Честотният преобразувател е технология, която трябва да се усвои при извършване на електрически работи. Използването на честотен преобразувател за управление на двигател е често срещан метод в електрическото управление; някои изискват и умения за използването му.
1. Първо, защо да използваме честотен преобразувател за управление на двигател?
Двигателят е индуктивен товар, който възпрепятства промяната на тока и ще доведе до голяма промяна в него при стартиране.
Инверторът е устройство за управление на електрическа енергия, което използва функцията за включване и изключване на силови полупроводникови устройства, за да преобразува индустриалното честотно захранване в друго честотно състояние. Състои се основно от две вериги, едната е главната верига (токоизправителен модул, електролитен кондензатор и инверторен модул), а другата е управляващата верига (платка за импулсно захранване, платка за управление).
За да се намали пусковият ток на двигателя, особено на двигателя с по-висока мощност, колкото по-голяма е мощността, толкова по-голям е пусковият ток. Прекомерният пусков ток ще натовари по-голямо електрозахранването и разпределителната мрежа. Честотният преобразувател може да реши този проблем със пускането и да позволи на двигателя да стартира плавно, без да причинява прекомерен пусков ток.
Друга функция на използването на честотен преобразувател е регулирането на скоростта на двигателя. В много случаи е необходимо да се контролира скоростта на двигателя, за да се постигне по-добра производствена ефективност, а регулирането на скоростта с честотен преобразувател винаги е било неговият най-голям акцент. Честотният преобразувател контролира скоростта на двигателя, като променя честотата на захранването.
2. Какви са методите за управление на инвертора?
Петте най-често използвани метода за управление на инверторни двигатели са следните:
A. Метод за управление със синусоидална импулсно-широчинна модулация (SPWM)
Характеристиките му са опростена структура на управляващата верига, ниска цена, добра механична здравина и могат да отговорят на изискванията за плавно регулиране на скоростта на общата трансмисия. Той е широко използван в различни области на индустрията.
Въпреки това, при ниски честоти, поради ниското изходно напрежение, въртящият момент е значително повлиян от пада на напрежението на статорното съпротивление, което намалява максималния изходен въртящ момент.
Освен това, механичните му характеристики не са толкова силни, колкото тези на DC двигателите, а динамичният му въртящ момент и статичното регулиране на скоростта не са задоволителни. Освен това, производителността на системата не е висока, кривата на управление се променя с натоварването, реакцията на въртящия момент е бавна, коефициентът на използване на въртящия момент на двигателя не е висок, а производителността намалява при ниска скорост поради наличието на статорно съпротивление и ефект на мъртвата зона на инвертора, което влошава стабилността. Поради това е изучаван векторен контрол на честотата на регулиране на скоростта.
Б. Метод за управление на вектора на пространството на напрежението (SVPWM)
Базира се на общия ефект на генериране на трифазната форма на вълната, с цел приближаване до идеалната кръгова траектория на въртящото се магнитно поле на въздушната междина на двигателя, генериране на трифазна модулационна форма на вълната едновременно и нейното управление по начин, апроксимиращ вписан многоъгълник до окръжността.
След практическо приложение, тя е подобрена, а именно въведена е честотна компенсация за елиминиране на грешката при регулиране на скоростта; оценка на амплитудата на потока чрез обратна връзка за елиминиране на влиянието на съпротивлението на статора при ниска скорост; затваряне на изходното напрежение и токова верига за подобряване на динамичната точност и стабилност. Въпреки това, има много връзки в управляващата верига и не е въведено регулиране на въртящия момент, така че производителността на системата не е подобрена съществено.
C. Метод за векторен контрол (ВК)
Същността е да се направи променливотоков двигател еквивалентен на постояннотоков двигател и независимо да се управляват скоростта и магнитното поле. Чрез управление на роторния поток, статорният ток се разлага, за да се получат компонентите на въртящия момент и магнитното поле, а чрез трансформация на координатите се постига ортогонално или несвързано управление. Въвеждането на метода на векторно управление е от епохално значение. Въпреки това, в практическите приложения, тъй като роторният поток е труден за точно наблюдение, характеристиките на системата са силно повлияни от параметрите на двигателя, а трансформацията на векторното въртене, използвана в еквивалентния процес на управление на постояннотоков двигател, е сравнително сложна, което затруднява постигането на идеалния резултат от анализа от действителния ефект на управление.
D. Метод за директно управление на въртящия момент (DTC)
През 1985 г. професор ДеПенброк от Рурския университет в Германия за първи път предлага технология за директно преобразуване на честотата чрез управление на въртящия момент. Тази технология до голяма степен решава недостатъците на гореспоменатото векторно управление и е бързо развита с нови идеи за управление, сбита и ясна структура на системата, както и отлични динамични и статични характеристики.
В момента тази технология е успешно приложена за високомощностна променливотокова трансмисия на електрически локомотиви. Директното управление на въртящия момент анализира математическия модел на променливотоковите двигатели в статорната координатна система и контролира магнитния поток и въртящия момент на двигателя. Не е необходимо да се приравняват променливотокови двигатели с постояннотокови двигатели, като по този начин се елиминират много сложни изчисления при трансформация на векторното въртене; не е необходимо да се имитира управлението на постояннотокови двигатели, нито да се опростява математическият модел на променливотоковите двигатели за отделяне.
E. Матричен метод за управление AC-AC
VVVF честотно преобразуване, векторно управление на честотното преобразуване и директно управление на честотното преобразуване на въртящия момент са все видове AC-DC-AC честотно преобразуване. Техните общи недостатъци са нисък входен фактор на мощността, голям хармоничен ток, голям кондензатор за съхранение на енергия, необходим за DC веригата, и регенеративната енергия, която не може да се подава обратно към електрическата мрежа, т.е. не може да работи в четири квадранта.
Поради тази причина се появи матричното AC-AC честотно преобразуване. Тъй като матричното AC-AC честотно преобразуване елиминира междинната DC връзка, то елиминира големия и скъп електролитен кондензатор. То може да постигне фактор на мощността от 1, синусоидален входен ток и може да работи в четири квадранта, а системата има висока плътност на мощността. Въпреки че тази технология все още не е напълно зряла, тя все още привлича много учени да провеждат задълбочени изследвания. Същността ѝ не е да контролира индиректно тока, магнитния поток и други величини, а директно да използва въртящия момент като контролирана величина за постигането му.
3. Как честотен преобразувател управлява двигател? Как са свързани двете части?
Окабеляването на инвертора за управление на двигателя е сравнително просто, подобно на окабеляването на контактора, с три главни захранващи линии, влизащи и след това изходящи към двигателя, но настройките са по-сложни и начините за управление на инвертора също са различни.
Първо, що се отнася до терминала на инвертора, въпреки че има много марки и различни методи на окабеляване, терминалите за окабеляване на повечето инвертори не се различават много. Обикновено се разделят на входове за превключватели напред и назад, използвани за управление на стартирането на двигателя напред и назад. Клемите за обратна връзка се използват за обратна връзка за работното състояние на двигателя.включително работна честота, скорост, състояние на повреда и др.
За управление на скоростта, някои честотни преобразуватели използват потенциометри, други използват директно бутони, като всички те се управляват чрез физическо окабеляване. Друг начин е използването на комуникационна мрежа. Много честотни преобразуватели вече поддържат комуникационно управление. Комуникационната линия може да се използва за управление на стартиране и спиране, въртене напред и назад, регулиране на скоростта и др. на двигателя. В същото време, чрез комуникация се предава и обратна връзка.
4. Какво се случва с изходния въртящ момент на двигателя, когато скоростта му на въртене (честота) се промени?
Пусковият въртящ момент и максималният въртящ момент при задвижване от честотен преобразувател са по-малки, отколкото при директно захранване от захранване.
Двигателят има голямо въздействие при стартиране и ускорение, когато се захранва от захранване, но тези въздействия са по-слаби, когато се захранва от честотен преобразувател. Директното стартиране от захранване ще генерира голям пусков ток. Когато се използва честотен преобразувател, изходното напрежение и честотата на честотния преобразувател постепенно се добавят към двигателя, така че пусковият ток на двигателя и въздействието са по-малки. Обикновено въртящият момент, генериран от двигателя, намалява с намаляване на честотата (намаляване на скоростта). Действителните данни за намалението ще бъдат обяснени в някои ръководства за честотни преобразуватели.
Обичайният двигател е проектиран и произведен за напрежение 50Hz, а номиналният му въртящ момент също е даден в този диапазон на напрежение. Следователно, регулирането на скоростта под номиналната честота се нарича регулиране на скоростта с постоянен въртящ момент. (T=Te, P<=Pe)
Когато изходната честота на честотния преобразувател е по-голяма от 50Hz, въртящият момент, генериран от двигателя, намалява линейно обратнопропорционално на честотата.
Когато двигателят работи с честота по-голяма от 50Hz, трябва да се вземе предвид размерът на натоварването на двигателя, за да се предотврати недостатъчен изходен въртящ момент на двигателя.
Например, въртящият момент, генериран от двигателя при 100Hz, се намалява до около 1/2 от въртящия момент, генериран при 50Hz.
Следователно, регулирането на скоростта над номиналната честота се нарича регулиране на скоростта с постоянна мощност. (P=Ue*Ie).
5. Приложение на честотен преобразувател над 50Hz
За конкретен двигател, номиналното му напрежение и номиналният ток са постоянни.
Например, ако номиналните стойности на инвертора и двигателя са: 15kW/380V/30A, двигателят може да работи над 50Hz.
Когато скоростта е 50Hz, изходното напрежение на инвертора е 380V, а токът е 30A. В този случай, ако изходната честота се увеличи до 60Hz, максималното изходно напрежение и ток на инвертора могат да бъдат само 380V/30A. Очевидно е, че изходната мощност остава непроменена, затова го наричаме регулиране на скоростта с постоянна мощност.
Какъв е въртящият момент в този момент?
Тъй като P=wT(w; ъглова скорост, T: въртящ момент), тъй като P остава непроменено и w се увеличава, въртящият момент ще намалее съответно.
Можем да го разгледаме и от друг ъгъл:
Статорното напрежение на двигателя е U=E+I*R (I е ток, R е електрическо съпротивление, а E е индуциран потенциал).
Вижда се, че когато U и I не се променят, E също не се променя.
И E=k*f*X (k: константа; f: честота; X: магнитен поток), така че когато f се промени от 50–>60Hz, X ще намалее съответно.
За двигателя, T=K*I*X (K: константа; I: ток; X: магнитен поток), така че въртящият момент T ще намалее с намаляването на магнитния поток X.
В същото време, когато е по-малко от 50Hz, тъй като I*R е много малко, когато U/f=E/f не се променя, магнитният поток (X) е константа. Въртящият момент T е пропорционален на тока. Ето защо капацитетът на свръхток на инвертора обикновено се използва за описание на неговия капацитет на претоварване (въртящ момент) и се нарича регулиране на скоростта с постоянен въртящ момент (номиналният ток остава непроменен –> максималният въртящ момент остава непроменен).
Заключение: Когато изходната честота на инвертора се увеличи над 50Hz, изходният въртящ момент на двигателя ще намалее.
6. Други фактори, свързани с изходния въртящ момент
Капацитетът за генериране на топлина и капацитетът за разсейване на топлина определят капацитета на изходния ток на инвертора, като по този начин влияят върху капацитета на изходния въртящ момент на инвертора.
1. Носеща честота: Номиналният ток, отбелязан на инвертора, обикновено е стойността, която може да осигури непрекъсната мощност при най-високата носеща честота и най-високата околна температура. Намаляването на носещата честота няма да повлияе на тока на двигателя. Въпреки това, генерирането на топлина от компонентите ще бъде намалено.
2. Температура на околната среда: Точно както стойността на тока на защита на инвертора няма да се увеличи, когато се установи, че температурата на околната среда е относително ниска.
3. Надморска височина: Увеличаването на надморската височина оказва влияние върху разсейването на топлината и изолационните характеристики. Обикновено може да се пренебрегне под 1000 м, а капацитетът може да се намали с 5% за всеки 1000 метра над тази височина.
7. Каква е подходящата честота за честотен преобразувател за управление на двигател?
В горното резюме научихме защо инверторът се използва за управление на двигателя, а също така разбрахме как инверторът управлява двигателя. Инверторът управлява двигателя, което може да се обобщи по следния начин:
Първо, инверторът контролира началното напрежение и честотата на двигателя, за да постигне плавен старт и плавно спиране;
Второ, инверторът се използва за регулиране на скоростта на двигателя, а скоростта на двигателя се регулира чрез промяна на честотата.
Двигателят с постоянен магнит на Anhui MingtengПродуктите се управляват от инвертор. В диапазона на натоварване от 25%-120% те имат по-висока ефективност и по-широк работен диапазон от асинхронните двигатели със същите спецификации и имат значителен енергоспестяващ ефект.
Нашите професионални техници ще изберат по-подходящ инвертор според специфичните работни условия и реалните нужди на клиентите, за да постигнат по-добър контрол на двигателя и да увеличат максимално производителността му. Освен това, нашият отдел за техническо обслужване може дистанционно да насочва клиентите към инсталирането и отстраняването на грешки в инвертора, както и да осъществява цялостно проследяване и сервизно обслужване преди и след продажбата.
Авторско право: Тази статия е препечатка на публичния номер на WeChat „Техническо обучение“, оригиналната връзка https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Тази статия не представлява гледната точка на нашата компания. Ако имате различни мнения или възгледи, моля, поправете ни!
Време на публикуване: 09 септември 2024 г.