Ο μετατροπέας συχνότητας είναι μια τεχνολογία που πρέπει να κατακτηθεί κατά την εκτέλεση ηλεκτρικών εργασιών. Η χρήση μετατροπέα συχνότητας για τον έλεγχο του κινητήρα είναι μια κοινή μέθοδος στον ηλεκτρικό έλεγχο. Ορισμένα απαιτούν επίσης επάρκεια στη χρήση τους.
1. Πρώτα απ 'όλα, γιατί να χρησιμοποιήσετε έναν μετατροπέα συχνότητας για τον έλεγχο ενός κινητήρα;
Ο κινητήρας είναι ένα επαγωγικό φορτίο, το οποίο εμποδίζει την αλλαγή του ρεύματος και θα προκαλέσει μεγάλη αλλαγή στο ρεύμα κατά την εκκίνηση.
Ο μετατροπέας είναι μια συσκευή ελέγχου ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιεί τη λειτουργία on-off συσκευών ημιαγωγών ισχύος για να μετατρέψει το τροφοδοτικό βιομηχανικής συχνότητας σε άλλη συχνότητα. Αποτελείται κυρίως από δύο κυκλώματα, το ένα είναι το κύριο κύκλωμα (μονάδα ανορθωτή, ηλεκτρολυτικός πυκνωτής και μονάδα μετατροπέα) και το άλλο είναι το κύκλωμα ελέγχου (πίνακας τροφοδοσίας μεταγωγής, πλακέτα κυκλώματος ελέγχου).
Προκειμένου να μειωθεί το ρεύμα εκκίνησης του κινητήρα, ειδικά του κινητήρα με μεγαλύτερη ισχύ, όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα εκκίνησης. Το υπερβολικό ρεύμα εκκίνησης θα επιφέρει μεγαλύτερη επιβάρυνση στο δίκτυο τροφοδοσίας και διανομής ρεύματος. Ο μετατροπέας συχνότητας μπορεί να λύσει αυτό το πρόβλημα εκκίνησης και να επιτρέψει στον κινητήρα να ξεκινήσει ομαλά χωρίς να προκαλέσει υπερβολικό ρεύμα εκκίνησης.
Μια άλλη λειτουργία της χρήσης ενός μετατροπέα συχνότητας είναι η ρύθμιση της ταχύτητας του κινητήρα. Σε πολλές περιπτώσεις, είναι απαραίτητο να ελέγχετε την ταχύτητα του κινητήρα για να επιτύχετε καλύτερη απόδοση παραγωγής και η ρύθμιση της ταχύτητας του μετατροπέα συχνότητας ήταν πάντα το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του. Ο μετατροπέας συχνότητας ελέγχει την ταχύτητα του κινητήρα αλλάζοντας τη συχνότητα του τροφοδοτικού.
2. Ποιες είναι οι μέθοδοι ελέγχου μετατροπέα;
Οι πέντε πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μέθοδοι κινητήρων ελέγχου inverter είναι οι εξής:
Α. Μέθοδος ελέγχου ημιτονικής διαμόρφωσης πλάτους παλμού (SPWM).
Τα χαρακτηριστικά του είναι η απλή δομή του κυκλώματος ελέγχου, το χαμηλό κόστος, η καλή μηχανική σκληρότητα και μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις ρύθμισης ομαλής ταχύτητας της γενικής μετάδοσης. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας.
Ωστόσο, στις χαμηλές συχνότητες, λόγω της χαμηλής τάσης εξόδου, η ροπή επηρεάζεται σημαντικά από την πτώση τάσης της αντίστασης του στάτη, η οποία μειώνει τη μέγιστη ροπή εξόδου.
Επιπλέον, τα μηχανικά χαρακτηριστικά του δεν είναι τόσο ισχυρά όσο αυτά των κινητήρων συνεχούς ρεύματος και η δυναμική του ικανότητα ροπής και η απόδοση ρύθμισης στατικής ταχύτητας δεν είναι ικανοποιητικές. Επιπλέον, η απόδοση του συστήματος δεν είναι υψηλή, η καμπύλη ελέγχου αλλάζει με το φορτίο, η απόκριση ροπής είναι αργή, ο ρυθμός χρήσης της ροπής κινητήρα δεν είναι υψηλός και η απόδοση μειώνεται σε χαμηλή ταχύτητα λόγω της ύπαρξης αντίστασης στάτη και νεκρού μετατροπέα επίδραση ζώνης και η σταθερότητα επιδεινώνεται. Επομένως, οι άνθρωποι έχουν μελετήσει τη ρύθμιση ταχύτητας μεταβλητής συχνότητας ελέγχου διανυσμάτων.
Β. Μέθοδος ελέγχου διανυσματικού χώρου τάσης (SVPWM).
Βασίζεται στη συνολική επίδραση παραγωγής της τριφασικής κυματομορφής, με σκοπό την προσέγγιση της ιδανικής τροχιάς κυκλικού περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του διακένου αέρα του κινητήρα, δημιουργώντας μια τριφασική κυματομορφή διαμόρφωσης κάθε φορά και ελέγχοντάς την με τον τρόπο εγγεγραμμένου πολυγώνου που προσεγγίζει τον κύκλο.
Μετά από πρακτική χρήση, έχει βελτιωθεί, δηλαδή εισάγοντας αντιστάθμιση συχνότητας για την εξάλειψη του σφάλματος ελέγχου ταχύτητας. εκτίμηση του πλάτους ροής μέσω ανάδρασης για την εξάλειψη της επίδρασης της αντίστασης του στάτη σε χαμηλή ταχύτητα. κλείσιμο του βρόχου τάσης και ρεύματος εξόδου για βελτίωση της δυναμικής ακρίβειας και σταθερότητας. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές ζεύξεις κυκλώματος ελέγχου και δεν εισάγεται ρύθμιση ροπής, επομένως η απόδοση του συστήματος δεν έχει βελτιωθεί ουσιαστικά.
Γ. Μέθοδος ελέγχου διανυσμάτων (VC).
Η ουσία είναι να γίνει ο κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος ισοδύναμος με έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος και να ελέγχεται ανεξάρτητα η ταχύτητα και το μαγνητικό πεδίο. Με τον έλεγχο της ροής του ρότορα, το ρεύμα του στάτορα αποσυντίθεται για να ληφθούν οι συνιστώσες της ροπής και του μαγνητικού πεδίου και ο μετασχηματισμός συντεταγμένων χρησιμοποιείται για την επίτευξη ορθογώνιου ή αποσυνδεδεμένου ελέγχου. Η εισαγωγή της μεθόδου ελέγχου του διανύσματος είναι σημαντική. Ωστόσο, σε πρακτικές εφαρμογές, δεδομένου ότι η ροή του ρότορα είναι δύσκολο να παρατηρηθεί με ακρίβεια, τα χαρακτηριστικά του συστήματος επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμέτρους του κινητήρα και ο μετασχηματισμός περιστροφής του διανύσματος που χρησιμοποιείται στην ισοδύναμη διαδικασία ελέγχου κινητήρα συνεχούς ρεύματος είναι σχετικά πολύπλοκος, καθιστώντας δύσκολη την πραγματική αποτέλεσμα ελέγχου για να επιτευχθεί το ιδανικό αποτέλεσμα ανάλυσης.
Δ. Μέθοδος άμεσου ελέγχου ροπής (DTC).
Το 1985, ο καθηγητής DePenbrock του Πανεπιστημίου Ruhr στη Γερμανία πρότεινε για πρώτη φορά τεχνολογία μετατροπής συχνότητας άμεσου ελέγχου ροπής. Αυτή η τεχνολογία έχει λύσει σε μεγάλο βαθμό τα μειονεκτήματα του προαναφερθέντος διανυσματικού ελέγχου και έχει αναπτυχθεί γρήγορα με νέες ιδέες ελέγχου, συνοπτική και σαφή δομή συστήματος και εξαιρετική δυναμική και στατική απόδοση.
Προς το παρόν, αυτή η τεχνολογία έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στην έλξη μετάδοσης AC υψηλής ισχύος ηλεκτρικών μηχανών. Ο άμεσος έλεγχος ροπής αναλύει άμεσα το μαθηματικό μοντέλο των κινητήρων AC στο σύστημα συντεταγμένων του στάτη και ελέγχει τη μαγνητική ροή και τη ροπή του κινητήρα. Δεν χρειάζεται να εξισώσει τους κινητήρες AC με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος, εξαλείφοντας έτσι πολλούς σύνθετους υπολογισμούς στον μετασχηματισμό περιστροφής του διανύσματος. δεν χρειάζεται να μιμηθεί τον έλεγχο των κινητήρων συνεχούς ρεύματος, ούτε να απλοποιήσει το μαθηματικό μοντέλο των κινητήρων AC για αποσύνδεση.
Ε. Μέθοδος ελέγχου AC-AC Matrix
Η μετατροπή συχνότητας VVVF, η μετατροπή συχνότητας διανυσματικού ελέγχου και η μετατροπή συχνότητας άμεσου ελέγχου ροπής είναι όλοι οι τύποι μετατροπής συχνότητας AC-DC-AC. Τα κοινά τους μειονεκτήματα είναι ο χαμηλός συντελεστής ισχύος εισόδου, το μεγάλο αρμονικό ρεύμα, ο μεγάλος πυκνωτής αποθήκευσης ενέργειας που απαιτείται για το κύκλωμα συνεχούς ρεύματος και η αναγεννητική ενέργεια δεν μπορεί να τροφοδοτηθεί πίσω στο ηλεκτρικό δίκτυο, δηλαδή δεν μπορεί να λειτουργήσει σε τέσσερα τεταρτημόρια.
Για το λόγο αυτό, δημιουργήθηκε η μετατροπή συχνότητας AC-AC matrix. Εφόσον η μετατροπή συχνότητας AC-AC μήτρας εξαλείφει την ενδιάμεση σύνδεση DC, εξαλείφει τον μεγάλο και ακριβό ηλεκτρολυτικό πυκνωτή. Μπορεί να επιτύχει συντελεστή ισχύος 1, ημιτονοειδές ρεύμα εισόδου και μπορεί να λειτουργήσει σε τέσσερα τεταρτημόρια και το σύστημα έχει υψηλή πυκνότητα ισχύος. Αν και αυτή η τεχνολογία δεν είναι ακόμη ώριμη, εξακολουθεί να προσελκύει πολλούς μελετητές να διεξάγουν εις βάθος έρευνα. Η ουσία του δεν είναι να ελέγχει έμμεσα το ρεύμα, τη μαγνητική ροή και άλλα μεγέθη, αλλά να χρησιμοποιεί άμεσα τη ροπή ως ελεγχόμενη ποσότητα για να το επιτύχει.
3. Πώς ένας μετατροπέας συχνότητας ελέγχει έναν κινητήρα; Πώς συνδέονται τα δύο μαζί;
Η καλωδίωση του μετατροπέα για τον έλεγχο του κινητήρα είναι σχετικά απλή, παρόμοια με την καλωδίωση του επαφέα, με τρεις κύριες γραμμές τροφοδοσίας που εισέρχονται και μετά εξέρχονται στον κινητήρα, αλλά οι ρυθμίσεις είναι πιο περίπλοκες και οι τρόποι ελέγχου του μετατροπέα είναι επίσης διαφορετικός.
Πρώτα απ 'όλα, για τον ακροδέκτη μετατροπέα, αν και υπάρχουν πολλές μάρκες και διαφορετικές μέθοδοι καλωδίωσης, οι ακροδέκτες καλωδίωσης των περισσότερων μετατροπέων δεν διαφέρουν πολύ. Γενικά χωρίζεται σε εισόδους διακόπτη προς τα εμπρός και προς τα πίσω, που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της εκκίνησης προς τα εμπρός και προς τα πίσω του κινητήρα. Τα τερματικά ανάδρασης χρησιμοποιούνται για την ανατροφοδότηση της κατάστασης λειτουργίας του κινητήρα,συμπεριλαμβανομένης της συχνότητας λειτουργίας, της ταχύτητας, της κατάστασης σφάλματος κ.λπ.
Για τον έλεγχο της ρύθμισης της ταχύτητας, ορισμένοι μετατροπείς συχνότητας χρησιμοποιούν ποτενσιόμετρα, μερικοί χρησιμοποιούν απευθείας κουμπιά, τα οποία ελέγχονται όλα μέσω φυσικής καλωδίωσης. Ένας άλλος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε ένα δίκτυο επικοινωνίας. Πολλοί μετατροπείς συχνότητας υποστηρίζουν πλέον έλεγχο επικοινωνίας. Η γραμμή επικοινωνίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της εκκίνησης και διακοπής, της περιστροφής προς τα εμπρός και προς τα πίσω, τη ρύθμιση της ταχύτητας κ.λπ. του κινητήρα. Ταυτόχρονα, οι πληροφορίες ανατροφοδότησης μεταδίδονται επίσης μέσω της επικοινωνίας.
4.Τι συμβαίνει με τη ροπή εξόδου ενός κινητήρα όταν αλλάζει η ταχύτητα περιστροφής του (συχνότητα);
Η ροπή εκκίνησης και η μέγιστη ροπή όταν οδηγούνται από μετατροπέα συχνότητας είναι μικρότερες από ό,τι όταν οδηγείται απευθείας από τροφοδοτικό.
Ο κινητήρας έχει μεγάλο αντίκτυπο εκκίνησης και επιτάχυνσης όταν τροφοδοτείται από τροφοδοτικό, αλλά αυτές οι κρούσεις είναι ασθενέστερες όταν τροφοδοτείται από μετατροπέα συχνότητας. Η απευθείας εκκίνηση με τροφοδοτικό θα δημιουργήσει μεγάλο ρεύμα εκκίνησης. Όταν χρησιμοποιείται μετατροπέας συχνότητας, η τάση εξόδου και η συχνότητα του μετατροπέα συχνότητας προστίθενται σταδιακά στον κινητήρα, έτσι ώστε το ρεύμα εκκίνησης και η κρούση του κινητήρα να είναι μικρότερα. Συνήθως, η ροπή που παράγεται από τον κινητήρα μειώνεται όσο μειώνεται η συχνότητα (μειώνεται η ταχύτητα). Τα πραγματικά δεδομένα της μείωσης θα εξηγηθούν σε ορισμένα εγχειρίδια μετατροπέων συχνότητας.
Ο συνηθισμένος κινητήρας έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί για τάση 50 Hz και η ονομαστική του ροπή δίνεται επίσης σε αυτό το εύρος τάσης. Επομένως, η ρύθμιση ταχύτητας κάτω από την ονομαστική συχνότητα ονομάζεται ρύθμιση ταχύτητας σταθερής ροπής. (T=Te, P<=Pe)
Όταν η συχνότητα εξόδου του μετατροπέα συχνότητας είναι μεγαλύτερη από 50 Hz, η ροπή που παράγεται από τον κινητήρα μειώνεται σε μια γραμμική σχέση αντιστρόφως ανάλογη της συχνότητας.
Όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε συχνότητα μεγαλύτερη από 50 Hz, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το μέγεθος του φορτίου του κινητήρα για να αποφευχθεί η ανεπαρκής ροπή εξόδου του κινητήρα.
Για παράδειγμα, η ροπή που παράγεται από τον κινητήρα στα 100Hz μειώνεται στο 1/2 περίπου της ροπής που παράγεται στα 50Hz.
Επομένως, η ρύθμιση ταχύτητας πάνω από την ονομαστική συχνότητα ονομάζεται ρύθμιση ταχύτητας σταθερής ισχύος. (P=Ue*Ie).
5.Εφαρμογή μετατροπέα συχνότητας άνω των 50Hz
Για έναν συγκεκριμένο κινητήρα, η ονομαστική τάση και το ονομαστικό ρεύμα του είναι σταθερά.
Για παράδειγμα, εάν οι ονομαστικές τιμές του μετατροπέα και του κινητήρα είναι και οι δύο: 15kW/380V/30A, ο κινητήρας μπορεί να λειτουργήσει πάνω από 50Hz.
Όταν η ταχύτητα είναι 50Hz, η τάση εξόδου του μετατροπέα είναι 380V και το ρεύμα είναι 30Α. Αυτή τη στιγμή, εάν η συχνότητα εξόδου αυξηθεί στα 60 Hz, η μέγιστη τάση και ρεύμα εξόδου του μετατροπέα μπορεί να είναι μόνο 380V/30A. Προφανώς, η ισχύς εξόδου παραμένει αμετάβλητη, επομένως την ονομάζουμε ρύθμιση ταχύτητας σταθερής ισχύος.
Πώς είναι η ροπή αυτή τη στιγμή;
Επειδή P=wT(w; γωνιακή ταχύτητα, T: ροπή), αφού το P παραμένει αμετάβλητο και το w αυξάνεται, η ροπή θα μειωθεί ανάλογα.
Μπορούμε να το δούμε και από άλλη οπτική γωνία:
Η τάση του στάτορα του κινητήρα είναι U=E+I*R (το I είναι ρεύμα, το R είναι ηλεκτρονική αντίσταση και το E είναι επαγόμενο δυναμικό).
Μπορεί να φανεί ότι όταν το U και το I δεν αλλάζουν, ούτε το E αλλάζει.
Και E=k*f*X (k: σταθερά, f: συχνότητα, X: μαγνητική ροή), οπότε όταν η f αλλάξει από 50–>60 Hz, το X θα μειωθεί ανάλογα.
Για τον κινητήρα, T=K*I*X (K: σταθερό, I: ρεύμα, X: μαγνητική ροή), επομένως η ροπή T θα μειωθεί όσο μειώνεται η μαγνητική ροή X.
Ταυτόχρονα, όταν είναι μικρότερο από 50Hz, αφού το I*R είναι πολύ μικρό, όταν το U/f=E/f δεν αλλάζει, η μαγνητική ροή (X) είναι σταθερή. Η ροπή T είναι ανάλογη του ρεύματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η χωρητικότητα υπερέντασης του μετατροπέα χρησιμοποιείται συνήθως για να περιγράψει την ικανότητα υπερφόρτωσης (ροπής) και ονομάζεται ρύθμιση ταχύτητας σταθερής ροπής (το ονομαστικό ρεύμα παραμένει αμετάβλητο–>η μέγιστη ροπή παραμένει αμετάβλητη)
Συμπέρασμα: Όταν η συχνότητα εξόδου του μετατροπέα αυξάνεται από πάνω από 50 Hz, η ροπή εξόδου του κινητήρα θα μειωθεί.
6.Άλλοι παράγοντες που σχετίζονται με τη ροπή εξόδου
Η ικανότητα παραγωγής θερμότητας και απαγωγής θερμότητας καθορίζουν την ικανότητα ρεύματος εξόδου του μετατροπέα, επηρεάζοντας έτσι την ικανότητα ροπής εξόδου του μετατροπέα.
1. Συχνότητα φορέα: Το ονομαστικό ρεύμα που σημειώνεται στον μετατροπέα είναι γενικά η τιμή που μπορεί να εξασφαλίσει συνεχή έξοδο στην υψηλότερη συχνότητα φορέα και στην υψηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η μείωση της συχνότητας του φορέα δεν θα επηρεάσει το ρεύμα του κινητήρα. Ωστόσο, η παραγωγή θερμότητας των εξαρτημάτων θα μειωθεί.
2. Θερμοκρασία περιβάλλοντος: Ακριβώς όπως η τρέχουσα τιμή προστασίας του μετατροπέα δεν θα αυξηθεί όταν διαπιστωθεί ότι η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι σχετικά χαμηλή.
3. Υψόμετρο: Η αύξηση του υψομέτρου έχει αντίκτυπο στην απαγωγή θερμότητας και στην απόδοση της μόνωσης. Γενικά, μπορεί να αγνοηθεί κάτω από 1000 μέτρα και η χωρητικότητα μπορεί να μειωθεί κατά 5% για κάθε 1000 μέτρα πάνω.
7. Ποια είναι η κατάλληλη συχνότητα για έναν μετατροπέα συχνότητας για τον έλεγχο ενός κινητήρα;
Στην παραπάνω περίληψη, μάθαμε γιατί ο μετατροπέας χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του κινητήρα και επίσης κατανοήσαμε πώς ο μετατροπέας ελέγχει τον κινητήρα. Ο μετατροπέας ελέγχει τον κινητήρα, ο οποίος μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:
Πρώτον, ο μετατροπέας ελέγχει την τάση εκκίνησης και τη συχνότητα του κινητήρα για να επιτύχει ομαλή εκκίνηση και ομαλή διακοπή.
Δεύτερον, ο μετατροπέας χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της ταχύτητας του κινητήρα και η ταχύτητα του κινητήρα ρυθμίζεται αλλάζοντας τη συχνότητα.
Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη Anhui Mingtengτα προϊόντα ελέγχονται από τον μετατροπέα. Εντός του εύρους φορτίου 25%-120%, έχουν υψηλότερη απόδοση και μεγαλύτερο εύρος λειτουργίας από τους ασύγχρονους κινητήρες των ίδιων προδιαγραφών και έχουν σημαντικά αποτελέσματα εξοικονόμησης ενέργειας.
Οι επαγγελματίες τεχνικοί μας θα επιλέξουν έναν πιο κατάλληλο μετατροπέα σύμφωνα με τις συγκεκριμένες συνθήκες εργασίας και τις πραγματικές ανάγκες των πελατών για να επιτύχουν καλύτερο έλεγχο του κινητήρα και να μεγιστοποιήσουν την απόδοση του κινητήρα. Επιπλέον, το τμήμα τεχνικής εξυπηρέτησης μας μπορεί εξ αποστάσεως να καθοδηγήσει τους πελάτες στην εγκατάσταση και τον εντοπισμό σφαλμάτων του μετατροπέα και να πραγματοποιήσει ολοκληρωμένη παρακολούθηση και σέρβις πριν και μετά την πώληση.
Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι αναδημοσίευση του δημόσιου αριθμού WeChat «Τεχνική εκπαίδευση», ο αρχικός σύνδεσμος https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Αυτό το άρθρο δεν αντιπροσωπεύει τις απόψεις της εταιρείας μας. Αν έχετε διαφορετικές απόψεις ή απόψεις, διορθώστε μας!
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-09-2024