Фреквентни конвертор је технологија коју треба савладати приликом извођења електричних радова. Коришћење фреквентног конвертора за управљање мотором је уобичајена метода у електричној контроли; неки такође захтевају стручност у њиховом коришћењу.
1. Пре свега, зашто користити фреквентни претварач за управљање мотором?
Мотор је индуктивно оптерећење, што омета промену струје и произвешће велику промену струје при покретању.
Инвертор је уређај за контролу електричне енергије који користи функцију укључивања и искључивања полупроводничких уређаја за претварање индустријске фреквенције напајања у другу фреквенцију. Углавном се састоји од два кола, једно је главно коло (модул исправљача, електролитички кондензатор и модул инвертора), а друго је контролно коло (плоча прекидача за напајање, контролна плоча).
Да би се смањила стартна струја мотора, посебно код мотора веће снаге, што је већа снага, то је већа стартна струја. Прекомерна стартна струја ће донети веће оптерећење напајању и дистрибутивној мрежи. Фреквентни претварач може решити овај проблем покретања и омогућити мотору да се глатко покрене без изазивања прекомерне стартне струје.
Још једна функција коришћења фреквентног претварача је подешавање брзине мотора. У многим случајевима, неопходно је контролисати брзину мотора како би се постигла боља ефикасност производње, а регулација брзине помоћу фреквентног претварача је увек била његов највећи акценат. Фреквентни претварач контролише брзину мотора променом фреквенције напајања.
2. Које су методе управљања инвертором?
Пет најчешће коришћених метода инверторског управљања моторима су следеће:
А. Метод управљања синусоидалном импулсно-ширинском модулацијом (SPWM)
Његове карактеристике су једноставна структура управљачког кола, ниска цена, добра механичка чврстоћа и могу да задовоље захтеве за глатку регулацију брзине општег преноса. Широко се користи у различитим областима индустрије.
Међутим, на ниским фреквенцијама, због ниског излазног напона, обртни момент је значајно под утицајем пада напона отпора статора, што смањује максимални излазни обртни момент.
Поред тога, његове механичке карактеристике нису тако јаке као код једносмерних мотора, а његов динамички капацитет обртног момента и перформансе статичке регулације брзине нису задовољавајући. Поред тога, перформансе система нису високе, крива управљања се мења са оптерећењем, одзив обртног момента је спор, стопа искоришћења обртног момента мотора није висока, а перформансе се смањују при малој брзини због постојања отпора статора и ефекта мртве зоне инвертора, па се стабилност погоршава. Због тога су људи проучавали векторску контролу променљиве фреквентне регулације брзине.
Б. Метод управљања вектором напонског простора (SVPWM)
Заснован је на укупном ефекту генерисања трофазног таласног облика, са циљем приближавања идеалној кружној путањи ротирајућег магнетног поља ваздушног зазора мотора, генерисања трофазног модулационог таласног облика у датом тренутку и његовог контролисања на начин уписаног полигона који апроксимира круг.
Након практичне употребе, побољшано је, односно увођењем фреквентне компензације ради елиминације грешке у контроли брзине; проценом амплитуде флукса путем повратне спреге ради елиминисања утицаја отпора статора при малој брзини; затварањем излазне напонске и струјне петље ради побољшања динамичке тачности и стабилности. Међутим, постоји много веза у контролном колу и није уведено подешавање обртног момента, тако да перформансе система нису фундаментално побољшане.
C. Метода векторске контроле (ВК)
Суштина је да се АЦ мотор учини еквивалентним једносмерном мотору и да се независно контролише брзина и магнетно поље. Контролом флукса ротора, струја статора се разлаже да би се добиле компоненте обртног момента и магнетног поља, а трансформација координата се користи за постизање ортогоналног или раздвојеног управљања. Увођење методе векторског управљања је од епохалног значаја. Међутим, у практичним применама, пошто је флукс ротора тешко прецизно посматрати, карактеристике система су у великој мери под утицајем параметара мотора, а трансформација векторске ротације која се користи у еквивалентном процесу управљања једносмерним мотором је релативно сложена, што отежава стварном ефекту управљања да постигне идеалан резултат анализе.
D. Метода директне контроле обртног момента (DTC)
Професор ДеПенброк са Универзитета у Руру у Немачкој је 1985. године први предложио технологију конверзије фреквенције директног управљања обртним моментом. Ова технологија је у великој мери решила недостатке горе поменутог векторског управљања и брзо се развијала са новим идејама управљања, концизном и јасном структуром система и одличним динамичким и статичким перформансама.
Тренутно се ова технологија успешно примењује на вучу електричних локомотива са наизменичном струјом велике снаге. Директна контрола обртног момента директно анализира математички модел АЦ мотора у координатном систему статора и контролише магнетни флукс и обртни момент мотора. Не мора да изједначава АЦ моторе са ДЦ моторима, чиме се елиминишу многи сложени прорачуни у трансформацији векторске ротације; не мора да имитира управљање ДЦ моторима, нити мора да поједностављује математички модел АЦ мотора ради раздвајања.
Е. Матрична AC-AC метода управљања
VVVF фреквентна конверзија, векторска фреквентна конверзија и директна фреквентна конверзија контроле обртног момента су све врсте AC-DC-AC фреквентне конверзије. Њихови заједнички недостаци су низак улазни фактор снаге, велика хармонијска струја, велики кондензатор за складиштење енергије потребан за DC коло и регенеративна енергија која се не може вратити у електричну мрежу, односно не може радити у четири квадранта.
Из тог разлога, настала је матрична AC-AC фреквентна конверзија. Пошто матрична AC-AC фреквентна конверзија елиминише међувезу једносмерне струје, елиминише се и велики и скупи електролитички кондензатор. Може се постићи фактор снаге од 1, синусоидна улазна струја и може се радити у четири квадранта, а систем има високу густину снаге. Иако ова технологија још није зрела, и даље привлачи многе научнике да спроводе детаљна истраживања. Њена суштина није индиректна контрола струје, магнетног флукса и других величина, већ директно коришћење обртног момента као контролисане величине за постизање тога.
3. Како фреквентни претварач контролише мотор? Како су та два повезана?
Ожичење инвертора за управљање мотором је релативно једноставно, слично ожичењу контактора, са три главна напонска вода која улазе и излазе ка мотору, али су подешавања компликованија, а начини управљања инвертором су такође различити.
Пре свега, што се тиче инверторског терминала, иако постоји много брендова и различитих начина ожичења, терминали ожичења већине инвертора се не разликују много. Генерално, подељени су на улазе прекидача за напред и назад, који се користе за контролу покретања мотора напред и назад. Терминали за повратну информацију користе се за повратну информацију о радном статусу мотора,укључујући радну фреквенцију, брзину, статус квара итд.
За контролу подешавања брзине, неки фреквентни конвертори користе потенциометре, неки користе дугмад директно, а сви се контролишу физичким ожичењем. Други начин је коришћење комуникационе мреже. Многи фреквентни конвертори сада подржавају комуникациону контролу. Комуникациона линија се може користити за контролу покретања и заустављања, ротације напред и назад, подешавања брзине итд. мотора. Истовремено, повратне информације се такође преносе путем комуникације.
4. Шта се дешава са излазним обртним моментом мотора када се промени његова брзина ротације (фреквенција)?
Почетни обртни момент и максимални обртни момент када се покреће фреквентним претварачем су мањи него када се директно покреће напајањем.
Мотор има велики утицај при покретању и убрзању када се напаја из извора напајања, али ови утицаји су слабији када се напаја фреквентним конвертором. Директно покретање са извора напајања генерисаће велику стартну струју. Када се користи фреквентни конвертор, излазни напон и фреквенција фреквентног конвертора се постепено додају мотору, тако да су стартна струја мотора и утицај мањи. Обично се обртни момент који генерише мотор смањује са смањењем фреквенције (смањењем брзине). Стварни подаци о смањењу биће објашњени у неким приручницима за фреквентне конверторе.
Уобичајени мотор је пројектован и произведен за напон од 50Hz, а његов номинални обртни момент је такође дат у овом опсегу напона. Стога се регулација брзине испод номиналне фреквенције назива регулација брзине константним обртним моментом. (T=Te, P<=Pe)
Када је излазна фреквенција фреквентног претварача већа од 50Hz, обртни момент који генерише мотор смањује се линеарно обрнуто пропорционално фреквенцији.
Када мотор ради на фреквенцији већој од 50Hz, мора се узети у обзир величина оптерећења мотора како би се спречио недовољан излазни обртни момент мотора.
На пример, обртни момент који генерише мотор на 100Hz смањује се на око 1/2 обртног момента генерисаног на 50Hz.
Стога се регулација брзине изнад номиналне фреквенције назива регулација брзине константном снагом. (P=Ue*Ie).
5. Примена фреквентног претварача изнад 50Hz
За одређени мотор, његов називни напон и називна струја су константни.
На пример, ако су номиналне вредности и инвертора и мотора: 15kW/380V/30A, мотор може да ради изнад 50Hz.
Када је брзина 50Hz, излазни напон инвертора је 380V, а струја 30A. У овом тренутку, ако се излазна фреквенција повећа на 60Hz, максимални излазни напон и струја инвертора могу бити само 380V/30A. Очигледно је да излазна снага остаје непромењена, па то називамо регулацијом брзине константне снаге.
Какав је обртни момент у овом тренутку?
Пошто је P=wT(w; угаона брзина, T: обртни момент), пошто P остаје непромењен, а w се повећава, обртни момент ће се сходно томе смањити.
Можемо то посматрати и из другог угла:
Напон статора мотора је U=E+I*R (I је струја, R је електронски отпор, а E је индуковани потенцијал).
Може се видети да када се U и I не мењају, ни E се не мења.
И E=k*f*X (k: константа; f: фреквенција; X: магнетни флукс), тако да када се f промени од 50–>60Hz, X ће се сходно томе смањити.
За мотор, T=K*I*X (K: константа; I: струја; X: магнетни флукс), тако да ће се обртни момент T смањивати како се магнетни флукс X смањује.
Истовремено, када је мање од 50Hz, пошто је I*R веома мало, када се U/f=E/f не мења, магнетни флукс (X) је константан. Обртни момент Т је пропорционалан струји. Због тога се капацитет прекомерне струје инвертора обично користи за описивање његовог капацитета преоптерећења (обртног момента) и назива се регулација брзине константним обртним моментом (номинална струја остаје непромењена –> максимални обртни момент остаје непромењен).
Закључак: Када се излазна фреквенција инвертора повећа изнад 50Hz, излазни обртни момент мотора ће се смањити.
6. Остали фактори везани за излазни обртни момент
Капацитет генерисања топлоте и капацитет одвођења топлоте одређују капацитет излазне струје инвертора, што утиче на капацитет излазног обртног момента инвертора.
1. Носећа фреквенција: Номинална струја означена на инвертору је генерално вредност која може да обезбеди континуирани излаз на највишој носећој фреквенцији и највишој температури околине. Смањење носеће фреквенције неће утицати на струју мотора. Међутим, стварање топлоте компоненти ће се смањити.
2. Температура околине: Баш као што се вредност струје заштите инвертора неће повећавати када се детектује да је температура околине релативно ниска.
3. Надморска висина: Повећање надморске висине утиче на одвођење топлоте и перформансе изолације. Генерално, може се занемарити испод 1000 метара, а капацитет се може смањити за 5% на сваких 1000 метара изнад.
7. Која је одговарајућа фреквенција за фреквентни претварач за управљање мотором?
У горњем резимеу смо сазнали зашто се инвертор користи за управљање мотором, а такође смо разумели и како инвертор управља мотором. Инвертор управља мотором, што се може сумирати на следећи начин:
Прво, инвертор контролише почетни напон и фреквенцију мотора како би се постигао глатки старт и глатко заустављање;
Друго, инвертор се користи за подешавање брзине мотора, а брзина мотора се подешава променом фреквенције.
Анхуи Минтенгови мотор са сталним магнетомПроизводи се контролишу инвертором. У опсегу оптерећења од 25%-120%, они имају већу ефикасност и шири радни опсег од асинхроних мотора истих спецификација, и имају значајне ефекте уштеде енергије.
Наши професионални техничари ће одабрати најприкладнији инвертор у складу са специфичним радним условима и стварним потребама купаца како би се постигла боља контрола мотора и максимизирале перформансе мотора. Поред тога, наше одељење за техничку подршку може даљински водити купце кроз инсталацију и отклањање грешака на инвертору, као и остварити свеобухватно праћење и сервис пре и после продаје.
Ауторска права: Овај чланак је прештампани део јавног WeChat броја „Техничка обука“, оригинални линк https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Овај чланак не представља ставове наше компаније. Ако имате другачија мишљења или ставове, молимо вас да нас исправите!
Време објаве: 09.09.2024.