Frekvensomformer er en teknologi, der bør mestres, når man udfører elektrisk arbejde. Brug af frekvensomformer til at styre motorer er en almindelig metode inden for elektrisk styring; nogle kræver også færdigheder i deres brug.
1. Først og fremmest, hvorfor bruge en frekvensomformer til at styre en motor?
Motoren er en induktiv belastning, som hindrer strømændringen og vil producere en stor ændring i strømmen ved start.
Inverteren er en elektrisk energistyringsenhed, der bruger tænd-sluk-funktionen i effekthalvlederenheder til at konvertere den industrielle frekvensstrømforsyning til en anden frekvens. Den består hovedsageligt af to kredsløb, det ene er hovedkredsløbet (ensrettermodul, elektrolytisk kondensator og invertermodul), og det andet er styrekredsløbet (switching power supply board, board).
For at reducere motorens startstrøm, især for motorer med højere effekt, gælder det, at jo større effekten er, desto større er startstrømmen. For høj startstrøm vil belaste strømforsyningen og distributionsnettet mere. Frekvensomformeren kan løse dette startproblem og give motoren mulighed for at starte jævnt uden at forårsage for høj startstrøm.
En anden funktion ved at bruge en frekvensomformer er at justere motorens hastighed. I mange tilfælde er det nødvendigt at styre motorens hastighed for at opnå bedre produktionseffektivitet, og frekvensomformerens hastighedsregulering har altid været dens største højdepunkt. Frekvensomformeren styrer motorens hastighed ved at ændre strømforsyningens frekvens.
2. Hvad er inverterstyringsmetoderne?
De fem mest almindeligt anvendte metoder til inverterstyring af motorer er som følger:
A. Sinusformet pulsbreddemodulations (SPWM) kontrolmetode
Dens egenskaber er enkel styrekredsstruktur, lave omkostninger, god mekanisk hårdhed og kan opfylde kravene til jævn hastighedsregulering i generel transmission. Den har været meget anvendt inden for forskellige brancher.
Ved lave frekvenser påvirkes momentet imidlertid betydeligt af statormodstandens spændingsfald på grund af den lave udgangsspænding, hvilket reducerer det maksimale udgangsmoment.
Derudover er dens mekaniske egenskaber ikke så stærke som DC-motorers, og dens dynamiske momentkapacitet og statiske hastighedsreguleringsydelse er ikke tilfredsstillende. Derudover er systemets ydeevne ikke høj, kontrolkurven ændrer sig med belastningen, momentresponsen er langsom, motorens drejningsmomentudnyttelseshastighed er ikke høj, og ydeevnen falder ved lav hastighed på grund af statormodstand og inverterdødzoneeffekt, og stabiliteten forringes. Derfor har man studeret vektorstyring med variabel frekvenshastighedsregulering.
B. Spændingsrumsvektor (SVPWM) kontrolmetode
Den er baseret på den samlede genereringseffekt af trefaset-bølgeformen med det formål at nærme sig den ideelle cirkulære roterende magnetfeltbane for motorens luftspalte, generere en trefaset modulationsbølgeform ad gangen og styre den i form af en indskrevet polygon, der tilnærmer cirklen.
Efter praktisk brug er det blevet forbedret, dvs. introduceret frekvenskompensation for at eliminere fejl i hastighedsstyringen; estimering af fluxamplituden gennem feedback for at eliminere indflydelsen fra statormodstand ved lav hastighed; lukning af udgangsspændings- og strømsløjfen for at forbedre dynamisk nøjagtighed og stabilitet. Der er dog mange styrekredsløbsforbindelser, og der er ikke introduceret nogen momentjustering, så systemets ydeevne er ikke fundamentalt forbedret.
C. Vektorkontrolmetode (VC)
Essensen er at gøre AC-motoren ækvivalent med en DC-motor og uafhængigt styre hastigheden og magnetfeltet. Ved at styre rotorfluxen dekomponeres statorstrømmen for at opnå moment- og magnetfeltkomponenterne, og koordinattransformationen bruges til at opnå ortogonal eller afkoblet styring. Introduktionen af vektorstyringsmetoden er af banebrydende betydning. I praktiske anvendelser påvirkes systemkarakteristikaene imidlertid i høj grad af motorparametrene, da rotorfluxen er vanskelig at observere nøjagtigt, og vektorrotationstransformationen, der anvendes i den ækvivalente DC-motorstyringsproces, er relativt kompleks, hvilket gør det vanskeligt for den faktiske styringseffekt at opnå det ideelle analyseresultat.
D. Direkte momentstyringsmetode (DTC)
I 1985 foreslog professor DePenbrock fra Ruhr-universitetet i Tyskland den første teknologi til frekvensomdannelse med direkte momentstyring. Denne teknologi har i vid udstrækning løst manglerne ved den ovennævnte vektorstyring og er blevet hurtigt udviklet med nye styringsideer, en præcis og klar systemstruktur samt fremragende dynamisk og statisk ydeevne.
I øjeblikket er denne teknologi blevet anvendt med succes til højtydende AC-transmissionstrækkraft i elektriske lokomotiver. Direkte momentstyring analyserer direkte den matematiske model af AC-motorer i statorkoordinatsystemet og styrer motorens magnetiske flux og moment. Det er ikke nødvendigt at sidestille AC-motorer med DC-motorer, hvilket eliminerer mange komplekse beregninger i vektorrotationstransformationen; det er ikke nødvendigt at imitere styringen af DC-motorer, og det er heller ikke nødvendigt at forenkle den matematiske model af AC-motorer til afkobling.
E. Matrix AC-AC-styringsmetode
VVVF-frekvensomdannelse, vektorstyret frekvensomdannelse og direkte momentstyret frekvensomdannelse er alle typer AC-DC-AC-frekvensomdannelse. Deres almindelige ulemper er lav indgangseffektfaktor, stor harmonisk strøm, stor energilagringskondensator, der kræves til DC-kredsløbet, og regenerativ energi kan ikke føres tilbage til elnettet, dvs. den kan ikke fungere i fire kvadranter.
Af denne grund opstod matrix AC-AC frekvenskonvertering. Da matrix AC-AC frekvenskonvertering eliminerer den mellemliggende DC-forbindelse, eliminerer den også den store og dyre elektrolytiske kondensator. Den kan opnå en effektfaktor på 1, en sinusformet indgangsstrøm og kan operere i fire kvadranter, og systemet har en høj effekttæthed. Selvom denne teknologi endnu ikke er moden, tiltrækker den stadig mange forskere til at udføre dybdegående forskning. Dens essens er ikke indirekte at kontrollere strøm, magnetisk flux og andre størrelser, men direkte at bruge drejningsmoment som den kontrollerede størrelse til at opnå det.
3. Hvordan styrer en frekvensomformer en motor? Hvordan er de to forbundet sammen?
Ledningsføringen af inverteren til at styre motoren er relativt enkel, svarende til ledningsføringen af kontaktoren, med tre hovedstrømledninger, der går ind i og derefter ud til motoren, men indstillingerne er mere komplicerede, og måderne at styre inverteren på er også forskellige.
Først og fremmest, for inverterterminalen, selvom der findes mange mærker og forskellige ledningsføringsmetoder, er ledningsføringsterminalerne på de fleste invertere ikke meget forskellige. Generelt opdelt i fremadgående og baglæns kontaktindgange, der bruges til at styre motorens fremadgående og baglæns start. Feedbackterminaler bruges til at give feedback om motorens driftsstatus,herunder driftsfrekvens, hastighed, fejlstatus osv.
Til hastighedsindstilling bruger nogle frekvensomformere potentiometre, andre bruger knapper direkte, som alle styres via fysisk ledningsføring. En anden måde er at bruge et kommunikationsnetværk. Mange frekvensomformere understøtter nu kommunikationsstyring. Kommunikationslinjen kan bruges til at styre start og stop, fremad- og baglæns rotation, hastighedsjustering osv. af motoren. Samtidig transmitteres feedbackinformation også via kommunikation.
4. Hvad sker der med en motors udgangsmoment, når dens rotationshastighed (frekvens) ændres?
Startmomentet og det maksimale moment er mindre, når den drives af en frekvensomformer, end når den drives direkte af en strømforsyning.
Motoren har en stor start- og accelerationspåvirkning, når den drives af en strømforsyning, men disse påvirkninger er svagere, når den drives af en frekvensomformer. Direkte start med en strømforsyning vil generere en stor startstrøm. Når en frekvensomformer anvendes, tilføjes frekvensomformerens udgangsspænding og frekvens gradvist til motoren, så motorens startstrøm og påvirkning er mindre. Normalt falder det drejningsmoment, der genereres af motoren, når frekvensen falder (hastigheden falder). De faktiske data for reduktionen vil blive forklaret i nogle manualer til frekvensomformere.
En almindelig motor er designet og fremstillet til en spænding på 50 Hz, og dens nominelle drejningsmoment er også angivet inden for dette spændingsområde. Derfor kaldes hastighedsregulering under den nominelle frekvens konstant drejningsmomenthastighedsregulering. (T=Te, P<=Pe)
Når frekvensomformerens udgangsfrekvens er større end 50 Hz, falder det drejningsmoment, der genereres af motoren, lineært omvendt proportionalt med frekvensen.
Når motoren kører med en frekvens på over 50 Hz, skal motorbelastningens størrelse tages i betragtning for at forhindre utilstrækkeligt motorudgangsmoment.
For eksempel reduceres det drejningsmoment, der genereres af motoren ved 100 Hz, til omkring 1/2 af det drejningsmoment, der genereres ved 50 Hz.
Derfor kaldes hastighedsregulering over den nominelle frekvens konstant effekthastighedsregulering. (P=Ue*Ie).
5. Anvendelse af frekvensomformer over 50Hz
For en specifik motor er dens nominelle spænding og nominelle strøm konstante.
Hvis for eksempel både inverterens og motorens nominelle værdier er: 15 kW/380 V/30 A, kan motoren køre over 50 Hz.
Når hastigheden er 50 Hz, er inverterens udgangsspænding 380 V, og strømmen er 30 A. Hvis udgangsfrekvensen på dette tidspunkt øges til 60 Hz, kan inverterens maksimale udgangsspænding og -strøm kun være 380 V/30 A. Udgangseffekten forbliver naturligvis uændret, så vi kalder det konstant effekthastighedsregulering.
Hvordan er drejningsmomentet på nuværende tidspunkt?
Fordi P = wT(w; vinkelhastighed, T: drejningsmoment), da P forbliver uændret og w stiger, vil drejningsmomentet falde tilsvarende.
Vi kan også se på det fra en anden vinkel:
Motorens statorspænding er U = E + I * R (I er strøm, R er elektronisk modstand, og E er induceret potentiale).
Det kan ses, at når U og I ikke ændrer sig, ændrer E sig heller ikke.
Og E=k*f*X (k: konstant; f: frekvens; X: magnetisk flux), så når f ændrer sig fra 50–>60 Hz, vil X falde tilsvarende.
For motoren er T=K*I*X (K: konstant; I: strøm; X: magnetisk flux), så momentet T vil falde, når den magnetiske flux X falder.
Samtidig, når den er mindre end 50 Hz, da I*R er meget lille, er den magnetiske flux (X) konstant, når U/f=E/f ikke ændrer sig. Momentet T er proportionalt med strømmen. Derfor bruges omformerens overstrømskapacitet normalt til at beskrive dens overbelastningskapacitet (moment), og det kaldes konstant momenthastighedsregulering (nominel strøm forbliver uændret –> maksimalt moment forbliver uændret).
Konklusion: Når inverterens udgangsfrekvens stiger fra over 50 Hz, vil motorens udgangsmoment falde.
6. Andre faktorer relateret til udgangsmoment
Varmeproduktionen og varmeafledningsevnen bestemmer inverterens udgangsstrømkapacitet og påvirker dermed inverterens udgangsmomentkapacitet.
1. Bærefrekvens: Den nominelle strøm, der er angivet på inverteren, er generelt den værdi, der kan sikre kontinuerlig effekt ved den højeste bærefrekvens og den højeste omgivelsestemperatur. Reduktion af bærefrekvensen vil ikke påvirke motorens strøm. Imidlertid vil komponenternes varmeudvikling blive reduceret.
2. Omgivelsestemperatur: Ligesom inverterbeskyttelsesstrømmen vil værdien ikke øges, når omgivelsestemperaturen registreres som værende relativt lav.
3. Højde: Stigningen i højden har indflydelse på varmeafledning og isoleringsevne. Generelt kan det ignoreres under 1000 m, og kapaciteten kan reduceres med 5 % for hver 1000 meter over.
7. Hvad er den passende frekvens for en frekvensomformer til at styre en motor?
I ovenstående opsummering har vi lært, hvorfor inverteren bruges til at styre motoren, og også forstået, hvordan inverteren styrer motoren. Inverteren styrer motoren, hvilket kan opsummeres som følger:
Først styrer inverteren motorens startspænding og frekvens for at opnå en jævn start og et jævnt stop;
For det andet bruges inverteren til at justere motorens hastighed, og motorhastigheden justeres ved at ændre frekvensen.
Anhui Mingtengs permanentmagnetmotorProdukterne styres af inverteren. Inden for belastningsområdet på 25%-120% har de højere effektivitet og et bredere driftsområde end asynkronmotorer med samme specifikationer og har betydelige energibesparende effekter.
Vores professionelle teknikere vil vælge en mere passende inverter i henhold til de specifikke arbejdsforhold og kundernes faktiske behov for at opnå bedre kontrol over motoren og maksimere motorens ydeevne. Derudover kan vores tekniske serviceafdeling fjernstyre kunderne i installation og fejlfinding af inverteren og udføre alsidig opfølgning og service før og efter salg.
Ophavsret: Denne artikel er et genoptryk af WeChats offentlige nummer "Teknisk træning", det originale link https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Denne artikel repræsenterer ikke vores virksomheds synspunkter. Hvis du har andre meninger eller synspunkter, bedes du rette os!
Opslagstidspunkt: 9. september 2024