Frekvenčný menič je technológia, ktorú by ste mali ovládať pri vykonávaní elektrických prác. Používanie frekvenčného meniča na riadenie motora je bežnou metódou v elektrickom riadení; niektoré si vyžadujú aj znalosť jeho používania.
1. V prvom rade, prečo používať frekvenčný menič na riadenie motora?
Motor je indukčná záťaž, ktorá bráni zmene prúdu a pri štarte spôsobí veľkú zmenu prúdu.
Menič je zariadenie na riadenie elektrickej energie, ktoré využíva funkciu zapnutia a vypnutia výkonových polovodičových súčiastok na prevod priemyselnej frekvencie napájania na inú frekvenciu. Skladá sa hlavne z dvoch obvodov, jeden je hlavný obvod (usmerňovací modul, elektrolytický kondenzátor a meničový modul) a druhý je riadiaci obvod (doska spínaného zdroja, doska riadiacich plošných spojov).
Aby sa znížil štartovací prúd motora, najmä u motorov s vyšším výkonom, platí, že čím väčší výkon, tým väčší je štartovací prúd. Nadmerný štartovací prúd spôsobí väčšie zaťaženie napájacej a distribučnej siete. Frekvenčný menič dokáže tento problém so štartovaním vyriešiť a umožniť plynulý štart motora bez nadmerného štartovacieho prúdu.
Ďalšou funkciou použitia frekvenčného meniča je nastavenie otáčok motora. V mnohých prípadoch je potrebné regulovať otáčky motora, aby sa dosiahla lepšia efektivita výroby, a regulácia otáčok frekvenčným meničom bola vždy jej najväčším lákadlom. Frekvenčný menič riadi otáčky motora zmenou frekvencie napájacieho zdroja.
2. Aké sú metódy riadenia meniča?
Päť najbežnejšie používaných metód riadenia motorov pomocou invertora je nasledovných:
A. Metóda riadenia sínusovou pulzno-šírkovou moduláciou (SPWM)
Jeho charakteristickými znakmi sú jednoduchá štruktúra riadiaceho obvodu, nízke náklady, dobrá mechanická tvrdosť a schopnosť spĺňať požiadavky na plynulú reguláciu rýchlosti všeobecných prevodoviek. Široko sa používa v rôznych odvetviach priemyslu.
Avšak pri nízkych frekvenciách je krútiaci moment v dôsledku nízkeho výstupného napätia výrazne ovplyvnený poklesom napätia na statorovom odpore, čo znižuje maximálny výstupný krútiaci moment.
Okrem toho, jeho mechanické vlastnosti nie sú také silné ako u jednosmerných motorov a jeho dynamická krútiaca kapacita a statická regulácia otáčok nie sú uspokojivé. Okrem toho, výkon systému nie je vysoký, regulačná krivka sa mení so zaťažením, odozva krútiaceho momentu je pomalá, miera využitia krútiaceho momentu motora nie je vysoká a výkon sa pri nízkych otáčkach znižuje v dôsledku existencie statorového odporu a efektu mŕtvej zóny meniča, čím sa zhoršuje stabilita. Preto sa ľudia venujú vektorovému riadeniu s premenlivou frekvenciou a regulácii otáčok.
B. Metóda riadenia vektorom napäťového priestoru (SVPWM)
Je založený na celkovom generačnom efekte trojfázového priebehu s cieľom priblížiť sa k ideálnej kruhovej trajektórii rotujúceho magnetického poľa vzduchovej medzery motora, generovať po jednom trojfázovom modulačnom priebehu a riadiť ho spôsobom vpísaného polygónu aproximujúceho kružnicu.
Po praktickom použití došlo k vylepšeniu, a to zavedením frekvenčnej kompenzácie na elimináciu chyby regulácie otáčok; odhadom amplitúdy toku pomocou spätnej väzby na elimináciu vplyvu odporu statora pri nízkych otáčkach; uzavretím výstupnej napäťovej a prúdovej slučky na zlepšenie dynamickej presnosti a stability. Existuje však veľa prepojení riadiaceho obvodu a nebolo zavedené žiadne nastavenie krútiaceho momentu, takže výkon systému sa zásadne nezlepšil.
C. Metóda vektorovej kontroly (VC)
Podstatou je vytvoriť striedavý motor ekvivalentný jednosmernému motoru a nezávisle riadiť rýchlosť a magnetické pole. Riadením rotorového toku sa statorový prúd rozloží na zložky krútiaceho momentu a magnetického poľa a pomocou transformácie súradníc sa dosiahne ortogonálne alebo oddelené riadenie. Zavedenie metódy vektorového riadenia má prelomový význam. V praktických aplikáciách je však ťažké presne pozorovať rotorový tok, čo výrazne ovplyvňuje charakteristiky systému parametrami motora a vektorová transformácia rotácie použitá v ekvivalentnom procese riadenia jednosmerného motora je pomerne zložitá, čo sťažuje dosiahnutie ideálneho výsledku analýzy skutočným regulačným efektom.
D. Metóda priameho riadenia krútiaceho momentu (DTC)
V roku 1985 profesor DePenbrock z Ruhrskej univerzity v Nemecku ako prvý navrhol technológiu priamej regulácie krútiaceho momentu s frekvenčnou konverziou. Táto technológia do značnej miery vyriešila nedostatky vyššie uvedeného vektorového riadenia a rýchlo sa rozvinula s novými myšlienkami riadenia, stručnou a jasnou štruktúrou systému a vynikajúcim dynamickým a statickým výkonom.
V súčasnosti sa táto technológia úspešne používa na prenos vysokovýkonného striedavého prúdu v elektrických lokomotívach. Priame riadenie krútiaceho momentu priamo analyzuje matematický model striedavých motorov v súradnicovom systéme statora a riadi magnetický tok a krútiaci moment motora. Nevyžaduje si prirovnávanie striedavých motorov k jednosmerným motorom, čím sa eliminuje mnoho zložitých výpočtov pri transformácii vektorovej rotácie; nevyžaduje si napodobňovanie riadenia jednosmerných motorov ani zjednodušovanie matematického modelu striedavých motorov kvôli oddeleniu.
E. Metóda maticového riadenia AC-AC
VVVF frekvenčná konverzia, vektorová frekvenčná konverzia a priama frekvenčná konverzia s riadením krútiaceho momentu sú všetko typy frekvenčnej konverzie AC-DC-AC. Ich spoločnými nevýhodami sú nízky vstupný účinník, vysoký harmonický prúd, veľký kondenzátor potrebný pre jednosmerný obvod a nemožnosť vracania regeneratívnej energie späť do elektrickej siete, to znamená, že nemôže pracovať v štyroch kvadrantoch.
Z tohto dôvodu vznikla maticová AC-AC frekvenčná konverzia. Keďže maticová AC-AC frekvenčná konverzia eliminuje medziľahlý jednosmerný spoj, eliminuje aj veľký a drahý elektrolytický kondenzátor. Dokáže dosiahnuť účinník 1, sínusový vstupný prúd a môže pracovať v štyroch kvadrantoch, pričom systém má vysokú hustotu výkonu. Hoci táto technológia ešte nie je zrelá, stále priťahuje mnohých vedcov k hĺbkovému výskumu. Jej podstatou nie je nepriamo riadiť prúd, magnetický tok a iné veličiny, ale priamo použiť krútiaci moment ako riadenú veličinu na dosiahnutie tohto cieľa.
3. Ako frekvenčný menič riadi motor? Ako sú tieto dva prvky prepojené?
Zapojenie meniča na ovládanie motora je relatívne jednoduché, podobné zapojeniu stýkača, s tromi hlavnými elektrickými vodičmi vstupujúcimi a vychádzajúcimi do motora, ale nastavenia sú zložitejšie a spôsoby ovládania meniča sú tiež odlišné.
V prvom rade, čo sa týka terminálu meniča, hoci existuje veľa značiek a rôznych spôsobov zapojenia, terminály zapojenia väčšiny meničov sa veľmi nelíšia. Vo všeobecnosti sa delia na vstupy prepínačov dopredu a dozadu, ktoré sa používajú na ovládanie štartu motora dopredu a dozadu. Terminály spätnej väzby sa používajú na spätnú väzbu prevádzkového stavu motora.vrátane prevádzkovej frekvencie, rýchlosti, poruchového stavu atď.
Na ovládanie nastavenia rýchlosti niektoré frekvenčné meniče používajú potenciometre, niektoré priamo tlačidlá, pričom všetky sa ovládajú fyzickým vedením. Ďalším spôsobom je použitie komunikačnej siete. Mnoho frekvenčných meničov teraz podporuje ovládanie cez komunikáciu. Komunikačná linka sa môže použiť na ovládanie štartu a zastavenia, otáčania dopredu a dozadu, nastavenia rýchlosti atď. motora. Zároveň sa prostredníctvom komunikácie prenášajú aj spätnoväzobné informácie.
4. Čo sa stane s výstupným krútiacim momentom motora, keď sa zmení jeho rýchlosť otáčania (frekvencia)?
Počiatočný krútiaci moment a maximálny krútiaci moment pri pohone frekvenčným meničom sú menšie ako pri priamom pohone zo zdroja napájania.
Motor má veľký štartovací a akceleračný vplyv, keď je napájaný zo zdroja napájania, ale tieto vplyvy sú slabšie, keď je napájaný z frekvenčného meniča. Priamy štart zo zdroja napájania vygeneruje veľký štartovací prúd. Pri použití frekvenčného meniča sa výstupné napätie a frekvencia frekvenčného meniča postupne pridávajú k motoru, takže štartovací prúd a vplyv motora sú menšie. Krútiaci moment generovaný motorom sa zvyčajne znižuje so znižujúcou sa frekvenciou (znižujúcou sa rýchlosťou). Skutočné údaje o znížení budú vysvetlené v niektorých manuáloch k frekvenčným meničom.
Bežný motor je navrhnutý a vyrobený pre napätie 50 Hz a jeho menovitý krútiaci moment je tiež uvedený v tomto rozsahu napätia. Preto sa regulácia otáčok pod menovitou frekvenciou nazýva regulácia otáčok s konštantným krútiacim momentom. (T=Te, P<=Pe)
Keď je výstupná frekvencia frekvenčného meniča väčšia ako 50 Hz, krútiaci moment generovaný motorom sa lineárne znižuje nepriamo úmerne frekvencii.
Ak motor beží s frekvenciou vyššou ako 50 Hz, je potrebné zvážiť veľkosť zaťaženia motora, aby sa predišlo nedostatočnému výstupnému krútiacemu momentu motora.
Napríklad krútiaci moment generovaný motorom pri 100 Hz sa zníži na približne 1/2 krútiaceho momentu generovaného pri 50 Hz.
Preto sa regulácia otáčok nad menovitou frekvenciou nazýva regulácia otáčok s konštantným výkonom. (P=Ue*Ie).
5. Použitie frekvenčného meniča nad 50 Hz
Pre konkrétny motor je jeho menovité napätie a menovitý prúd konštantné.
Napríklad, ak sú menovité hodnoty meniča aj motora: 15 kW/380 V/30 A, motor môže pracovať nad 50 Hz.
Pri rýchlosti 50 Hz je výstupné napätie meniča 380 V a prúd 30 A. V tomto prípade, ak sa výstupná frekvencia zvýši na 60 Hz, maximálne výstupné napätie a prúd meniča môže byť iba 380 V/30 A. Výstupný výkon samozrejme zostáva nezmenený, preto to nazývame reguláciou konštantného výkonu a rýchlosti.
Aký je momentálny krútiaci moment?
Pretože P=wT(w; uhlová rýchlosť, T: krútiaci moment), keďže P zostáva nezmenený a w sa zvyšuje, krútiaci moment sa zodpovedajúcim spôsobom zníži.
Môžeme sa na to pozrieť aj z iného uhla pohľadu:
Statorové napätie motora je U=E+I*R (I je prúd, R je elektrický odpor a E je indukovaný potenciál).
Je vidieť, že keď sa U a I nemenia, nemení sa ani E.
A E=k*f*X (k: konštanta; f: frekvencia; X: magnetický tok), takže keď sa f zmení z 50 na 60 Hz, X sa zodpovedajúcim spôsobom zníži.
Pre motor platí T=K*I*X (K: konštanta; I: prúd; X: magnetický tok), takže krútiaci moment T sa bude znižovať so znižujúcim sa magnetickým tokom X.
Zároveň, keď je menej ako 50 Hz, keďže I*R je veľmi malé, a U/f=E/f sa nemení, magnetický tok (X) je konštantný. Krútiaci moment T je úmerný prúdu. Preto sa nadprúdová kapacita meniča zvyčajne používa na opis jeho preťažiteľnosti (krútiacej momentu) a nazýva sa to regulácia otáčok s konštantným krútiacim momentom (menovitý prúd zostáva nezmenený –> maximálny krútiaci moment zostáva nezmenený).
Záver: Keď sa výstupná frekvencia meniča zvýši nad 50 Hz, výstupný krútiaci moment motora sa zníži.
6. Ďalšie faktory súvisiace s výstupným krútiacim momentom
Kapacita generovania tepla a kapacita odvádzania tepla určujú výstupnú prúdovú kapacitu meniča, a tým ovplyvňujú aj výstupný krútiaci moment meniča.
1. Nosná frekvencia: Menovitý prúd uvedený na meniči je vo všeobecnosti hodnota, ktorá dokáže zabezpečiť nepretržitý výstup pri najvyššej nosnej frekvencii a najvyššej teplote okolia. Zníženie nosnej frekvencie neovplyvní prúd motora. Zníži sa však tepelná tvorba komponentov.
2. Teplota okolia: Rovnako ako hodnota ochranného prúdu meniča sa nezvýši, ak sa zistí relatívne nízka teplota okolia.
3. Nadmorská výška: Zvýšenie nadmorskej výšky má vplyv na odvod tepla a izolačné vlastnosti. Vo všeobecnosti ho možno zanedbať pod 1000 m a kapacita sa môže znížiť o 5 % na každých 1000 metrov nad touto nadmorskou výškou.
7. Aká je vhodná frekvencia pre frekvenčný menič na riadenie motora?
V uvedenom súhrne sme sa dozvedeli, prečo sa menič používa na riadenie motora, a tiež sme pochopili, ako menič riadi motor. Menič riadi motor, čo možno zhrnúť takto:
Po prvé, menič riadi štartovacie napätie a frekvenciu motora, aby sa dosiahol plynulý štart a plynulé zastavenie;
Po druhé, menič sa používa na nastavenie rýchlosti motora a rýchlosť motora sa nastavuje zmenou frekvencie.
Motor s permanentným magnetom od spoločnosti Anhui MingtengProdukty sú riadené meničom. V rozsahu zaťaženia 25 % – 120 % majú vyššiu účinnosť a širší prevádzkový rozsah ako asynchrónne motory s rovnakými špecifikáciami a majú výrazný vplyv na úsporu energie.
Naši profesionálni technici vyberú vhodnejší menič podľa špecifických pracovných podmienok a skutočných potrieb zákazníkov, aby dosiahli lepšiu kontrolu nad motorom a maximalizovali jeho výkon. Okrem toho naše oddelenie technického servisu môže zákazníkom na diaľku pomôcť s inštaláciou a ladením meniča a zabezpečiť komplexné následné služby a servis pred a po predaji.
Autorské práva: Tento článok je dotlačou verejného čísla WeChat „Technické školenie“, pôvodný odkaz https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Tento článok nepredstavuje názory našej spoločnosti. Ak máte iné názory alebo pohľady, opravte nás!
Čas uverejnenia: 9. septembra 2024