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. Ορισμένες απαιτούν επίσης επάρκεια στη χρήση τους.
1. Καταρχάς, γιατί να χρησιμοποιήσουμε μετατροπέα συχνότητας για τον έλεγχο ενός κινητήρα;
Ο κινητήρας είναι ένα επαγωγικό φορτίο, το οποίο εμποδίζει την αλλαγή του ρεύματος και θα προκαλέσει μια μεγάλη αλλαγή στο ρεύμα κατά την εκκίνηση.
Ο μετατροπέας είναι μια συσκευή ελέγχου ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιεί τη λειτουργία on-off των ημιαγωγών ισχύος για να μετατρέψει την τροφοδοσία ρεύματος 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).
Για 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 επιβαρύνει περισσότερο το δίκτυο τροφοδοσίας και διανομής. 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 ελέγχεται η ταχύτητα του κινητήρα για να επιτευχθεί καλύτερη απόδοση παραγωγής και η ρύθμιση της ταχύτητας του μετατροπέα συχνότητας ήταν πάντα το μεγαλύτερο πλεονέκτημά του. Ο μετατροπέας συχνότητας ελέγχει την ταχύτητα του κινητήρα αλλάζοντας τη συχνότητα της τροφοδοσίας.
2. Ποιες είναι οι μέθοδοι ελέγχου του μετατροπέα;
Οι πέντε πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μέθοδοι ελέγχου κινητήρων με μετατροπέα είναι οι εξής:
Α. Μέθοδος ελέγχου ημιτονοειδούς διαμόρφωσης πλάτους παλμού (SPWM)
Τα χαρακτηριστικά του είναι η απλή δομή του κυκλώματος ελέγχου, το χαμηλό κόστος, η καλή μηχανική σκληρότητα και η ικανότητα να ικανοποιεί τις απαιτήσεις ομαλής ρύθμισης ταχύτητας της γενικής μετάδοσης. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας.
Ωστόσο, σε χαμηλές συχνότητες, λόγω της χαμηλής τάσης εξόδου, η ροπή επηρεάζεται σημαντικά από την πτώση τάσης 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 ικανότητα ροπής και η στατική απόδοση ρύθμισης 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 αξιοποίησης ροπής του κινητήρα δεν είναι υψηλός και η απόδοση μειώνεται σε χαμηλή ταχύτητα λόγω της ύπαρξης αντίστασης στάτορα και φαινομένου νεκρής ζώνης μετατροπέα, και η σταθερότητα επιδεινώνεται. Ως εκ τούτου, οι άνθρωποι έχουν μελετήσει τη ρύθμιση ταχύτητας μεταβλητής συχνότητας με διανυσματικό έλεγχο.
Β. Μέθοδος Ελέγχου Διανύσματος Τάσης (SVPWM)
Βασίζεται στο συνολικό φαινόμενο παραγωγής της τριφασικής κυματομορφής, με σκοπό την προσέγγιση της ιδανικής κυκλικής τροχιάς περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του διακένου αέρα του κινητήρα, δημιουργώντας μια τριφασική κυματομορφή διαμόρφωσης κάθε φορά και ελέγχοντάς την με τη μορφή εγγεγραμμένου πολυγώνου που προσεγγίζει τον κύκλο.
Μετά από πρακτική χρήση, έχει βελτιωθεί, δηλαδή, εισάγοντας αντιστάθμιση συχνότητας για την εξάλειψη του σφάλματος ελέγχου ταχύτητας· εκτιμώντας το πλάτος ροής μέσω ανάδρασης για την εξάλειψη της επίδρασης της αντίστασης του στάτη σε χαμηλή ταχύτητα· κλείνοντας τον βρόχο τάσης και ρεύματος εξόδου για τη βελτίωση της δυναμικής ακρίβειας και σταθερότητας. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές συνδέσεις κυκλώματος ελέγχου και δεν εισάγεται ρύθμιση ροπής, επομένως η απόδοση του συστήματος δεν έχει βελτιωθεί ουσιαστικά.
Γ. Μέθοδος διανυσματικού ελέγχου (VC)
Η ουσία είναι να γίνει ο κινητήρας AC ισοδύναμος με έναν κινητήρα DC και να ελέγχεται ανεξάρτητα η ταχύτητα και το μαγνητικό πεδίο. Ελέγχοντας τη ροή του ρότορα, το ρεύμα του στάτη αποσυντίθεται για να ληφθούν οι συνιστώσες ροπής και μαγνητικού πεδίου και ο μετασχηματισμός συντεταγμένων χρησιμοποιείται για την επίτευξη ορθογώνιου ή αποσυνδεδεμένου ελέγχου. Η εισαγωγή της μεθόδου διανυσματικού ελέγχου έχει κοσμοϊστορική σημασία. Ωστόσο, σε πρακτικές εφαρμογές, επειδή 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 διανύσματος που χρησιμοποιείται στην ισοδύναμη διαδικασία ελέγχου κινητήρα DC είναι σχετικά πολύπλοκος, καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη του ιδανικού αποτελέσματος ανάλυσης από το πραγματικό αποτέλεσμα ελέγχου.
Δ. Μέθοδος άμεσου ελέγχου ροπής (DTC)
Το 1985, ο καθηγητής DePenbrock του Πανεπιστημίου του Ρουρ στη Γερμανία πρότεινε για πρώτη φορά την τεχνολογία μετατροπής συχνότητας άμεσου ελέγχου ροπής. Αυτή η τεχνολογία έχει λύσει σε μεγάλο βαθμό τις αδυναμίες του προαναφερθέντος διανυσματικού ελέγχου και έχει αναπτυχθεί ραγδαία 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 υψηλής ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος ηλεκτρικών μηχανών έλξης. Ο άμεσος έλεγχος ροπής αναλύει άμεσα το μαθηματικό μοντέλο των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος στο σύστημα συντεταγμένων του στάτη και ελέγχει τη μαγνητική ροή και τη ροπή του κινητήρα. Δεν χρειάζεται να εξισώνει τους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος, εξαλείφοντας έτσι πολλούς πολύπλοκους υπολογισμούς στον μετασχηματισμό περιστροφής διανύσματος. Δεν χρειάζεται να μιμείται τον έλεγχο των κινητήρων συνεχούς ρεύματος, ούτε χρειάζεται να απλοποιεί το μαθηματικό μοντέλο των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος για αποσύνδεση.
Ε. Μέθοδος ελέγχου Matrix AC-AC
Η μετατροπή συχνότητας VVVF, η μετατροπή συχνότητας διανυσματικού ελέγχου και η μετατροπή συχνότητας άμεσου ελέγχου ροπής είναι όλοι τύποι μετατροπής συχνότητας AC-DC-AC. Τα κοινά μειονεκτήματά τους είναι ο χαμηλός συντελεστής ισχύος εισόδου, το μεγάλο αρμονικό ρεύμα, ο μεγάλος πυκνωτής αποθήκευσης ενέργειας που απαιτείται για το κύκλωμα DC και η αναγεννητική ενέργεια δεν μπορεί να τροφοδοτήσει το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή δεν μπορεί να λειτουργήσει σε τέσσερα τεταρτημόρια.
Για αυτόν τον λόγο, δημιουργήθηκε η μετατροπή συχνότητας AC-AC σε πίνακα. Δεδομένου ότι η μετατροπή συχνότητας AC-AC σε πίνακα 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 για να διεξάγουν εις βάθος έρευνα. Η ουσία της δεν είναι ο έμμεσος έλεγχος του ρεύματος, της μαγνητικής ροής και άλλων μεγεθών, αλλά η άμεση χρήση της ροπής ως ελεγχόμενης ποσότητας για την επίτευξή της.
3. Πώς ελέγχει ένας μετατροπέας συχνότητας έναν κινητήρα; Πώς συνδέονται μεταξύ τους οι δύο;
Η καλωδίωση του μετατροπέα για τον έλεγχο του κινητήρα είναι σχετικά απλή, παρόμοια με την καλωδίωση του ρελέ, με τρεις κύριες γραμμές τροφοδοσίας να εισέρχονται και στη συνέχεια να εξέρχονται στον κινητήρα, αλλά οι ρυθμίσεις είναι πιο περίπλοκες και οι τρόποι ελέγχου του μετατροπέα είναι επίσης διαφορετικοί.
Καταρχάς, για τον ακροδέκτη του μετατροπέα, αν και υπάρχουν πολλές μάρκες και διαφορετικές μέθοδοι καλωδίωσης, οι ακροδέκτες καλωδίωσης των περισσότερων μετατροπέων δεν διαφέρουν πολύ. Γενικά χωρίζονται σε εισόδους διακόπτη εμπρόσθιας και όπισθεν, που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της εμπρόσθιας και όπισθεν εκκίνησης του κινητήρα. Οι ακροδέκτες 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, κάποιοι χρησιμοποιούν απευθείας κουμπιά, τα οποία ελέγχονται όλα μέσω φυσικής καλωδίωσης. Ένας άλλος τρόπος είναι η χρήση ενός δικτύου επικοινωνίας. Πολλοί μετατροπείς συχνότητας υποστηρίζουν πλέον έλεγχο επικοινωνίας. Η γραμμή επικοινωνίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της εκκίνησης και της διακοπής, της περιστροφής προς τα εμπρός και προς τα πίσω, της ρύθμισης της ταχύτητας κ.λπ. του κινητήρα. Ταυτόχρονα, οι πληροφορίες ανάδρασης μεταδίδονται επίσης μέσω επικοινωνίας.
4. Τι συμβαίνει με τη ροπή εξόδου ενός κινητήρα όταν αλλάζει η ταχύτητα περιστροφής του (συχνότητα);
Η αρχική ροπή και η μέγιστη ροπή όταν κινούνται από μετατροπέα συχνότητας είναι μικρότερες από ό,τι όταν κινούνται απευθείας από τροφοδοτικό.
Ο κινητήρας έχει μεγάλη επίδραση εκκίνησης και επιτάχυνσης όταν τροφοδοτείται από τροφοδοτικό, αλλά αυτές οι επιπτώσεις είναι ασθενέστερες όταν τροφοδοτείται από μετατροπέα συχνότητας. Η άμεση εκκίνηση με τροφοδοτικό θα δημιουργήσει ένα 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 καθώς μειώνεται η συχνότητα (η ταχύτητα μειώνεται). Τα πραγματικά δεδομένα της μείωσης θα εξηγηθούν σε ορισμένα εγχειρίδια μετατροπέα συχνότητας.
Ο συνηθισμένος κινητήρας σχεδιάζεται και κατασκευάζεται για τάση 50Hz και η ονομαστική ροπή του δίνεται επίσης εντός αυτού του εύρους τάσης. Επομένως, η ρύθμιση της ταχύτητας κάτω από την ονομαστική συχνότητα ονομάζεται ρύθμιση της ταχύτητας με σταθερή ροπή. (T=Te, P<=Pe)
Όταν η συχνότητα εξόδου του μετατροπέα συχνότητας είναι μεγαλύτερη από 50Hz, η ροπή που παράγεται από τον κινητήρα μειώνεται σε μια γραμμική σχέση αντιστρόφως ανάλογη με τη συχνότητα.
Όταν ο κινητήρας λειτουργεί με συχνότητα μεγαλύτερη από 50Hz, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη το μέγεθος του φορτίου του κινητήρα για να αποτραπεί η ανεπαρκής ροπή εξόδου του κινητήρα.
Για παράδειγμα, η ροπή που παράγεται από τον κινητήρα στα 100Hz μειώνεται περίπου στο 1/2 της ροπής που παράγεται στα 50Hz.
Επομένως, η ρύθμιση της ταχύτητας πάνω από την ονομαστική συχνότητα ονομάζεται ρύθμιση της 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 30A. Αυτή τη στιγμή, εάν η συχνότητα εξόδου αυξηθεί στα 60Hz, 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.
Ποια είναι η ροπή αυτή τη στιγμή;
Επειδή P=wT(w; γωνιακή ταχύτητα, T: ροπή), εφόσον το P παραμένει αμετάβλητο και το w αυξάνεται, η ροπή θα μειωθεί ανάλογα.
Μπορούμε επίσης να το δούμε από μια άλλη οπτική γωνία:
Η τάση του στάτη του κινητήρα είναι U=E+I*R (I είναι το ρεύμα, R είναι η ηλεκτρονική αντίσταση και E είναι το επαγόμενο δυναμικό).
Μπορεί να φανεί ότι όταν τα U και I δεν αλλάζουν, ούτε το E αλλάζει.
Και E=k*f*X (k: σταθερά· f: συχνότητα· X: μαγνητική ροή), επομένως όταν το f αλλάζει από 50–>60Hz, το X θα μειωθεί ανάλογα.
Για τον κινητήρα, T=K*I*X (K: σταθερά· I: ρεύμα· X: μαγνητική ροή), επομένως η ροπή T θα μειώνεται καθώς μειώνεται η μαγνητική ροή X.
Ταυτόχρονα, όταν είναι μικρότερη από 50Hz, επειδή 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 ικανότητα υπερέντασης του μετατροπέα χρησιμοποιείται συνήθως για να περιγράψει την ικανότητά του σε υπερφόρτωση (ροπή) 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 50Hz, η ροπή εξόδου του κινητήρα θα μειωθεί.
6. Άλλοι παράγοντες που σχετίζονται με τη ροπή εξόδου
Η ικανότητα παραγωγής και απαγωγής θερμότητας καθορίζουν την ικανότητα ρεύματος εξόδου του μετατροπέα, επηρεάζοντας έτσι την ικανότητα ροπής εξόδου του μετατροπέα.
1. Συχνότητα φέροντος: Το ονομαστικό ρεύμα που αναγράφεται στον μετατροπέα είναι γενικά η τιμή που μπορεί να διασφαλίσει συνεχή έξοδο στην υψηλότερη συχνότητα φέροντος και στην υψηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η μείωση της συχνότητας φέροντος δεν θα επηρεάσει το ρεύμα του κινητήρα. Ωστόσο, η παραγωγή θερμότητας των εξαρτημάτων θα μειωθεί.
2. Θερμοκρασία περιβάλλοντος: Όπως ακριβώς η τιμή ρεύματος προστασίας του μετατροπέα δεν θα αυξηθεί όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος ανιχνευθεί σχετικά χαμηλή.
3. Υψόμετρο: Η αύξηση του υψομέτρου έχει αντίκτυπο στην απαγωγή θερμότητας και στην απόδοση της μόνωσης. Γενικά, μπορεί να αγνοηθεί κάτω από τα 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 χρησιμοποιείται ο μετατροπέας για τον έλεγχο του κινητήρα, καθώς και πώς ο μετατροπέας ελέγχει τον κινητήρα. Ο μετατροπέας ελέγχει τον κινητήρα, κάτι που μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:
Καταρχάς, 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 της Anhui MingtengΤα προϊόντα ελέγχονται από τον μετατροπέα. Εντός του εύρους φορτίου 25%-120%, έχουν υψηλότερη απόδοση και ευρύτερο εύρος λειτουργίας από τους ασύγχρονους κινητήρες των ίδιων προδιαγραφών και έχουν σημαντικά αποτελέσματα εξοικονόμησης ενέργειας.
Οι επαγγελματίες τεχνικοί μας θα επιλέξουν έναν καταλληλότερο μετατροπέα ανάλογα με τις συγκεκριμένες συνθήκες εργασίας και τις πραγματικές ανάγκες των πελατών, για να επιτύχουν καλύτερο έλεγχο του κινητήρα και να μεγιστοποιήσουν την απόδοσή του. Επιπλέον, το τμήμα τεχνικής εξυπηρέτησης μπορεί να καθοδηγήσει εξ αποστάσεως τους πελάτες στην εγκατάσταση και τον εντοπισμό σφαλμάτων του μετατροπέα, καθώς και να πραγματοποιήσει ολοκληρωμένη παρακολούθηση και συντήρηση πριν και μετά την πώληση.
Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι μια ανατύπωση 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. Εάν έχετε διαφορετικές γνώμες ή απόψεις, παρακαλούμε διορθώστε μας!
Ώρα δημοσίευσης: 09 Σεπτεμβρίου 2024