Преобразователь частоты — это технология, которую следует освоить при выполнении электротехнических работ. Использование преобразователя частоты для управления двигателем — распространенный метод в электрическом управлении; некоторые из них также требуют мастерства в их использовании.
1.Прежде всего, зачем использовать преобразователь частоты для управления двигателем?
Двигатель представляет собой индуктивную нагрузку, что затрудняет изменение тока и приводит к значительному изменению тока при запуске.
Инвертор — это устройство управления электроэнергией, которое использует функцию включения-выключения силовых полупроводниковых приборов для преобразования промышленной частоты питания в другую частоту. Он в основном состоит из двух цепей, одна из которых является основной цепью (модуль выпрямителя, электролитический конденсатор и модуль инвертора), а другая — цепью управления (плата импульсного источника питания, плата цепи управления).
Чтобы уменьшить пусковой ток двигателя, особенно двигателя с большей мощностью, чем больше мощность, тем больше пусковой ток. Чрезмерный пусковой ток приведет к большей нагрузке на электроснабжение и распределительную сеть. Преобразователь частоты может решить эту проблему запуска и позволить двигателю плавно запускаться, не вызывая чрезмерного пускового тока.
Другая функция использования преобразователя частоты — регулировка скорости двигателя. Во многих случаях необходимо контролировать скорость двигателя для повышения эффективности производства, и регулирование скорости преобразователя частоты всегда было его самой большой изюминкой. Преобразователь частоты регулирует скорость двигателя путем изменения частоты источника питания.
2.Каковы методы управления инвертором?
Пять наиболее часто используемых методов управления двигателями с инвертором:
A. Метод управления с использованием синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
Его характеристики: простая структура цепи управления, низкая стоимость, хорошая механическая прочность, и он может соответствовать требованиям плавного регулирования скорости общей трансмиссии. Он широко используется в различных областях промышленности.
Однако на низких частотах из-за низкого выходного напряжения на крутящий момент существенно влияет падение напряжения на сопротивлении статора, что снижает максимальный выходной крутящий момент.
Кроме того, его механические характеристики не такие сильные, как у двигателей постоянного тока, а его динамическая крутящая способность и статическая производительность регулирования скорости неудовлетворительны. Кроме того, производительность системы невысока, кривая управления изменяется с нагрузкой, реакция крутящего момента медленная, коэффициент использования крутящего момента двигателя невысок, а производительность снижается на низкой скорости из-за наличия сопротивления статора и эффекта мертвой зоны инвертора, а стабильность ухудшается. Поэтому люди изучили векторное управление регулированием частоты скорости.
B. Метод управления вектором пространства напряжения (SVPWM)
Он основан на общем эффекте генерации трехфазной формы волны с целью приближения к идеальной круговой вращающейся траектории магнитного поля воздушного зазора двигателя, генерируя одновременно трехфазную форму волны модуляции и управляя ею в виде вписанного многоугольника, приближающегося к окружности.
После практического использования он был улучшен, то есть введена компенсация частоты для устранения ошибки управления скоростью; оценка амплитуды потока через обратную связь для устранения влияния сопротивления статора на низкой скорости; замыкание выходного напряжения и контура тока для улучшения динамической точности и стабильности. Однако имеется много связей цепи управления, и не введена регулировка крутящего момента, поэтому производительность системы не была принципиально улучшена.
C. Метод векторного контроля (VC)
Суть заключается в том, чтобы сделать двигатель переменного тока эквивалентным двигателю постоянного тока и независимо управлять скоростью и магнитным полем. Управляя потоком ротора, ток статора разлагается для получения компонентов крутящего момента и магнитного поля, а преобразование координат используется для достижения ортогонального или разъединенного управления. Введение метода векторного управления имеет эпохальное значение. Однако в практических приложениях, поскольку поток ротора трудно точно наблюдать, характеристики системы сильно зависят от параметров двигателя, а преобразование вращения вектора, используемое в процессе управления эквивалентным двигателем постоянного тока, является относительно сложным, что затрудняет достижение идеального результата анализа фактическим эффектом управления.
D. Метод прямого управления крутящим моментом (DTC)
В 1985 году профессор ДеПенброк из Рурского университета в Германии впервые предложил технологию преобразования частоты прямого управления крутящим моментом. Эта технология в значительной степени решила недостатки вышеупомянутого векторного управления и быстро развивалась с новыми идеями управления, краткой и ясной структурой системы и превосходными динамическими и статическими характеристиками.
В настоящее время эта технология успешно применяется для тяги переменного тока большой мощности электровозов. Прямое управление крутящим моментом напрямую анализирует математическую модель двигателей переменного тока в системе координат статора и управляет магнитным потоком и крутящим моментом двигателя. Ему не нужно приравнивать двигатели переменного тока к двигателям постоянного тока, тем самым устраняя множество сложных вычислений в преобразовании вращения вектора; ему не нужно имитировать управление двигателями постоянного тока, и ему не нужно упрощать математическую модель двигателей переменного тока для развязки.
E. Матричный метод управления AC-AC
Преобразование частоты VVVF, векторное управление преобразованием частоты и прямое управление крутящим моментом — все это типы преобразования частоты AC-DC-AC. Их общими недостатками являются низкий входной коэффициент мощности, большой гармонический ток, большой накопительный конденсатор, необходимый для цепи постоянного тока, и рекуперативная энергия не может быть возвращена в электросеть, то есть она не может работать в четырех квадрантах.
По этой причине возникло матричное преобразование частоты переменного тока в переменный. Поскольку матричное преобразование частоты переменного тока в переменный устраняет промежуточное звено постоянного тока, оно устраняет большой и дорогой электролитический конденсатор. Оно может достигать коэффициента мощности 1, синусоидального входного тока и может работать в четырех квадрантах, а система имеет высокую плотность мощности. Хотя эта технология еще не зрелая, она по-прежнему привлекает многих ученых для проведения глубоких исследований. Ее суть заключается не в косвенном управлении током, магнитным потоком и другими величинами, а в прямом использовании крутящего момента в качестве контролируемой величины для ее достижения.
3.Как преобразователь частоты управляет двигателем? Как они соединены вместе?
Схема подключения инвертора для управления двигателем относительно проста и похожа на схему подключения контактора, с тремя основными линиями питания, входящими и выходящими из двигателя, но настройки сложнее, а способы управления инвертором также отличаются.
Прежде всего, для клеммы инвертора, хотя есть много марок и разные методы подключения, клеммы подключения большинства инверторов не сильно отличаются. Обычно делятся на входы прямого и обратного переключения, используемые для управления прямым и обратным запуском двигателя. Клеммы обратной связи используются для обратной связи рабочего состояния двигателя,включая рабочую частоту, скорость, состояние неисправности и т. д.
Для управления настройкой скорости некоторые преобразователи частоты используют потенциометры, некоторые используют кнопки напрямую, все они управляются через физическую проводку. Другой способ — использовать коммуникационную сеть. Многие преобразователи частоты теперь поддерживают управление связью. Линия связи может использоваться для управления пуском и остановкой, прямым и обратным вращением, регулировкой скорости и т. д. двигателя. В то же время информация обратной связи также передается через связь.
4.Что происходит с выходным крутящим моментом двигателя при изменении его скорости вращения (частоты)?
Пусковой крутящий момент и максимальный крутящий момент при приводе от преобразователя частоты меньше, чем при приводе напрямую от источника питания.
Двигатель имеет большое пусковое и разгонное воздействие при питании от источника питания, но эти воздействия слабее при питании от преобразователя частоты. Прямой пуск с источником питания будет генерировать большой пусковой ток. При использовании преобразователя частоты выходное напряжение и частота преобразователя частоты постепенно добавляются к двигателю, поэтому пусковой ток двигателя и воздействие меньше. Обычно крутящий момент, создаваемый двигателем, уменьшается по мере уменьшения частоты (снижения скорости). Фактические данные снижения будут объяснены в некоторых руководствах по преобразователям частоты.
Обычный двигатель спроектирован и изготовлен для напряжения 50 Гц, и его номинальный крутящий момент также указан в этом диапазоне напряжений. Поэтому регулирование скорости ниже номинальной частоты называется регулированием скорости с постоянным крутящим моментом. (T=Te, P<=Pe)
Когда выходная частота преобразователя частоты превышает 50 Гц, крутящий момент, создаваемый двигателем, уменьшается в линейной зависимости, обратно пропорциональной частоте.
Если двигатель работает на частоте более 50 Гц, необходимо учитывать величину нагрузки двигателя, чтобы не допустить недостаточного выходного крутящего момента двигателя.
Например, крутящий момент, создаваемый двигателем при частоте 100 Гц, уменьшается примерно до 1/2 крутящего момента, создаваемого при частоте 50 Гц.
Поэтому регулирование скорости выше номинальной частоты называется регулированием скорости с постоянной мощностью. (P=Ue*Ie).
5.Применение преобразователя частоты выше 50 Гц
Для конкретного двигателя его номинальное напряжение и номинальный ток являются постоянными.
Например, если номинальные значения инвертора и двигателя составляют 15 кВт/380 В/30 А, двигатель может работать на частоте выше 50 Гц.
При скорости 50 Гц выходное напряжение инвертора составляет 380 В, а ток — 30 А. В это время, если выходная частота увеличивается до 60 Гц, максимальное выходное напряжение и ток инвертора могут быть только 380 В/30 А. Очевидно, что выходная мощность остается неизменной, поэтому мы называем это регулированием скорости с постоянной мощностью.
Каков крутящий момент на данный момент?
Поскольку P=wT(w; угловая скорость, T: крутящий момент), то поскольку P остается неизменным, а w увеличивается, крутящий момент соответственно уменьшится.
Мы также можем взглянуть на это с другой стороны:
Напряжение статора двигателя равно U=E+I*R (I — ток, R — электронное сопротивление, а E — индуцированный потенциал).
Видно, что когда U и I не меняются, E также не меняется.
И E=k*f*X (k: константа; f: частота; X: магнитный поток), поэтому, когда f изменяется от 50 до>60 Гц, X соответственно уменьшается.
Для двигателя T=K*I*X (K: константа; I: ток; X: магнитный поток), поэтому крутящий момент T будет уменьшаться по мере уменьшения магнитного потока X.
В то же время, когда она меньше 50 Гц, поскольку I*R очень мало, когда U/f=E/f не изменяется, магнитный поток (X) является постоянным. Крутящий момент T пропорционален току. Вот почему перегрузочная способность инвертора обычно используется для описания его перегрузочной способности (крутящего момента), и это называется регулированием скорости с постоянным крутящим моментом (номинальный ток остается неизменным–>максимальный крутящий момент остается неизменным)
Вывод: Когда выходная частота инвертора увеличивается выше 50 Гц, выходной крутящий момент двигателя уменьшается.
6.Другие факторы, связанные с выходным крутящим моментом
Мощность тепловыделения и теплоотвода определяют выходной ток инвертора, тем самым влияя на выходной крутящий момент инвертора.
1. Несущая частота: Номинальный ток, указанный на инверторе, обычно является значением, которое может обеспечить непрерывный выход при самой высокой несущей частоте и самой высокой температуре окружающей среды. Уменьшение несущей частоты не повлияет на ток двигателя. Однако тепловыделение компонентов будет снижено.
2. Температура окружающей среды: Так же, как и значение тока защиты инвертора, не будет увеличиваться, если температура окружающей среды окажется относительно низкой.
3. Высота: Увеличение высоты влияет на рассеивание тепла и эффективность изоляции. Как правило, его можно игнорировать ниже 1000 м, а емкость может уменьшаться на 5% на каждые 1000 метров выше.
7.Какая частота подходит для преобразователя частоты для управления двигателем?
В приведенном выше резюме мы узнали, почему инвертор используется для управления двигателем, а также поняли, как инвертор управляет двигателем. Инвертор управляет двигателем, что можно обобщить следующим образом:
Во-первых, инвертор управляет пусковым напряжением и частотой двигателя, обеспечивая плавный пуск и плавную остановку;
Во-вторых, инвертор используется для регулировки скорости двигателя, а скорость двигателя регулируется путем изменения частоты.
Двигатель с постоянными магнитами компании Anhui MingtengИзделия управляются инвертором. В диапазоне нагрузки 25%-120% они имеют более высокую эффективность и более широкий рабочий диапазон, чем асинхронные двигатели тех же характеристик, и обладают значительным энергосберегающим эффектом.
Наши профессиональные специалисты подберут наиболее подходящий инвертор в соответствии с конкретными условиями работы и реальными потребностями клиентов, чтобы добиться лучшего управления двигателем и максимизировать его производительность. Кроме того, наш отдел технического обслуживания может удаленно направлять клиентов по установке и отладке инвертора, а также осуществлять всестороннее сопровождение и обслуживание до и после продажи.
Авторские права: Эта статья является перепечаткой публичного номера WeChat «Техническое обучение», оригинальная ссылка https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Эта статья не отражает точку зрения нашей компании. Если у вас другие мнения или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!
Время публикации: 09-сен-2024