O convertidor de frecuencia é unha tecnoloxía que se debe dominar ao realizar traballos eléctricos. Empregar un convertidor de frecuencia para controlar un motor é un método común no control eléctrico; algúns tamén requiren coñecementos especializados no seu uso.
1. En primeiro lugar, por que usar un convertidor de frecuencia para controlar un motor?
O motor é unha carga indutiva, o que dificulta o cambio de corrente e producirá unha gran variación de corrente ao arrancar.
O inversor é un dispositivo de control de enerxía eléctrica que usa a función de acendido e apagado dos dispositivos semicondutores de potencia para converter a fonte de alimentación de frecuencia industrial noutra frecuencia. Está composto principalmente por dous circuítos, un é o circuíto principal (módulo rectificador, condensador electrolítico e módulo inversor) e o outro é o circuíto de control (tarxeta de fonte de alimentación conmutada, placa de circuíto de control).
Para reducir a corrente de arranque do motor, especialmente do motor con maior potencia, canto maior sexa a potencia, maior será a corrente de arranque. Unha corrente de arranque excesiva supoñerá unha maior carga para a rede de subministración e distribución de enerxía. O convertidor de frecuencia pode resolver este problema de arranque e permitir que o motor arranque suavemente sen causar unha corrente de arranque excesiva.
Outra función do uso dun convertidor de frecuencia é axustar a velocidade do motor. En moitos casos, é necesario controlar a velocidade do motor para obter unha mellor eficiencia de produción, e a regulación da velocidade do convertidor de frecuencia sempre foi o seu maior punto destacado. O convertidor de frecuencia controla a velocidade do motor cambiando a frecuencia da fonte de alimentación.
2. Cales son os métodos de control do inversor?
Os cinco métodos máis empregados para controlar os motores mediante inversores son os seguintes:
A. Método de control de modulación sinusoidal por ancho de pulso (SPWM)
As súas características son unha estrutura de circuíto de control sinxela, baixo custo, boa dureza mecánica e a capacidade de cumprir cos requisitos de regulación de velocidade suave da transmisión xeral. Foi amplamente utilizado en varios campos da industria.
Non obstante, a baixas frecuencias, debido á baixa tensión de saída, o par vese afectado significativamente pola caída de tensión da resistencia do estator, o que reduce o par máximo de saída.
Ademais, as súas características mecánicas non son tan fortes como as dos motores de corrente continua, e a súa capacidade de par dinámico e o rendemento de regulación de velocidade estática non son satisfactorios. Ademais, o rendemento do sistema non é alto, a curva de control cambia coa carga, a resposta de par é lenta, a taxa de utilización do par do motor non é alta e o rendemento diminúe a baixa velocidade debido á existencia de resistencia do estator e ao efecto de zona morta do inversor, e a estabilidade deteriórase. Polo tanto, estudouse a regulación de velocidade de frecuencia variable por control vectorial.
B. Método de control do vector espacial de tensión (SVPWM)
Baséase no efecto de xeración global da forma de onda trifásica, co propósito de achegarse á traxectoria ideal do campo magnético rotatorio circular do entreferro do motor, xerando unha forma de onda de modulación trifásica á vez e controlándoa como un polígono inscrito que se aproxima ao círculo.
Tras o uso práctico, mellorouse, é dicir, introducindo compensación de frecuencia para eliminar o erro de control de velocidade; estimando a amplitude do fluxo mediante retroalimentación para eliminar a influencia da resistencia do estator a baixa velocidade; pechando o bucle de tensión e corrente de saída para mellorar a precisión e a estabilidade dinámicas. Non obstante, hai moitas conexións de circuítos de control e non se introduce ningún axuste de par, polo que o rendemento do sistema non mellorou fundamentalmente.
C. Método de control vectorial (VC)
A esencia é facer que o motor de CA sexa equivalente a un motor de CC e controlar de forma independente a velocidade e o campo magnético. Ao controlar o fluxo do rotor, a corrente do estator descomponse para obter os compoñentes do par e do campo magnético, e a transformación de coordenadas utilízase para lograr un control ortogonal ou desacoplado. A introdución do método de control vectorial ten unha importancia histórica. Non obstante, nas aplicacións prácticas, dado que o fluxo do rotor é difícil de observar con precisión, as características do sistema vense moi afectadas polos parámetros do motor, e a transformación de rotación vectorial utilizada no proceso de control equivalente do motor de CC é relativamente complexa, o que dificulta que o efecto de control real alcance o resultado de análise ideal.
D. Método de control directo de par (DTC)
En 1985, o profesor DePenbrock da Universidade de Ruhr en Alemaña propuxo por primeira vez a tecnoloxía de conversión de frecuencia de control directo de par. Esta tecnoloxía solucionou en gran medida as deficiencias do control vectorial mencionado anteriormente e desenvolveuse rapidamente con novas ideas de control, unha estrutura de sistema concisa e clara e un excelente rendemento dinámico e estático.
Na actualidade, esta tecnoloxía aplicouse con éxito á tracción de transmisión de CA de alta potencia de locomotoras eléctricas. O control directo do par analiza directamente o modelo matemático dos motores de CA no sistema de coordenadas do estator e controla o fluxo magnético e o par do motor. Non precisa equiparar os motores de CA aos motores de CC, o que elimina moitos cálculos complexos na transformación de rotación vectorial; non precisa imitar o control dos motores de CC, nin precisa simplificar o modelo matemático dos motores de CA para o desacoplamento.
E. Método de control matricial AC-AC
A conversión de frecuencia VVVF, a conversión de frecuencia de control vectorial e a conversión de frecuencia de control directo de par son tipos de conversión de frecuencia CA-CC-CA. As súas desvantaxes comúns son o baixo factor de potencia de entrada, a gran corrente harmónica, o gran condensador de almacenamento de enerxía necesario para o circuíto de CC e a enerxía rexenerativa que non se pode devolver á rede eléctrica, é dicir, que non pode funcionar en catro cuadrantes.
Por este motivo, xurdiu a conversión de frecuencia matricial CA-CA. Dado que a conversión de frecuencia matricial CA-CA elimina a ligazón CC intermedia, tamén se elimina o condensador electrolítico grande e caro. Pode alcanzar un factor de potencia de 1, unha corrente de entrada sinusoidal e pode funcionar en catro cuadrantes, e o sistema ten unha alta densidade de potencia. Aínda que esta tecnoloxía aínda non está madura, aínda atrae a moitos estudosos para levar a cabo investigacións en profundidade. A súa esencia non é controlar indirectamente a corrente, o fluxo magnético e outras cantidades, senón usar directamente o par como a cantidade controlada para conseguilo.
3. Como controla un convertidor de frecuencia un motor? Como se conectan os dous cables entre si?
O cableado do inversor para controlar o motor é relativamente sinxelo, similar ao cableado do contactor, con tres liñas de alimentación principais que entran e logo saen do motor, pero a configuración é máis complicada e as formas de controlar o inversor tamén son diferentes.
En primeiro lugar, para o terminal do inversor, aínda que existen moitas marcas e diferentes métodos de cableado, os terminais de cableado da maioría dos inversores non son moi diferentes. Xeralmente divídense en entradas de interruptor cara adiante e cara atrás, que se usan para controlar o arranque cara adiante e cara atrás do motor. Os terminais de retroalimentación úsanse para retroalimentar o estado de funcionamento do motor,incluíndo a frecuencia de funcionamento, a velocidade, o estado de avaría, etc.
Para o control da configuración da velocidade, algúns convertidores de frecuencia empregan potenciómetros, outros usan botóns directamente, todos os cales se controlan mediante cableado físico. Outra forma é usar unha rede de comunicación. Moitos convertidores de frecuencia agora admiten o control da comunicación. A liña de comunicación pódese usar para controlar o arranque e a parada, a rotación cara adiante e cara atrás, o axuste da velocidade, etc. do motor. Ao mesmo tempo, a información de retroalimentación tamén se transmite a través da comunicación.
4. Que ocorre co par de saída dun motor cando cambia a súa velocidade de rotación (frecuencia)?
O par de arranque e o par máximo cando son accionados por un convertidor de frecuencia son menores que cando son accionados directamente por unha fonte de alimentación.
O motor ten un grande impacto de arranque e aceleración cando se alimenta por unha fonte de alimentación, pero estes impactos son máis débiles cando se alimenta por un convertidor de frecuencia. O arranque directo cunha fonte de alimentación xerará unha gran corrente de arranque. Cando se usa un convertidor de frecuencia, a tensión e a frecuencia de saída do convertidor de frecuencia engádense gradualmente ao motor, polo que a corrente de arranque e o impacto do motor son menores. Normalmente, o par xerado polo motor diminúe a medida que a frecuencia diminúe (a velocidade diminúe). Os datos reais da redución explicaranse nalgúns manuais do convertidor de frecuencia.
O motor habitual está deseñado e fabricado para unha tensión de 50 Hz, e o seu par nominal tamén se dá dentro deste rango de tensión. Polo tanto, a regulación de velocidade por debaixo da frecuencia nominal chámase regulación de velocidade por par constante. (T=Te, P<=Pe)
Cando a frecuencia de saída do convertidor de frecuencia é superior a 50 Hz, o par xerado polo motor diminúe nunha relación lineal inversamente proporcional á frecuencia.
Cando o motor funciona a unha frecuencia superior a 50 Hz, débese ter en conta o tamaño da carga do motor para evitar un par de saída insuficiente do motor.
Por exemplo, o par xerado polo motor a 100 Hz redúcese a aproximadamente a metade do par xerado a 50 Hz.
Polo tanto, a regulación da velocidade por riba da frecuencia nominal chámase regulación da velocidade a potencia constante (P = Ue * Ie).
5. Aplicación do convertidor de frecuencia por riba de 50 Hz
Para un motor específico, a súa tensión nominal e a súa corrente nominal son constantes.
Por exemplo, se os valores nominais do inversor e do motor son ambos: 15 kW/380 V/30 A, o motor pode funcionar por riba dos 50 Hz.
Cando a velocidade é de 50 Hz, a tensión de saída do inversor é de 380 V e a corrente é de 30 A. Neste momento, se a frecuencia de saída se aumenta a 60 Hz, a tensión e a corrente de saída máximas do inversor só poden ser de 380 V/30 A. Obviamente, a potencia de saída permanece inalterada, polo que o chamamos regulación de velocidade de potencia constante.
Cal é o par motor neste momento?
Dado que P = wT(w; velocidade angular, T: par), dado que P permanece inalterado e w aumenta, o par diminuirá en consecuencia.
Tamén podemos velo desde outro ángulo:
A tensión do estator do motor é U = E + I * R (I é a corrente, R é a resistencia electrónica e E é o potencial inducido).
Pódese observar que cando U e I non cambian, E tampouco cambia.
E E = k*f*X (k: constante; f: frecuencia; X: fluxo magnético), polo que cando f cambia de 50–>60 Hz, X diminuirá en consecuencia.
Para o motor, T = K*I*X (K: constante; I: corrente; X: fluxo magnético), polo que o par T diminuirá a medida que diminúe o fluxo magnético X.
Ao mesmo tempo, cando é inferior a 50 Hz, dado que I*R é moi pequeno, cando U/f=E/f non cambia, o fluxo magnético (X) é constante. O par T é proporcional á corrente. É por iso que a capacidade de sobrecorrente do inversor adoita usarse para describir a súa capacidade de sobrecarga (par), e denomínase regulación de velocidade de par constante (a corrente nominal permanece inalterada -> o par máximo permanece inalterado).
Conclusión: Cando a frecuencia de saída do inversor aumenta por riba dos 50 Hz, o par de saída do motor diminúe.
6. Outros factores relacionados co par de saída
A xeración de calor e a capacidade de disipación de calor determinan a capacidade de corrente de saída do inversor, o que afecta á capacidade de par de saída do inversor.
1. Frecuencia portadora: A corrente nominal marcada no inversor é xeralmente o valor que pode garantir unha saída continua á frecuencia portadora máis alta e á temperatura ambiente máis alta. A redución da frecuencia portadora non afectará á corrente do motor. Non obstante, a xeración de calor dos compoñentes reducirase.
2. Temperatura ambiente: Do mesmo xeito que o valor da corrente de protección do inversor, non aumentará cando se detecte que a temperatura ambiente é relativamente baixa.
3. Altitude: O aumento da altitude inflúe na disipación da calor e no rendemento do illamento. Polo xeral, pódese ignorar por debaixo dos 1000 m e a capacidade pódese reducir nun 5 % por cada 1000 metros por riba.
7. Cal é a frecuencia axeitada para que un convertidor de frecuencia controle un motor?
No resumo anterior, aprendemos por que se usa o inversor para controlar o motor e tamén entendemos como o inversor o controla. O inversor controla o motor, o que se pode resumir do seguinte xeito:
En primeiro lugar, o inversor controla a tensión de arranque e a frecuencia do motor para conseguir un arranque e unha parada suaves;
En segundo lugar, o inversor úsase para axustar a velocidade do motor e a velocidade do motor axústase cambiando a frecuencia.
Motor de imán permanente de Anhui MingtengOs produtos son controlados polo inversor. Dentro do rango de carga do 25 % ao 120 %, teñen unha maior eficiencia e un rango de funcionamento máis amplo que os motores asíncronos das mesmas especificacións, e teñen efectos significativos de aforro de enerxía.
Os nosos técnicos profesionais seleccionarán un inversor máis axeitado segundo as condicións de traballo específicas e as necesidades reais dos clientes para lograr un mellor control do motor e maximizar o seu rendemento. Ademais, o noso departamento de servizo técnico pode guiar remotamente os clientes na instalación e depuración do inversor, e realizar un seguimento e servizo completo antes e posvenda.
Dereitos de autor: Este artigo é unha reimpresión do número público de WeChat "Formación técnica", a ligazón orixinal é https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Este artigo non representa os puntos de vista da nosa empresa. Se tes opinións ou puntos de vista diferentes, corríxenos!
Data de publicación: 09-09-2024