El convertidor de freqüència és una tecnologia que s'ha de dominar quan es fan treballs elèctrics. L'ús del convertidor de freqüència per controlar el motor és un mètode comú en el control elèctric; alguns també requereixen coneixements tècnics.
1. En primer lloc, per què utilitzar un convertidor de freqüència per controlar un motor?
El motor és una càrrega inductiva, que dificulta el canvi de corrent i produirà un gran canvi de corrent en arrencar.
L'inversor és un dispositiu de control d'energia elèctrica que utilitza la funció d'encesa i apagada dels dispositius semiconductors de potència per convertir la font d'alimentació de freqüència industrial en una altra freqüència. Està compost principalment per dos circuits, un és el circuit principal (mòdul rectificador, condensador electrolític i mòdul inversor) i l'altre és el circuit de control (placa de font d'alimentació commutada, placa de circuit de control).
Per tal de reduir el corrent d'arrencada del motor, especialment del motor amb més potència, com més gran sigui la potència, més gran serà el corrent d'arrencada. Un corrent d'arrencada excessiu suposarà una major càrrega per a la xarxa de subministrament i distribució d'energia. El convertidor de freqüència pot resoldre aquest problema d'arrencada i permetre que el motor arrenqui suaument sense causar un corrent d'arrencada excessiu.
Una altra funció de l'ús d'un convertidor de freqüència és ajustar la velocitat del motor. En molts casos, cal controlar la velocitat del motor per obtenir una millor eficiència de producció, i la regulació de la velocitat del convertidor de freqüència sempre ha estat el seu punt fort. El convertidor de freqüència controla la velocitat del motor canviant la freqüència de la font d'alimentació.
2. Quins són els mètodes de control de l'inversor?
Els cinc mètodes més utilitzats per controlar els motors amb inversor són els següents:
A. Mètode de control de modulació d'amplada de pols sinusoidal (SPWM)
Les seves característiques són una estructura de circuit de control senzilla, baix cost, bona duresa mecànica i la capacitat de complir els requisits de regulació de velocitat suau de la transmissió general. S'ha utilitzat àmpliament en diversos camps de la indústria.
No obstant això, a baixes freqüències, a causa de la baixa tensió de sortida, el parell es veu afectat significativament per la caiguda de tensió de la resistència de l'estator, cosa que redueix el parell màxim de sortida.
A més, les seves característiques mecàniques no són tan fortes com les dels motors de corrent continu, i la seva capacitat de parell dinàmic i el rendiment de regulació de velocitat estàtica no són satisfactoris. A més, el rendiment del sistema no és alt, la corba de control canvia amb la càrrega, la resposta de parell és lenta, la taxa d'utilització del parell del motor no és alta i el rendiment disminueix a baixa velocitat a causa de l'existència de resistència de l'estator i l'efecte de zona morta de l'inversor, i l'estabilitat es deteriora. Per tant, s'ha estudiat la regulació de velocitat de freqüència variable per control vectorial.
B. Mètode de control del vector espacial de voltatge (SVPWM)
Es basa en l'efecte de generació global de la forma d'ona trifàsica, amb l'objectiu d'aproximar-se a la trajectòria ideal del camp magnètic giratori circular de l'entreferro del motor, generant una forma d'ona de modulació trifàsica a la vegada i controlant-la a la manera d'un polígon inscrit que s'aproxima al cercle.
Després de l'ús pràctic, s'ha millorat, és a dir, introduint una compensació de freqüència per eliminar l'error de control de velocitat; estimant l'amplitud del flux mitjançant retroalimentació per eliminar la influència de la resistència de l'estator a baixa velocitat; tancant el bucle de tensió i corrent de sortida per millorar la precisió i l'estabilitat dinàmica. Tanmateix, hi ha molts enllaços de circuits de control i no s'introdueix cap ajust de parell, de manera que el rendiment del sistema no s'ha millorat fonamentalment.
C. Mètode de control vectorial (VC)
L'essència és fer que el motor de corrent altern sigui equivalent a un motor de corrent continu i controlar independentment la velocitat i el camp magnètic. Controlant el flux del rotor, el corrent de l'estator es descompon per obtenir els components del parell i del camp magnètic, i la transformació de coordenades s'utilitza per aconseguir un control ortogonal o desacoblat. La introducció del mètode de control vectorial té una importància epocal. Tanmateix, en aplicacions pràctiques, com que el flux del rotor és difícil d'observar amb precisió, les característiques del sistema es veuen molt afectades pels paràmetres del motor, i la transformació de rotació vectorial utilitzada en el procés de control equivalent del motor de corrent continu és relativament complexa, cosa que dificulta que l'efecte de control real aconsegueixi el resultat d'anàlisi ideal.
D. Mètode de control directe de parell (DTC)
El 1985, el professor DePenbrock de la Universitat de Ruhr a Alemanya va proposar per primera vegada la tecnologia de conversió de freqüència de control directe de parell. Aquesta tecnologia ha resolt en gran mesura les deficiències del control vectorial esmentat anteriorment i s'ha desenvolupat ràpidament amb noves idees de control, una estructura de sistema concisa i clara i un excel·lent rendiment dinàmic i estàtic.
Actualment, aquesta tecnologia s'ha aplicat amb èxit a la tracció de transmissió de CA d'alta potència de locomotores elèctriques. El control directe del parell analitza directament el model matemàtic dels motors de CA en el sistema de coordenades de l'estator i controla el flux magnètic i el parell del motor. No cal equiparar els motors de CA als motors de CC, eliminant així molts càlculs complexos en la transformació de rotació vectorial; no cal imitar el control dels motors de CC, ni cal simplificar el model matemàtic dels motors de CA per al desacoblament.
E. Mètode de control matricial AC-AC
La conversió de freqüència VVVF, la conversió de freqüència de control vectorial i la conversió de freqüència de control directe de parell són tots tipus de conversió de freqüència AC-DC-AC. Els seus desavantatges comuns són el baix factor de potència d'entrada, el gran corrent harmònic, el gran condensador d'emmagatzematge d'energia necessari per al circuit de CC i l'energia regenerativa que no es pot retornar a la xarxa elèctrica, és a dir, que no pot funcionar en quatre quadrants.
Per aquest motiu, va sorgir la conversió de freqüència matricial AC-AC. Com que la conversió de freqüència matricial AC-AC elimina l'enllaç de CC intermedi, també elimina el condensador electrolític gran i car. Pot aconseguir un factor de potència d'1, un corrent d'entrada sinusoidal i pot funcionar en quatre quadrants, i el sistema té una alta densitat de potència. Tot i que aquesta tecnologia encara no està madura, encara atrau molts estudiosos a dur a terme investigacions en profunditat. La seva essència no és controlar indirectament el corrent, el flux magnètic i altres quantitats, sinó utilitzar directament el parell com a quantitat controlada per aconseguir-ho.
3. Com controla un motor un convertidor de freqüència? Com es connecten els dos cables?
El cablejat de l'inversor per controlar el motor és relativament senzill, similar al cablejat del contactor, amb tres línies d'alimentació principals que entren i després surten del motor, però la configuració és més complicada i les maneres de controlar l'inversor també són diferents.
En primer lloc, pel que fa al terminal de l'inversor, tot i que hi ha moltes marques i mètodes de cablejat diferents, els terminals de cablejat de la majoria d'inversors no són gaire diferents. Generalment es divideixen en entrades de commutador endavant i invers, que s'utilitzen per controlar l'arrencada endavant i inversa del motor. Els terminals de retroalimentació s'utilitzen per retroalimentar l'estat de funcionament del motor,incloent-hi la freqüència de funcionament, la velocitat, l'estat de fallades, etc.
Per al control de la configuració de la velocitat, alguns convertidors de freqüència utilitzen potenciòmetres, d'altres utilitzen botons directament, tots els quals es controlen mitjançant cablejat físic. Una altra manera és utilitzar una xarxa de comunicació. Molts convertidors de freqüència ara admeten el control de comunicació. La línia de comunicació es pot utilitzar per controlar l'arrencada i l'aturada, la rotació cap endavant i cap enrere, l'ajust de la velocitat, etc. del motor. Al mateix temps, la informació de retroalimentació també es transmet a través de la comunicació.
4. Què passa amb el parell de sortida d'un motor quan canvia la seva velocitat de rotació (freqüència)?
El parell d'arrencada i el parell màxim quan es mou per un convertidor de freqüència són més petits que quan es mou directament per una font d'alimentació.
El motor té un gran impacte d'arrencada i acceleració quan s'alimenta amb una font d'alimentació, però aquests impactes són més febles quan s'alimenta amb un convertidor de freqüència. L'arrencada directa amb una font d'alimentació generarà un corrent d'arrencada elevat. Quan s'utilitza un convertidor de freqüència, la tensió de sortida i la freqüència del convertidor de freqüència s'afegeixen gradualment al motor, de manera que el corrent d'arrencada del motor i l'impacte són més petits. Normalment, el parell generat pel motor disminueix a mesura que disminueix la freqüència (disminueix la velocitat). Les dades reals de la reducció s'explicaran en alguns manuals del convertidor de freqüència.
El motor habitual està dissenyat i fabricat per a una tensió de 50 Hz, i el seu parell nominal també es dóna dins d'aquest rang de tensió. Per tant, la regulació de velocitat per sota de la freqüència nominal s'anomena regulació de velocitat de parell constant. (T = Te, P < = Pe)
Quan la freqüència de sortida del convertidor de freqüència és superior a 50 Hz, el parell generat pel motor disminueix en una relació lineal inversament proporcional a la freqüència.
Quan el motor funciona a una freqüència superior a 50 Hz, cal tenir en compte la magnitud de la càrrega del motor per evitar un parell de sortida insuficient del motor.
Per exemple, el parell generat pel motor a 100 Hz es redueix a aproximadament la meitat del parell generat a 50 Hz.
Per tant, la regulació de velocitat per sobre de la freqüència nominal s'anomena regulació de velocitat a potència constant. (P = Ue * Ie).
5. Aplicació del convertidor de freqüència per sobre de 50 Hz
Per a un motor específic, la seva tensió nominal i el seu corrent nominal són constants.
Per exemple, si els valors nominals de l'inversor i del motor són tots dos: 15 kW/380 V/30 A, el motor pot funcionar per sobre dels 50 Hz.
Quan la velocitat és de 50 Hz, la tensió de sortida de l'inversor és de 380 V i el corrent és de 30 A. En aquest moment, si la freqüència de sortida augmenta a 60 Hz, la tensió i el corrent de sortida màxims de l'inversor només poden ser de 380 V/30 A. Òbviament, la potència de sortida es manté sense canvis, per la qual cosa l'anomenem regulació de velocitat de potència constant.
Quin és el parell motor en aquest moment?
Com que P = wT(w; velocitat angular, T: parell de parell), atès que P roman inalterat i w augmenta, el parell de parell disminuirà en conseqüència.
També ho podem veure des d'un altre angle:
El voltatge de l'estator del motor és U = E + I * R (I és el corrent, R és la resistència electrònica i E és el potencial induït).
Es pot veure que quan U i I no canvien, E tampoc canvia.
I E = k*f*X (k: constant; f: freqüència; X: flux magnètic), de manera que quan f canvia de 50–>60 Hz, X disminuirà en conseqüència.
Per al motor, T = K*I*X (K: constant; I: corrent; X: flux magnètic), de manera que el parell T disminuirà a mesura que disminueixi el flux magnètic X.
Al mateix temps, quan és inferior a 50 Hz, com que I*R és molt petit, quan U/f = E/f no canvia, el flux magnètic (X) és constant. El parell T és proporcional al corrent. És per això que la capacitat de sobrecorrent de l'inversor s'utilitza normalment per descriure la seva capacitat de sobrecàrrega (parell), i s'anomena regulació de velocitat de parell constant (el corrent nominal roman sense canvis -> el parell màxim roman sense canvis).
Conclusió: Quan la freqüència de sortida de l'inversor augmenta per sobre de 50 Hz, el parell de sortida del motor disminuirà.
6. Altres factors relacionats amb el parell de sortida
La generació de calor i la capacitat de dissipació de calor determinen la capacitat de corrent de sortida de l'inversor, afectant així la capacitat de parell de sortida de l'inversor.
1. Freqüència portadora: El corrent nominal marcat a l'inversor és generalment el valor que pot garantir una sortida contínua a la freqüència portadora més alta i a la temperatura ambient més alta. La reducció de la freqüència portadora no afectarà el corrent del motor. Tanmateix, es reduirà la generació de calor dels components.
2. Temperatura ambient: Igual que el valor del corrent de protecció de l'inversor, no augmentarà quan es detecti que la temperatura ambient és relativament baixa.
3. Altitud: L'augment d'altitud té un impacte en la dissipació de calor i el rendiment d'aïllament. Generalment, es pot ignorar per sota dels 1000 m i la capacitat es pot reduir en un 5% per cada 1000 metres per sobre.
7. Quina és la freqüència adequada perquè un convertidor de freqüència controli un motor?
En el resum anterior, hem après per què s'utilitza l'inversor per controlar el motor i també hem entès com l'inversor controla el motor. L'inversor controla el motor, cosa que es pot resumir de la següent manera:
Primer, l'inversor controla la tensió d'arrencada i la freqüència del motor per aconseguir un inici suau i una aturada suau;
En segon lloc, l'inversor s'utilitza per ajustar la velocitat del motor i la velocitat del motor s'ajusta canviant la freqüència.
Motor d'imant permanent d'Anhui MingtengEls productes són controlats per l'inversor. Dins del rang de càrrega del 25% al 120%, tenen una eficiència més alta i un rang de funcionament més ampli que els motors asíncrons de les mateixes especificacions, i tenen efectes significatius d'estalvi d'energia.
Els nostres tècnics professionals seleccionaran un inversor més adequat segons les condicions de treball específiques i les necessitats reals dels clients per aconseguir un millor control del motor i maximitzar el seu rendiment. A més, el nostre departament de servei tècnic pot guiar els clients de forma remota per instal·lar i depurar l'inversor, i realitzar un seguiment i servei complet abans i postvenda.
Drets d'autor: Aquest article és una reimpressió del número públic de WeChat "Formació tècnica", l'enllaç original és https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Aquest article no representa els punts de vista de la nostra empresa. Si teniu opinions o punts de vista diferents, corregiu-nos!
Data de publicació: 09 de setembre de 2024