Frequentieomvormers zijn een technologie die je moet beheersen bij het uitvoeren van elektrotechnisch werk. Het gebruik van frequentieomvormers om motoren te regelen is een veelgebruikte methode bij elektrische besturing; sommige vereisen ook vaardigheid in het gebruik ervan.
1. Waarom wordt er allereerst een frequentieomvormer gebruikt om een motor te regelen?
De motor is een inductieve belasting, die de verandering van de stroomsterkte hindert en bij het starten een grote verandering in de stroomsterkte veroorzaakt.
De omvormer is een apparaat voor het regelen van elektrische energie dat de aan-uitfunctie van vermogenshalfgeleiders gebruikt om de industriële frequentievoeding om te zetten naar een andere frequentie. Hij bestaat hoofdzakelijk uit twee circuits: het hoofdcircuit (gelijkrichtermodule, elektrolytische condensator en omvormermodule) en het regelcircuit (schakelende voeding, besturingsprintplaat).
Om de startstroom van de motor te verlagen, met name bij motoren met een hoger vermogen, geldt: hoe hoger het vermogen, hoe hoger de startstroom. Een te hoge startstroom belast het stroomnet en de distributie. De frequentieomvormer kan dit startprobleem oplossen en de motor soepel laten starten zonder een te hoge startstroom te veroorzaken.
Een andere functie van een frequentieomvormer is het regelen van de motorsnelheid. In veel gevallen is het nodig om de motorsnelheid te regelen om een betere productie-efficiëntie te bereiken, en de snelheidsregeling van een frequentieomvormer is altijd al de belangrijkste functie geweest. De frequentieomvormer regelt de motorsnelheid door de frequentie van de voeding te wijzigen.
2. Wat zijn de omvormerbesturingsmethoden?
De vijf meest gebruikte methoden voor het regelen van motoren met behulp van inverter zijn als volgt:
A. Sinusoïdale pulsbreedtemodulatie (SPWM) regelmethode
De kenmerken ervan zijn een eenvoudige regelcircuitstructuur, lage kosten, goede mechanische hardheid en de mogelijkheid om te voldoen aan de eisen voor soepele snelheidsregeling van algemene transmissies. Het wordt veel gebruikt in diverse industriële sectoren.
Bij lage frequenties wordt het koppel echter aanzienlijk beïnvloed door de spanningsval over de statorweerstand vanwege de lage uitgangsspanning, waardoor het maximale uitgangskoppel afneemt.
Bovendien zijn de mechanische eigenschappen niet zo sterk als die van gelijkstroommotoren, en zijn de dynamische koppelcapaciteit en de statische snelheidsregeling niet bevredigend. Bovendien zijn de systeemprestaties niet hoog, verandert de regelcurve met de belasting, is de koppelrespons traag, is het motorkoppelbenuttingspercentage niet hoog en nemen de prestaties af bij lage snelheden vanwege de statorweerstand en het dode-zone-effect van de omvormer, waardoor de stabiliteit afneemt. Daarom hebben mensen zich verdiept in vectorgestuurde snelheidsregeling met variabele frequentie.
B. Voltage Space Vector (SVPWM) besturingsmethode
Het is gebaseerd op het algehele generatie-effect van de driefasige golfvorm, met als doel het benaderen van het ideale cirkelvormige roterende magnetische veldtraject van de luchtspleet van de motor, het genereren van een driefasige modulatiegolfvorm tegelijk, en het regelen ervan in de vorm van een ingeschreven veelhoek die de cirkel benadert.
Na praktisch gebruik is het verbeterd, dat wil zeggen, door frequentiecompensatie toe te voegen om de fout in de snelheidsregeling te elimineren; door de fluxamplitude te schatten via terugkoppeling om de invloed van de statorweerstand bij lage snelheid te elimineren; en door de uitgangsspanning en stroomlus te sluiten om de dynamische nauwkeurigheid en stabiliteit te verbeteren. Er zijn echter veel schakelcircuitverbindingen en er is geen koppelaanpassing geïntroduceerd, waardoor de systeemprestaties niet fundamenteel zijn verbeterd.
C. Vectorcontrole (VC) methode
De essentie is om de wisselstroommotor gelijk te stellen aan een gelijkstroommotor en de snelheid en het magnetische veld onafhankelijk te regelen. Door de rotorflux te regelen, wordt de statorstroom ontbonden om de koppel- en magnetische veldcomponenten te verkrijgen, en wordt de coördinatentransformatie gebruikt om orthogonale of ontkoppelde regeling te bereiken. De introductie van de vectorregelmethode is van baanbrekende betekenis. In praktische toepassingen is de rotorflux echter moeilijk nauwkeurig te observeren, waardoor de systeemkarakteristieken sterk worden beïnvloed door de motorparameters. Bovendien is de vectorrotatietransformatie die wordt gebruikt in het regelproces van de equivalente gelijkstroommotor relatief complex, waardoor het moeilijk is om het werkelijke regeleffect tot het ideale analyseresultaat te brengen.
D. Directe koppelregeling (DTC)-methode
In 1985 stelde professor DePenbrock van de Ruhr-universiteit in Duitsland voor het eerst frequentieomzettingstechnologie met directe koppelregeling voor. Deze technologie heeft de tekortkomingen van de bovengenoemde vectorregeling grotendeels opgelost en is snel ontwikkeld met nieuwe regelconcepten, een beknopte en duidelijke systeemstructuur en uitstekende dynamische en statische prestaties.
Deze technologie wordt momenteel met succes toegepast op de hoogvermogen AC-transmissie van elektrische locomotieven. Directe koppelregeling analyseert het wiskundige model van AC-motoren direct in het statorcoördinatensysteem en regelt de magnetische flux en het koppel van de motor. Het is niet nodig om AC-motoren gelijk te stellen aan DC-motoren, waardoor veel complexe berekeningen in vectorrotatietransformatie worden geëlimineerd; het hoeft de regeling van DC-motoren niet te imiteren, noch het wiskundige model van AC-motoren te vereenvoudigen voor ontkoppeling.
E. Matrix AC-AC-regelmethode
VVVF-frequentieomzetting, vectorgestuurde frequentieomzetting en frequentieomzetting met directe koppelregeling zijn allemaal typen AC-DC-AC-frequentieomzetting. De meest voorkomende nadelen zijn een lage ingangsvermogensfactor, een hoge harmonische stroom, de grote energieopslagcapaciteit die nodig is voor het DC-circuit en het feit dat regeneratieve energie niet kan worden teruggevoerd naar het elektriciteitsnet, dat wil zeggen dat het niet in vier kwadranten kan werken.
Om deze reden is matrix AC-AC-frequentieomzetting ontstaan. Omdat matrix AC-AC-frequentieomzetting de tussenliggende DC-tussenkring elimineert, is ook de grote en dure elektrolytische condensator overbodig. Het systeem kan een vermogensfactor van 1 bereiken, een sinusvormige ingangsstroom leveren, in vier kwadranten werken en een hoge vermogensdichtheid hebben. Hoewel deze technologie nog niet volwassen is, trekt ze nog steeds veel wetenschappers aan om diepgaand onderzoek te doen. De essentie ervan is niet om de stroomsterkte, magnetische flux en andere grootheden indirect te regelen, maar om het koppel direct als de gecontroleerde grootheid te gebruiken om dit te bereiken.
3. Hoe stuurt een frequentieomvormer een motor aan? Hoe zijn de twee met elkaar verbonden?
De bedrading van de omvormer om de motor te regelen is relatief eenvoudig, vergelijkbaar met de bedrading van de contactor, met drie hoofdstroomkabels die naar de motor gaan en er vervolgens in en uit gaan. De instellingen zijn echter ingewikkelder en de manieren om de omvormer te regelen zijn ook anders.
Allereerst, wat betreft de omvormeraansluiting: hoewel er veel merken en verschillende bedradingsmethoden zijn, verschillen de bedradingsaansluitingen van de meeste omvormers niet veel van elkaar. Over het algemeen verdeeld in voorwaartse en achterwaartse schakelingangen, die worden gebruikt om de voorwaartse en achterwaartse start van de motor te regelen. Feedbackaansluitingen worden gebruikt om de bedrijfsstatus van de motor terug te koppelen.inclusief bedrijfsfrequentie, snelheid, foutstatus, etc.
Voor de snelheidsregeling gebruiken sommige frequentieregelaars potentiometers, andere rechtstreeks knoppen. Deze worden allemaal aangestuurd via fysieke bedrading. Een andere manier is via een communicatienetwerk. Veel frequentieregelaars ondersteunen tegenwoordig communicatie. De communicatielijn kan worden gebruikt voor het regelen van de start- en stopfunctie, de voor- en achterwaartse draairichting, de snelheidsregeling, enz. van de motor. Tegelijkertijd wordt ook feedbackinformatie via communicatie verzonden.
4. Wat gebeurt er met het uitgangskoppel van een motor als het toerental (frequentie) verandert?
Het startkoppel en het maximumkoppel zijn bij aansturing door een frequentieomvormer kleiner dan bij directe aansturing door een voeding.
De motor heeft een grote start- en acceleratie-impact wanneer deze wordt gevoed door een voeding, maar deze impact is zwakker wanneer deze wordt gevoed door een frequentieomvormer. Direct starten met een voeding genereert een hoge startstroom. Bij gebruik van een frequentieomvormer worden de uitgangsspanning en -frequentie van de frequentieomvormer geleidelijk toegevoegd aan de motor, waardoor de startstroom en de impact van de motor kleiner zijn. Meestal neemt het door de motor gegenereerde koppel af naarmate de frequentie afneemt (het toerental daalt). De werkelijke gegevens van de reductie worden in sommige handleidingen van frequentieomvormers uitgelegd.
Een gebruikelijke motor is ontworpen en geproduceerd voor een spanning van 50 Hz, en het nominale koppel valt ook binnen dit spanningsbereik. Daarom wordt toerentalregeling onder de nominale frequentie toerentalregeling met constant koppel genoemd. (T=Te, P<=Pe)
Wanneer de uitgangsfrequentie van de frequentieomvormer groter is dan 50 Hz, neemt het door de motor gegenereerde koppel lineair af, omgekeerd evenredig met de frequentie.
Wanneer de motor op een frequentie van meer dan 50 Hz draait, moet rekening worden gehouden met de grootte van de motorbelasting om te voorkomen dat het uitgangskoppel van de motor te laag wordt.
Het koppel dat de motor bij 100 Hz genereert, is bijvoorbeeld teruggebracht tot ongeveer de helft van het koppel dat bij 50 Hz wordt gegenereerd.
Daarom wordt snelheidsregeling boven de nominale frequentie constante-vermogen-snelheidsregeling genoemd (P=Ue*Ie).
5. Toepassing van frequentieomvormer boven 50 Hz
Voor een specifieke motor zijn de nominale spanning en de nominale stroom constant.
Als de nominale waarden van de omvormer en de motor bijvoorbeeld beide 15 kW/380 V/30 A zijn, kan de motor boven 50 Hz werken.
Bij een snelheid van 50 Hz bedraagt de uitgangsspanning van de omvormer 380 V en de stroom 30 A. Als de uitgangsfrequentie nu wordt verhoogd tot 60 Hz, kunnen de maximale uitgangsspanning en stroom van de omvormer slechts 380 V/30 A bedragen. Uiteraard blijft het uitgangsvermogen ongewijzigd, daarom noemen we dit constante-vermogensnelheidsregeling.
Hoe is het koppel op dit moment?
Omdat P=wT(w; hoeksnelheid, T: koppel), aangezien P onveranderd blijft en w toeneemt, zal het koppel overeenkomstig afnemen.
We kunnen het ook vanuit een andere hoek bekijken:
De statorspanning van de motor is U=E+I*R (I is de stroom, R is de elektronische weerstand en E is het geïnduceerde potentiaal).
Het is duidelijk dat wanneer U en I niet veranderen, E ook niet verandert.
En E=k*f*X (k: constant; f: frequentie; X: magnetische flux), dus als f verandert van 50–>60Hz, zal X overeenkomstig afnemen.
Voor de motor geldt T=K*I*X (K: constant; I: stroom; X: magnetische flux), dus het koppel T zal afnemen naarmate de magnetische flux X afneemt.
Tegelijkertijd is de magnetische flux (X) constant wanneer deze lager is dan 50 Hz, aangezien I*R zeer klein is en U/f=E/f niet verandert. Koppel T is evenredig met de stroomsterkte. Daarom wordt de overstroomcapaciteit van de omvormer meestal gebruikt om de overbelastingscapaciteit (koppel) te beschrijven, en wordt dit constante-koppel-toerentalregeling genoemd (nominale stroom blijft ongewijzigd –>maximaal koppel blijft ongewijzigd).
Conclusie: Wanneer de uitgangsfrequentie van de omvormer boven 50 Hz stijgt, zal het uitgangskoppel van de motor afnemen.
6. Andere factoren die verband houden met het uitgangskoppel
De warmteopwekkings- en warmteafvoercapaciteit bepalen de uitgangsstroomcapaciteit van de omvormer en beïnvloeden daarmee het uitgangskoppelvermogen van de omvormer.
1. Draagfrequentie: De nominale stroom die op de omvormer staat aangegeven, is over het algemeen de waarde die een continue output garandeert bij de hoogste draagfrequentie en de hoogste omgevingstemperatuur. Het verlagen van de draagfrequentie heeft geen invloed op de stroomsterkte van de motor. De warmteontwikkeling van de componenten wordt echter wel verminderd.
2. Omgevingstemperatuur: De beveiligingsstroom van de omvormer wordt ook niet verhoogd als de omgevingstemperatuur relatief laag blijkt te zijn.
3. Hoogte: De toename in hoogte heeft invloed op de warmteafvoer en isolatieprestaties. Over het algemeen kan deze worden verwaarloosd onder de 1000 meter en kan de capaciteit met 5% worden verminderd voor elke 1000 meter daarboven.
7. Wat is de juiste frequentie voor een frequentieomvormer om een motor te regelen?
In de bovenstaande samenvatting hebben we geleerd waarom de omvormer wordt gebruikt om de motor aan te sturen, en ook hoe de omvormer de motor aanstuurt. De omvormer stuurt de motor aan, wat als volgt kan worden samengevat:
Ten eerste regelt de omvormer de startspanning en -frequentie van de motor om een soepele start en soepele stop te bereiken;
Ten tweede wordt de omvormer gebruikt om de snelheid van de motor aan te passen. De snelheid van de motor wordt aangepast door de frequentie te veranderen.
De permanente magneetmotor van Anhui MingtengProducten worden aangestuurd door de omvormer. Binnen het belastingsbereik van 25%-120% hebben ze een hogere efficiëntie en een breder werkingsbereik dan asynchrone motoren met dezelfde specificaties, en leveren ze aanzienlijke energiebesparende effecten.
Onze professionele technici selecteren een geschiktere omvormer op basis van de specifieke werkomstandigheden en de werkelijke behoeften van de klant. Dit resulteert in een betere motorcontrole en maximale motorprestaties. Daarnaast kan onze technische serviceafdeling klanten op afstand begeleiden bij het installeren en debuggen van de omvormer, en een complete follow-up en service bieden voor en na de verkoop.
Copyright: Dit artikel is een herdruk van het openbare nummer van WeChat “Technische training”, de originele link https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Dit artikel geeft niet de mening van ons bedrijf weer. Als u een andere mening of visie heeft, corrigeer ons dan!
Plaatsingstijd: 09-09-2024