Преобразователь частоты – это технология, которую следует освоить при выполнении электромонтажных работ. Использование преобразователя частоты для управления двигателем является распространенным методом электрического управления; некоторые также требуют навыков в их использовании.
1. Прежде всего, зачем использовать преобразователь частоты для управления двигателем?
Двигатель представляет собой индуктивную нагрузку, которая препятствует изменению тока и вызывает большие изменения тока при запуске.
Инвертор — это устройство управления электрической энергией, которое использует функцию включения-выключения силовых полупроводниковых приборов для преобразования источника питания промышленной частоты в другую частоту. В основном он состоит из двух цепей: одна является основной цепью (модуль выпрямителя, электролитический конденсатор и модуль инвертора), а другая — цепью управления (плата импульсного источника питания, плата управления).
Чтобы уменьшить пусковой ток двигателя, особенно двигателя более высокой мощности, 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 обеспечить плавный запуск двигателя, не вызывая чрезмерного пускового тока.
Еще одной функцией использования преобразователя частоты является регулировка скорости двигателя. Во многих случаях необходимо контролировать скорость двигателя для повышения эффективности производства, и регулирование скорости преобразователем частоты всегда было его самым важным моментом. Преобразователь частоты управляет скоростью двигателя путем изменения частоты источника питания.
2.Какие методы управления инвертором?
Пять наиболее часто используемых методов инверторного управления двигателями следующие:
A. Метод управления с использованием широтно-импульсной модуляции (SPWM).
Его характеристиками являются простая структура схемы управления, низкая стоимость, хорошая механическая твердость и соответствие требованиям плавного регулирования скорости обычной 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 так сильны, как у двигателей постоянного тока, а его динамический крутящий момент и характеристики статического регулирования скорости не являются удовлетворительными. Кроме того, производительность системы невысока, кривая управления изменяется в зависимости от нагрузки, реакция крутящего момента медленная, коэффициент использования крутящего момента двигателя невысокий, а производительность снижается на низкой скорости из-за наличия сопротивления статора и неработающего инвертора. зональный эффект, и устойчивость ухудшается. Поэтому люди изучали векторное управление переменной частотой и скоростью.
B. Метод управления вектором пространства напряжения (SVPWM)
Он основан на общем эффекте генерации трехфазного сигнала с целью приближения к идеальной круговой траектории вращающегося магнитного поля воздушного зазора двигателя, единовременной генерации сигнала трехфазной модуляции и управления им таким образом, чтобы вписанного многоугольника, аппроксимирующего окружность.
После практического использования он был усовершенствован, то есть введена частотная компенсация для устранения погрешности регулирования скорости; оценка амплитуды потока посредством обратной связи для устранения влияния сопротивления статора на малой скорости; замыкание контура выходного напряжения и тока для повышения динамической точности и стабильности. Однако имеется множество звеньев цепи управления и не предусмотрена регулировка крутящего момента, поэтому производительность системы существенно не улучшилась.
C. Метод векторного управления (VC).
Суть 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 несвязанного управления. Внедрение метода борьбы с переносчиками имеет эпохальное значение. Однако в практических приложениях, поскольку поток ротора трудно точно наблюдать, на характеристики системы сильно влияют параметры двигателя, а преобразование векторного вращения, используемое в эквивалентном процессе управления двигателем постоянного тока, относительно сложно, что затрудняет фактическое эффект управления для достижения идеального результата анализа.
D. Метод прямого управления крутящим моментом (DTC).
В 1985 году профессор ДеПенброк из Рурского университета в Германии впервые предложил технологию преобразования частоты с прямым управлением крутящим моментом. Эта технология в значительной степени решила недостатки вышеупомянутого векторного управления и была быстро разработана с использованием новых идей управления, лаконичной и понятной структуры системы, а также превосходных динамических и статических характеристик.
В настоящее время данная технология успешно применяется для трансмиссии переменного тока большой мощности электровозов. Прямое управление крутящим моментом напрямую анализирует математическую модель двигателей переменного тока в системе координат статора и контролирует магнитный поток и крутящий момент двигателя. Нет необходимости приравнивать двигатели переменного тока к двигателям постоянного тока, что позволяет избежать многих сложных вычислений при преобразовании векторного вращения; ему не нужно имитировать управление двигателями постоянного тока или упрощать математическую модель двигателей переменного тока для развязки.
E. Матричный метод управления AC-AC
Преобразование частоты VVVF, преобразование частоты векторного управления и преобразование частоты прямого управления крутящим моментом — все это типы преобразования частоты AC-DC-AC. Их общими недостатками являются низкий входной коэффициент мощности, большой ток гармоник, большой конденсатор для хранения энергии, необходимый для цепи постоянного тока, а также невозможность возврата регенеративной энергии в электросеть, то есть она не может работать в четырех квадрантах.
По этой причине появилось матричное преобразование частоты AC-AC. Поскольку матричное преобразование частоты переменного-переменного тока исключает промежуточное звено постоянного тока, оно устраняет необходимость в большом и дорогом электролитическом конденсаторе. Он 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 развита, она все еще привлекает многих ученых для проведения углубленных исследований. Его суть заключается не в косвенном управлении током, магнитным потоком и другими величинами, а в прямом использовании крутящего момента в качестве контролируемой величины для его достижения.
3.Как преобразователь частоты управляет двигателем? Как они соединены между собой?
Схема подключения инвертора для управления двигателем относительно проста, аналогична схеме подключения контактора, с тремя основными линиями питания, входящими и выходящими на двигатель, но настройки более сложны, и способы управления инвертором также разнообразны. другой.
Прежде всего, что касается клемм инвертора, хотя существует множество марок и разные способы подключения, клеммы подключения большинства инверторов мало чем отличаются. Обычно разделены на входы переключателя прямого и обратного хода, используемые для управления прямым и обратным пуском двигателя. Клеммы обратной связи используются для обратной связи о рабочем состоянии двигателя.включая рабочую частоту, скорость, состояние неисправности и т. д.
Для управления установкой скорости в некоторых преобразователях частоты используются потенциометры, в некоторых — напрямую кнопки, причем все они управляются посредством физической проводки. Другой способ — использовать сеть связи. Многие преобразователи частоты теперь поддерживают управление через связь. Линия связи может использоваться для управления пуском и остановкой, вращением вперед и назад, регулировкой скорости и т. д. двигателя. При этом информация обратной связи также передается посредством связи.
4.Что происходит с выходным крутящим моментом двигателя при изменении его скорости вращения (частоты)?
Пусковой и максимальный крутящий момент при приводе от преобразователя частоты меньше, чем при прямом приводе от источника питания.
Двигатель оказывает большое влияние на запуск и ускорение при питании от источника питания, но это воздействие слабее при питании от преобразователя частоты. Прямой пуск от источника питания создаст большой пусковой ток. При использовании преобразователя частоты выходное напряжение и частота преобразователя частоты постепенно добавляются к двигателю, поэтому пусковой ток и воздействие двигателя становятся меньше. Обычно крутящий момент, создаваемый двигателем, уменьшается по мере уменьшения частоты (уменьшения 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. (Т=Те, Р<=Пе)
Когда выходная частота преобразователя частоты превышает 50 Гц, крутящий момент, создаваемый двигателем, уменьшается в линейной зависимости, обратно пропорциональной частоте.
Когда двигатель работает с частотой выше 50 Гц, необходимо учитывать величину нагрузки двигателя, чтобы предотвратить недостаточный выходной крутящий момент двигателя.
Например, крутящий момент, создаваемый двигателем при частоте 100 Гц, снижается 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 постоянны.
Например, если номинальные значения преобразователя и двигателя равны: 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 составлять только 380 В/30 А. Очевидно, что выходная мощность остается неизменной, поэтому мы называем это регулированием скорости с постоянной мощностью.
Какой крутящий момент в это время?
Поскольку P=wT(w; угловая скорость, T: крутящий момент), поскольку P остается неизменным, а w увеличивается, крутящий момент соответственно уменьшится.
Мы также можем взглянуть на это под другим углом:
Напряжение статора двигателя составляет U=E+I*R (I — ток, R — электронное сопротивление, а E — наведенный потенциал).
Видно, что когда U и I не меняются, E тоже не меняется.
И E=k*f*X (k: константа; f: частота; X: магнитный поток), поэтому, когда f изменяется от 50–> 60 Гц, X соответственно уменьшится.
Для двигателя T=K*I*X (K: постоянная; 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 мала, когда U/f=E/f не меняется, магнитный поток (X) является постоянным. Крутящий момент T пропорционален току. Вот почему максимальная токовая нагрузка 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
Тепловыделение и теплоотдача определяют выходной ток инвертора, тем самым влияя на выходной крутящий момент инвертора.
1. Несущая частота. Номинальный ток, указанный на инверторе, обычно представляет собой значение, которое может обеспечить непрерывную выходную мощность 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: Точно так же, как значение тока защиты инвертора не будет увеличено, если температура окружающей среды окажется относительно низкой.
3. Высота над уровнем моря. Увеличение высоты влияет на рассеивание тепла и эффективность изоляции. Как правило, на высоте ниже 1000 м ее можно игнорировать, а мощность можно уменьшать на 5% на каждые 1000 метров выше.
7. Какова подходящая частота преобразователя частоты для управления двигателем?
Из приведенного выше обзора мы узнали, почему инвертор используется для управления двигателем, а также поняли, как инвертор управляет двигателем. Инвертор управляет двигателем, который можно резюмировать следующим образом:
Во-первых, инвертор управляет пусковым напряжением и частотой двигателя для обеспечения плавного запуска и плавной остановки;
Во-вторых, инвертор используется для регулировки скорости двигателя, а скорость двигателя регулируется путем изменения частоты.
Двигатель с постоянными магнитами Аньхой Минтенгпродукты контролируются инвертором. В диапазоне нагрузки 25–120 % они имеют более высокий КПД и более широкий рабочий диапазон, чем асинхронные двигатели тех же характеристик, а также обладают значительным энергосберегающим эффектом.
Наши профессиональные технические специалисты подберут более подходящий инвертор в соответствии с конкретными условиями работы и фактическими потребностями клиентов, чтобы добиться лучшего управления двигателем и максимизировать его производительность. Кроме того, наш отдел технического обслуживания может удаленно помогать клиентам устанавливать и отлаживать инвертор, а также осуществлять всестороннее сопровождение и обслуживание до и после продажи.
Авторские права: Эта статья является перепечаткой общедоступного 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 другое мнение или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!
Время публикации: 9 сентября 2024 г.