért használunk frekvenciaváltót egy motor vezérléséhez?
A motor induktív terhelés, ami akadályozza az áramváltozást, és indításkor nagy áramváltozást okoz.
Az inverter egy olyan villamosenergia-szabályozó eszköz, amely a félvezető eszközök be-ki funkcióját használja az ipari frekvencia tápegységének egy másik frekvenciára való átalakítására. Főleg két áramkörből áll: az egyik a fő áramkör (egyenirányító modul, elektrolitkondenzátor és inverter modul), a másik pedig a vezérlő áramkör (kapcsolóüzemű tápegység panel, vezérlő áramköri panel).
A motor indítási áramának csökkentése érdekében, különösen a nagyobb teljesítményű motoroknál, minél nagyobb a teljesítmény, annál nagyobb az indítási áram. A túlzott indítási áram nagyobb terhet ró az energiaellátó és elosztó hálózatra. A frekvenciaváltó megoldhatja ezt az indítási problémát, és lehetővé teszi a motor simán történő indítását anélkül, hogy túlzott indítási áramot okozna.
A frekvenciaváltó használatának egy másik funkciója a motor fordulatszámának beállítása. Sok esetben a motor fordulatszámának szabályozása szükséges a jobb termelési hatékonyság elérése érdekében, és a frekvenciaváltó fordulatszám-szabályozása mindig is a legfontosabb szempont volt. A frekvenciaváltó a tápegység frekvenciájának változtatásával szabályozza a motor fordulatszámát.
2. Milyen inverter vezérlési módszerek léteznek?
Az inverteres motorok öt leggyakrabban használt módszere a következő:
A. Szinuszos impulzusszélesség-moduláció (SPWM) szabályozási módszer
Jellemzői az egyszerű vezérlőáramkör-felépítés, az alacsony költség, a jó mechanikai keménység, és megfelel az általános erőátviteli rendszerek sima sebességszabályozási követelményeinek. Széles körben alkalmazzák az ipar különböző területein.
Alacsony frekvenciákon azonban az alacsony kimeneti feszültség miatt a nyomatékot jelentősen befolyásolja az állórész-ellenállás feszültségesése, ami csökkenti a maximális kimeneti nyomatékot.
Ezenkívül mechanikai jellemzői nem olyan erősek, mint az egyenáramú motoroké, dinamikus nyomatékkapacitása és statikus fordulatszám-szabályozási teljesítménye sem kielégítő. Ezenkívül a rendszer teljesítménye nem magas, a szabályozási görbe a terheléssel változik, a nyomatékválasz lassú, a motor nyomatékkihasználási aránya nem magas, és alacsony fordulatszámon a teljesítmény csökken az állórész-ellenállás és az inverter holtzóna-hatása miatt, valamint a stabilitás romlik. Ezért tanulmányozták a vektorvezérlésű változó frekvenciájú fordulatszám-szabályozást.
B. Feszültségtér-vektor (SVPWM) szabályozási módszer
A háromfázisú hullámforma teljes generáló hatásán alapul, azzal a céllal, hogy megközelítse a motor légrésének ideális kör alakú forgó mágneses mező pályáját, egyszerre háromfázisú modulációs hullámformát generáljon, és azt a körhöz közelítő beírt sokszög útján vezérelje.
A gyakorlati alkalmazást követően fejlesztéseken esett át, azaz bevezették a frekvenciakompenzációt a sebességszabályozás hibájának kiküszöbölésére; visszacsatoláson keresztül becsülték a fluxus amplitúdóját az állórész-ellenállás hatásának kiküszöbölésére alacsony sebességnél; zárták a kimeneti feszültség- és áramhurkot a dinamikus pontosság és stabilitás javítása érdekében. Azonban számos vezérlőáramköri kapcsolat van, és nincs nyomatékbeállítás, így a rendszer teljesítménye nem javult alapvetően.
C. Vektorvezérléses (VC) módszer
A lényeg az, hogy a váltakozó áramú motort egyenértékűvé tegyék egyenáramú motorral, és függetlenül szabályozzák a sebességet és a mágneses mezőt. A rotorfluxus szabályozásával az állórészáramot lebontják, hogy megkapják a nyomaték- és mágneses mező komponenseket, és a koordinátatranszformációt ortogonális vagy leválasztott szabályozás elérésére használják. A vektorvezérlési módszer bevezetése korszakalkotó jelentőségű. A gyakorlati alkalmazásokban azonban, mivel a rotorfluxust nehéz pontosan megfigyelni, a rendszer jellemzőit nagymértékben befolyásolják a motorparaméterek, és az egyenértékű egyenáramú motorvezérlési folyamatban használt vektorforgatási transzformáció viszonylag összetett, ami megnehezíti a tényleges szabályozási hatás számára az ideális elemzési eredmény elérését.
D. Közvetlen nyomatékszabályozási (DTC) módszer
1985-ben DePenbrock professzor, a Ruhr Egyetem munkatársa Németországban javasolta először a közvetlen nyomatékszabályozású frekvenciaátalakítási technológiát. Ez a technológia nagyrészt megoldotta a fent említett vektorszabályozás hiányosságait, és gyorsan fejlődött új szabályozási ötletekkel, tömör és világos rendszerstruktúrával, valamint kiváló dinamikus és statikus teljesítménnyel.
Jelenleg ezt a technológiát sikeresen alkalmazzák nagy teljesítményű váltakozó áramú hajtásláncok vontatására elektromos mozdonyokon. A közvetlen nyomatékszabályozás közvetlenül elemzi a váltakozó áramú motorok matematikai modelljét az állórész koordinátarendszerében, és szabályozza a motor mágneses fluxusát és nyomatékát. Nem kell a váltakozó áramú motorokat egyenértékűvé tenni az egyenáramú motorokkal, így számos összetett számítást kiküszöböl a vektorforgatás transzformációjában; nem kell utánoznia az egyenáramú motorok vezérlését, és nem kell egyszerűsítenie a váltakozó áramú motorok matematikai modelljét a leválasztáshoz.
E. Mátrix AC-AC vezérlési módszer
A VVVF frekvenciaátalakítás, a vektorvezérlésű frekvenciaátalakítás és a közvetlen nyomatékvezérlésű frekvenciaátalakítás mind az AC-DC-AC frekvenciaátalakítás típusai. Közös hátrányaik az alacsony bemeneti teljesítménytényező, a nagy harmonikus áram, az egyenáramú áramkörhöz szükséges nagy energiatároló kondenzátor, valamint a regeneratív energia nem táplálható vissza a hálózatba, azaz nem működhet négy kvadránsban.
Emiatt jött létre a mátrixos AC-AC frekvenciaátalakítás. Mivel a mátrixos AC-AC frekvenciaátalakítás kiküszöböli a közbenső egyenáramú összekötőt, így a nagy és drága elektrolitkondenzátort is kiküszöböli. 1-es teljesítménytényezőt, szinuszos bemeneti áramot érhet el, négy kvadránsban működhet, és a rendszer nagy teljesítménysűrűséggel rendelkezik. Bár ez a technológia még nem kiforrott, még mindig sok tudóst vonz mélyreható kutatásra. Lényege nem az áram, a mágneses fluxus és más mennyiségek közvetett szabályozása, hanem a nyomaték közvetlen használata szabályozott mennyiségként ezek eléréséhez.
3. Hogyan vezérli a frekvenciaváltó a motort? Hogyan van a kettő összekötve?
A motort vezérlő inverter bekötése viszonylag egyszerű, hasonló a kontaktor bekötéséhez, három fő tápvezetékkel, amelyek belépnek a motorba, majd kimennek oda, de a beállítások bonyolultabbak, és az inverter vezérlésének módjai is eltérőek.
Először is, az inverter csatlakozóját illetően, bár sokféle márka és bekötési módszer létezik, a legtöbb inverter bekötési csatlakozói nem különböznek sokban. Általában előre és hátra kapcsoló bemenetekre vannak osztva, amelyek a motor előre és hátra indítási irányának vezérlésére szolgálnak. A visszajelző csatlakozók a motor üzemállapotának visszajelzésére szolgálnak.beleértve az üzemi frekvenciát, sebességet, hibaállapotot stb.
A sebességbeállítás szabályozásához egyes frekvenciaváltók potenciométereket, mások közvetlenül gombokat használnak, amelyek mindegyikét fizikai kábelezéssel vezérlik. Egy másik módszer a kommunikációs hálózat használata. Sok frekvenciaváltó ma már támogatja a kommunikációs vezérlést. A kommunikációs vonalon keresztül vezérelhető a motor indítása és leállítása, előre és hátra forgása, sebességszabályozása stb. Ugyanakkor a visszacsatolási információk is továbbítódnak a kommunikáción keresztül.
4. Mi történik a motor kimeneti nyomatékával, amikor a forgási sebessége (frekvenciája) megváltozik?
Frekvenciaváltóval történő hajtás esetén az indítónyomaték és a maximális nyomaték kisebb, mint közvetlenül tápegységről történő hajtás esetén.
Tápegységről történő hajtás esetén a motor indítási és gyorsulási hatása nagy, de frekvenciaváltóról történő hajtás esetén ezek a hatások gyengébbek. Tápegységről történő közvetlen indítás nagy indítóáramot generál. Frekvenciaváltó használata esetén a frekvenciaváltó kimeneti feszültsége és frekvenciája fokozatosan adódik hozzá a motorhoz, így a motor indítási árama és lökése kisebb. Általában a motor által generált nyomaték csökken a frekvencia (sebesség) csökkenésével. A csökkenés tényleges adatait egyes frekvenciaváltók kézikönyvei ismertetik.
A hagyományos motorokat 50 Hz-es feszültségre tervezik és gyártják, és névleges nyomatékukat is ezen a feszültségtartományon belül adják meg. Ezért a névleges frekvencia alatti fordulatszám-szabályozást állandó nyomatékú fordulatszám-szabályozásnak nevezik. (T=Te, P<=Pe)
Amikor a frekvenciaváltó kimeneti frekvenciája nagyobb, mint 50 Hz, a motor által generált nyomaték lineárisan, a frekvenciával fordítottan arányosan csökken.
Amikor a motor 50 Hz-nél nagyobb frekvencián működik, a motor terhelésének nagyságát figyelembe kell venni a nem elegendő motorkimeneti nyomaték elkerülése érdekében.
Például a motor által 100 Hz-en generált nyomaték az 50 Hz-en generált nyomaték körülbelül felére csökken.
Ezért a névleges frekvencia feletti fordulatszám-szabályozást állandó teljesítményű fordulatszám-szabályozásnak nevezzük. (P=Ue*Ie).
5. Frekvenciaváltó alkalmazása 50 Hz felett
Egy adott motor esetében a névleges feszültség és a névleges áram állandó.
Például, ha az inverter és a motor névleges értékei egyaránt: 15 kW/380 V/30 A, akkor a motor 50 Hz felett működhet.
Amikor a fordulatszám 50 Hz, az inverter kimeneti feszültsége 380 V, az áram pedig 30 A. Ekkor, ha a kimeneti frekvenciát 60 Hz-re növeljük, az inverter maximális kimeneti feszültsége és árama csak 380 V/30 A lehet. Nyilvánvaló, hogy a kimeneti teljesítmény változatlan marad, ezért állandó teljesítményű fordulatszám-szabályozásnak nevezzük.
Mekkora a nyomaték ilyenkor?
Mivel P=wT(w; szögsebesség, T: nyomaték), mivel P változatlan marad és w növekszik, a nyomaték ennek megfelelően csökken.
Más szemszögből is nézhetjük:
A motor állórészfeszültsége U=E+I*R (I az áram, R az elektronikus ellenállás, E pedig az indukált potenciál).
Látható, hogy amikor U és I nem változik, akkor E sem változik.
És E=k*f*X (k: állandó; f: frekvencia; X: mágneses fluxus), tehát amikor f 50–>60 Hz között változik, X ennek megfelelően csökken.
A motor esetében T=K*I*X (K: állandó; I: áram; X: mágneses fluxus), tehát a nyomaték T csökkenni fog az X mágneses fluxus csökkenésével.
Ugyanakkor, amikor kisebb, mint 50 Hz, mivel I*R nagyon kicsi, amikor U/f=E/f nem változik, a mágneses fluxus (X) állandó. A nyomaték T arányos az árammal. Ezért az inverter túláram-kapacitását általában a túlterhelési (nyomaték-) kapacitásának leírására használják, és ezt állandó nyomatékú fordulatszám-szabályozásnak nevezik (a névleges áram változatlan marad–> a maximális nyomaték változatlan marad).
Következtetés: Amikor a frekvenciaváltó kimeneti frekvenciája 50 Hz felett növekszik, a motor kimeneti nyomatéka csökken.
6. Egyéb, a kimeneti nyomatékkal kapcsolatos tényezők
A hőtermelés és a hőelvezetés határozza meg az inverter kimeneti áramkapacitását, így befolyásolja az inverter kimeneti nyomatékkapacitását.
1. Vivőfrekvencia: Az inverteren feltüntetett névleges áram általában az az érték, amely a legmagasabb vivőfrekvencián és a legmagasabb környezeti hőmérsékleten folyamatos kimenetet biztosít. A vivőfrekvencia csökkentése nem befolyásolja a motor áramát. Azonban az alkatrészek hőtermelése csökken.
2. Környezeti hőmérséklet: Csakúgy, mint az inverter védelmi áramának értéke, az nem növekszik, ha a környezeti hőmérséklet viszonylag alacsonynak bizonyul.
3. Tengerszint feletti magasság: A tengerszint feletti magasság növekedése hatással van a hőelvezetésre és a szigetelési teljesítményre. Általában 1000 m alatt figyelmen kívül hagyható, és a kapacitás 1000 méterenként 5%-kal csökkenthető.
7. Mi a megfelelő frekvencia egy frekvenciaváltó számára a motor vezérléséhez?
A fenti összefoglalóban megismertük, miért használják az invertert a motor vezérlésére, és azt is megértettük, hogyan vezérli az inverter a motort. Az inverter vezérli a motort, ami a következőképpen foglalható össze:
Először is, az inverter szabályozza a motor indítási feszültségét és frekvenciáját a sima indítás és a sima leállítás érdekében;
Másodszor, az invertert a motor fordulatszámának beállítására használják, és a motor fordulatszámát a frekvencia változtatásával állítják be.
Anhui Mingteng állandó mágneses motorjaA termékeket az inverter vezérli. A 25%-120%-os terhelési tartományon belül nagyobb hatásfokkal és szélesebb működési tartománnyal rendelkeznek, mint az azonos specifikációjú aszinkronmotorok, és jelentős energiamegtakarítási hatásokkal rendelkeznek.
Szakképzett technikusaink az adott munkakörülményeknek és az ügyfelek tényleges igényeinek megfelelően választják ki a megfelelőbb invertert, hogy jobban szabályozhassák a motort és maximalizálhassák a motor teljesítményét. Ezenkívül műszaki ügyfélszolgálatunk távolról is segítheti az ügyfeleket az inverter telepítésében és hibakeresésében, valamint teljes körű nyomon követést és szervizelést biztosít az értékesítés előtt és után.
Szerzői jog: Ez a cikk a WeChat nyilvános „Műszaki képzés” számának újranyomtatása, az eredeti link: https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Ez a cikk nem képviseli cégünk álláspontját. Ha eltérő véleménye vagy nézőpontja van, kérjük, javítson ki minket!
Közzététel ideje: 2024. szeptember 9.