Taajuusmuuttaja on tekniikka, joka tulisi hallita sähkötöitä tehtäessä. Taajuusmuuttajan käyttö moottorin ohjaamiseen on yleinen menetelmä sähköohjauksessa; jotkut menetelmät vaativat myös käyttötaitoa.
1. Ensinnäkin, miksi moottorin ohjaamiseen käytetään taajuusmuuttajaa?
Moottori on induktiivinen kuorma, mikä estää virran muutoksen ja aiheuttaa suuren virran muutoksen käynnistyksen yhteydessä.
Invertteri on sähköenergian säätölaite, joka käyttää tehopuolijohdelaitteiden päälle-pois-toimintoa muuntaakseen teollisuustaajuusvirransyötön toiseksi taajuudeksi. Se koostuu pääasiassa kahdesta piiristä: pääpiiristä (tasasuuntaajamoduuli, elektrolyyttikondensaattori ja invertterimoduuli) ja ohjauspiiristä (kytkentäpiirilevy, ohjauspiirilevy).
Moottorin käynnistysvirran vähentämiseksi, erityisesti tehokkaammissa moottoreissa, mitä suurempi teho, sitä suurempi käynnistysvirta. Liiallinen käynnistysvirta kuormittaa virtalähdettä ja jakeluverkkoa enemmän. Taajuusmuuttaja voi ratkaista tämän käynnistysongelman ja mahdollistaa moottorin tasaisen käynnistymisen aiheuttamatta liiallista käynnistysvirtaa.
Taajuusmuuttajan toinen käyttötarkoitus on moottorin nopeuden säätö. Monissa tapauksissa moottorin nopeutta on tarpeen säätää paremman tuotantotehokkuuden saavuttamiseksi, ja taajuusmuuttajan nopeuden säätö on aina ollut sen suurin kohokohta. Taajuusmuuttaja ohjaa moottorin nopeutta muuttamalla virtalähteen taajuutta.
2. Mitä ovat invertterin ohjausmenetelmät?
Viisi yleisimmin käytettyä invertterimoottorien ohjausmenetelmää ovat seuraavat:
A. Sinusoidaalinen pulssinleveysmodulaatio (SPWM) -ohjausmenetelmä
Sen ominaisuuksia ovat yksinkertainen ohjauspiirin rakenne, alhaiset kustannukset, hyvä mekaaninen kestävyys ja se täyttää yleisen vaihteiston sujuvan nopeuden säätövaatimukset. Sitä on käytetty laajalti eri teollisuudenaloilla.
Alhaisilla taajuuksilla staattorin vastuksen jännitehäviö vaikuttaa kuitenkin merkittävästi vääntömomenttiin alhaisen lähtöjännitteen vuoksi, mikä pienentää suurinta lähtövääntömomenttia.
Lisäksi sen mekaaniset ominaisuudet eivät ole yhtä vahvoja kuin tasavirtamoottoreilla, ja sen dynaaminen vääntömomenttikapasiteetti ja staattinen nopeudensäätökyky eivät ole tyydyttäviä. Lisäksi järjestelmän suorituskyky ei ole korkea, ohjauskäyrä muuttuu kuormituksen mukana, vääntömomentin vaste on hidas, moottorin vääntömomentin käyttöaste ei ole korkea, ja suorituskyky heikkenee alhaisilla nopeuksilla staattorin resistanssin ja invertterin kuolleen vyöhykkeen vaikutuksen vuoksi, mikä heikentää vakautta. Siksi on tutkittu vektorisäätöistä muuttuvan taajuuden nopeudensäätöä.
B. Jänniteavaruusvektoriin (SVPWM) perustuva ohjausmenetelmä
Se perustuu kolmivaiheisen aaltomuodon kokonaisgenerointivaikutukseen, jonka tarkoituksena on lähestyä moottorin ilmavälin ihanteellista pyöreää pyörivää magneettikentän rataa, generoida kerrallaan kolmivaiheinen modulointiaaltomuoto ja ohjata sitä ympyrää approksimoivan piirretyn monikulmion tavoin.
Käytännön käytön jälkeen sitä on parannettu, eli ottamalla käyttöön taajuuskompensointi nopeuden säätövirheen poistamiseksi; arvioimalla vuon amplitudia takaisinkytkennän avulla staattorin resistanssin vaikutuksen poistamiseksi alhaisella nopeudella; sulkemalla lähtöjännite- ja virtasilmukka dynaamisen tarkkuuden ja vakauden parantamiseksi. Ohjauspiirin linkkejä on kuitenkin paljon, eikä vääntömomentin säätöä ole otettu käyttöön, joten järjestelmän suorituskykyä ei ole parannettu olennaisesti.
C. Vektoriohjausmenetelmä (VC)
Ydin on tehdä AC-moottorista tasavirtamoottorin kaltainen ja säätää nopeutta ja magneettikenttää itsenäisesti. Roottorin vuota ohjaamalla staattorivirta jaetaan vääntömomentin ja magneettikentän komponenttien saamiseksi, ja koordinaattimuunnosta käytetään ortogonaalisen tai irtikytketyn ohjauksen saavuttamiseksi. Vektoriohjausmenetelmän käyttöönotto on käänteentekevää. Käytännön sovelluksissa kuitenkin, koska roottorin vuota on vaikea havaita tarkasti, moottorin parametrit vaikuttavat suuresti järjestelmän ominaisuuksiin, ja vastaavassa tasavirtamoottorin ohjausprosessissa käytetty vektorirotaatiomuunnos on suhteellisen monimutkainen, mikä vaikeuttaa todellisen ohjausvaikutuksen saavuttamista ihanteellisen analyysituloksen saavuttamiseksi.
D. Suora vääntömomentin säätö (DTC) -menetelmä
Vuonna 1985 professori DePenbrock Ruhrin yliopistosta Saksasta ehdotti ensimmäisenä suoraa vääntömomentin säätöä hyödyntävää taajuusmuunnostekniikkaa. Tämä tekniikka on suurelta osin ratkaissut edellä mainitun vektorisäädön puutteet, ja sitä on kehitetty nopeasti uusilla säätöideoilla, ytimekkäällä ja selkeällä järjestelmärakenteella sekä erinomaisella dynaamisella ja staattisella suorituskyvyllä.
Tällä hetkellä tätä tekniikkaa on sovellettu menestyksekkäästi sähkövetureiden suuritehoiseen vaihtovirtavoimansiirtoon. Suora vääntömomentin säätö analysoi suoraan vaihtovirtamoottoreiden matemaattista mallia staattorikoordinaatistossa ja ohjaa moottorin magneettivuota ja vääntömomenttia. Sen ei tarvitse rinnastaa vaihtovirtamoottoreita tasavirtamoottoreihin, mikä eliminoi monia monimutkaisia laskelmia vektorirotaatiomuunnoksessa; sen ei tarvitse jäljitellä tasavirtamoottoreiden ohjausta eikä yksinkertaistaa vaihtovirtamoottoreiden matemaattista mallia irtikytkentää varten.
E. Matriisi-AC-AC-ohjausmenetelmä
VVVF-taajuusmuunnos, vektorisäätöinen taajuusmuunnos ja suora vääntömomenttisäätöinen taajuusmuunnos ovat kaikki AC-DC-AC-taajuusmuunnostyyppejä. Niiden yhteisiä haittoja ovat alhainen syöttötehokerroin, suuri harmoninen virta, tasavirtapiiriin tarvittava suuri energian varastointikondensaattori ja se, ettei regeneratiivista energiaa voida syöttää takaisin sähköverkkoon eli se ei voi toimia neljässä kvadrantissa.
Tästä syystä matriisi-AC-AC-taajuusmuunnos syntyi. Koska matriisi-AC-AC-taajuusmuunnos poistaa välissä olevan tasavirtalinkin, se poistaa myös suuren ja kalliin elektrolyyttikondensaattorin tarpeen. Se voi saavuttaa tehokertoimen 1, sinimuotoisen tulovirran ja toimia neljässä kvadrantissa, ja järjestelmällä on suuri tehotiheys. Vaikka tämä teknologia ei ole vielä kypsä, se houkuttelee edelleen monia tutkijoita tekemään perusteellista tutkimusta. Sen ydin ei ole virran, magneettivuon ja muiden suureiden epäsuora ohjaaminen, vaan vääntömomentin suora käyttö ohjattuna suureena sen saavuttamiseksi.
3. Miten taajuusmuuttaja ohjaa moottoria? Miten ne on kytketty yhteen?
Moottoria ohjaavan invertterin johdotus on suhteellisen yksinkertainen, samanlainen kuin kontaktorin johdotus, jossa on kolme päävirtajohtoa, jotka tulevat moottoriin ja lähtevät sieltä. Asetukset ovat kuitenkin monimutkaisempia ja invertterin ohjaustavat ovat myös erilaiset.
Ensinnäkin invertteriliittimien osalta, vaikka merkkejä ja johdotusmenetelmiä on monia, useimpien invertterien johdotusliittimet eivät ole kovin erilaisia. Yleensä ne jaetaan eteen- ja taaksepäin suuntautuviin kytkintuloihin, joita käytetään moottorin eteen- ja taaksepäin käynnistyksen ohjaamiseen. Takaisinkytkentäliittimiä käytetään moottorin toimintatilan palautteeseen.mukaan lukien toimintataajuus, nopeus, vikatila jne.
Nopeuden säätöön jotkut taajuusmuuttajat käyttävät potentiometrejä, jotkut suoraan painikkeita, joita kaikkia ohjataan fyysisen johdotuksen kautta. Toinen tapa on käyttää tietoliikenneverkkoa. Monet taajuusmuuttajat tukevat nykyään tietoliikenneohjausta. Tietoliikennelinjaa voidaan käyttää moottorin käynnistyksen ja pysäytyksen, eteen- ja taaksepäin pyörimisen, nopeuden säädön jne. ohjaamiseen. Samalla myös takaisinkytkentätiedot välitetään tietoliikenteen kautta.
4. Mitä moottorin lähtömomentille tapahtuu, kun sen pyörimisnopeus (taajuus) muuttuu?
Käynnistysmomentti ja maksimimomentti taajuusmuuttajalla käytettäessä ovat pienemmät kuin suoraan virtalähteestä käytettäessä.
Moottorilla on suuri käynnistys- ja kiihtyvyysvaikutus, kun sitä käytetään virtalähteellä, mutta nämä vaikutukset ovat heikompia, kun sitä käytetään taajuusmuuttajalla. Suora käynnistys virtalähteellä tuottaa suuren käynnistysvirran. Taajuusmuuttajaa käytettäessä taajuusmuuttajan lähtöjännite ja taajuus lisätään moottoriin vähitellen, joten moottorin käynnistysvirta ja isku ovat pienemmät. Yleensä moottorin tuottama vääntömomentti pienenee taajuuden (nopeuden) laskiessa. Vähennyksen todelliset tiedot selitetään joissakin taajuusmuuttajien käyttöohjeissa.
Tavallinen moottori on suunniteltu ja valmistettu 50 Hz:n jännitteelle, ja sen nimellismomentti annetaan myös tällä jännitealueella. Siksi nopeuden säätöä nimellistaajuuden alapuolella kutsutaan vakiomomenttinopeuden säädöksi. (T=Te, P<=Pe)
Kun taajuusmuuttajan lähtötaajuus on yli 50 Hz, moottorin tuottama vääntömomentti pienenee lineaarisessa suhteessa kääntäen verrannollisena taajuuteen.
Kun moottori käy yli 50 Hz:n taajuudella, moottorin kuormituksen suuruus on otettava huomioon, jotta moottorin lähtömomentti ei ole riittämätön.
Esimerkiksi moottorin 100 Hz:n taajuudella tuottama vääntömomentti pienenee noin puoleen 50 Hz:n taajuudella tuotetusta vääntömomentista.
Siksi nopeuden säätöä nimellistaajuuden yläpuolella kutsutaan vakiotehonopeuden säädöksi (P=Ue*Ie).
5. Taajuusmuuttajan käyttö yli 50 Hz:n taajuudella
Tietyllä moottorilla sen nimellisjännite ja nimellisvirta ovat vakioita.
Esimerkiksi, jos sekä invertterin että moottorin nimellisarvot ovat: 15 kW/380 V/30 A, moottori voi toimia yli 50 Hz:n taajuudella.
Kun nopeus on 50 Hz, invertterin lähtöjännite on 380 V ja virta 30 A. Jos lähtötaajuus nostetaan 60 Hz:iin, invertterin suurin lähtöjännite ja -virta voivat olla vain 380 V / 30 A. Lähtöteho pysyy luonnollisesti muuttumattomana, joten sitä kutsutaan vakiotehon nopeuden säädöksi.
Millainen on vääntömomentti tällä hetkellä?
Koska P=wT(w; kulmanopeus, T: vääntömomentti), P pysyy muuttumattomana ja w kasvaa, vääntömomentti pienenee vastaavasti.
Voimme tarkastella asiaa myös toisesta näkökulmasta:
Moottorin staattorijännite on U=E+I*R (I on virta, R on sähkövastus ja E on indusoitu potentiaali).
Voidaan nähdä, että kun U ja I eivät muutu, Ekään ei muutu.
Ja E=k*f*X (k: vakio; f: taajuus; X: magneettivuo), joten kun f muuttuu 50–>60 Hz, X pienenee vastaavasti.
Moottorille T=K*I*X (K: vakio; I: virta; X: magneettivuo), joten vääntömomentti T pienenee magneettivuon X pienentyessä.
Samaan aikaan, kun se on alle 50 Hz, koska I*R on hyvin pieni, kun U/f=E/f ei muutu, magneettivuo (X) on vakio. Vääntömomentti T on verrannollinen virtaan. Tästä syystä invertterin ylivirtakapasiteettia käytetään yleensä kuvaamaan sen ylikuormitus- (vääntömomentti-) kapasiteettia, ja sitä kutsutaan vakiovääntömomentin nopeussäädöksi (nimellisvirta pysyy muuttumattomana–>maksimaalinen vääntömomentti pysyy muuttumattomana).
Johtopäätös: Kun invertterin lähtötaajuus nousee yli 50 Hz:stä, moottorin lähtömomentti laskee.
6. Muut lähtömomenttiin liittyvät tekijät
Lämmöntuotto ja lämmönpoistokapasiteetti määräävät invertterin lähtövirtakapasiteetin, mikä vaikuttaa invertterin lähtövääntömomenttikapasiteettiin.
1. Kantoaaltotaajuus: Invertteriin merkitty nimellisvirta on yleensä arvo, joka varmistaa jatkuvan tehon korkeimmalla kantoaaltotaajuudella ja korkeimmassa ympäristön lämpötilassa. Kantoaaltotaajuuden pienentäminen ei vaikuta moottorin virtaan. Komponenttien lämmöntuotto kuitenkin vähenee.
2. Ympäristön lämpötila: Aivan kuten invertterin suojausvirran arvoa ei nosteta, kun ympäristön lämpötila havaitaan suhteellisen alhaiseksi.
3. Korkeus: Korkeuden kasvu vaikuttaa lämmönhukkakykyyn ja eristyskykyyn. Yleensä se voidaan jättää huomiotta alle 1000 metrin korkeudessa, ja kapasiteettia voidaan pienentää 5 % jokaista 1000 metriä kohden, jos korkeus kasvaa.
7. Mikä on sopiva taajuus taajuusmuuttajalle moottorin ohjaamiseen?
Yllä olevassa yhteenvedossa olemme oppineet, miksi invertteriä käytetään moottorin ohjaamiseen, ja myös ymmärtäneet, miten invertteri ohjaa moottoria. Invertteri ohjaa moottoria, mikä voidaan tiivistää seuraavasti:
Ensinnäkin invertteri ohjaa moottorin käynnistysjännitettä ja -taajuutta tasaisen käynnistyksen ja tasaisen pysäytyksen saavuttamiseksi;
Toiseksi, invertteriä käytetään moottorin nopeuden säätämiseen ja moottorin nopeutta säädetään muuttamalla taajuutta.
Anhui Mingtengin kestomagneettimoottorituotteita ohjataan invertterillä. Kuormitusalueella 25–120 % niillä on korkeampi hyötysuhde ja laajempi toiminta-alue kuin saman spesifikaation omaavilla asynkronimoottoreilla, ja niillä on merkittäviä energiansäästövaikutuksia.
Ammattitaitoiset teknikkomme valitsevat sopivamman invertterin asiakkaan erityisten työolosuhteiden ja todellisten tarpeiden mukaan saavuttaakseen paremman moottorin hallinnan ja maksimoidakseen moottorin suorituskyvyn. Lisäksi tekninen tukitiimimme voi opastaa asiakkaita etänä invertterin asennuksessa ja virheenkorjauksessa sekä toteuttaa kokonaisvaltaista seurantaa ja palvelua ennen myyntiä ja sen jälkeen.
Tekijänoikeus: Tämä artikkeli on WeChatin julkisen numeron ”Tekninen koulutus” uusintapainos, alkuperäinen linkki https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Tämä artikkeli ei edusta yrityksemme näkemyksiä. Jos sinulla on eriäviä mielipiteitä tai näkemyksiä, korjathan ne!
Julkaisun aika: 09.09.2024