Först och främst, varför använda en frekvensomformare för att styra en motor?

Låt oss först kortfattat förstå dessa två enheter.

Motorn är en induktiv belastning som hindrar strömändringen och kommer att producera en stor strömändring när den startas.

Frekvensomvandlaren är en effektstyrningsenhet som använder strömhalvledarenhetens på-av-funktion för att omvandla strömförsörjningen till en annan frekvens. Den består huvudsakligen av två delar av kretsen, den ena är huvudkretsen (likriktarmodul, elektrolytisk kondensator och växelriktarmodul), och den andra är styrkretsen (omkopplande strömförsörjningskort, styrkretskort).

För att minska motorns startström, speciellt för en motor med högre effekt, desto större effekt, desto större startström. Överdriven startström kommer att medföra en större börda för strömförsörjningen och distributionsnätet, och frekvensomformaren kan lösa detta startproblem så att motorn startar smidigt utan att orsaka överdriven startström.

En annan funktion med att använda frekvensomformaren är att justera motorns hastighet. Vid många tillfällen är det nödvändigt att styra motorns hastighet för att få bättre produktionseffektivitet, och hastighetsregleringen av frekvensomformaren har alltid varit dess största höjdpunkt. Frekvensomformaren kan ändra frekvensen på strömförsörjningen för att uppnå syftet med att styra motorhastigheten.

Vilka är växelriktarkontrollmetoderna?

De fem vanligaste sätten på vilka en växelriktare styr en motor är följande:

Utspänningen för lågspänningsuniversalfrekvensomvandling är 380-650V, uteffekten är 0.75-400kW och arbetsfrekvensen är 0-400Hz. Dess huvudkrets använder en AC-DC-AC-krets. Dess kontrollmetod har gått igenom de följande fyra generationerna.

1U/f=C styrmetod för sinusformad pulsbreddsmodulering (SPWM).

Den kännetecknas av en enkel styrkretsstruktur, låg kostnad och goda mekaniska egenskaper och hårdhet, som kan uppfylla de jämna hastighetsregleringskraven för allmän transmission och har använts i stor utsträckning inom olika industriområden.

Men när denna styrmetod är vid låg frekvens, på grund av den låga utspänningen, påverkas vridmomentet avsevärt av statorresistansens spänningsfall, vilket minskar det maximala utgående vridmomentet.

Dessutom är dess mekaniska egenskaper inte lika svåra som likströmsmotorer efter, och den dynamiska vridmomentkapaciteten och den statiska hastighetsregleringsprestandan är inte tillfredsställande, systemets prestanda är inte hög, styrkurvan kommer att förändras med belastningsändringen och vridmomentsvaret är långsam och motorn svänger. Vridmomentutnyttjandet är inte högt och prestandan minskar på grund av förekomsten av statormotståndet och dödzonseffekten hos växelriktaren vid låg hastighet, och stabiliteten blir dålig. Därför har människor utvecklat hastighetsreglering för vektorstyrning av frekvensomvandling.

Spänningsutrymmesvektor (SVPWM) kontrollläge

Den är baserad på antagandet om den övergripande genereringseffekten av den trefasiga vågformen och syftar till att närma sig den ideala cirkulära roterande magnetfältsbanan för motorluftgapet. Den genererar en trefasmodulationsvågform på en gång och styr den på ett sätt så att en inskriven polygon approximerar en cirkel.

Efter praktisk användning har den förbättrats, det vill säga införandet av frekvenskompensation kan eliminera felet i hastighetskontroll; storleken på flödeslänkningen kan uppskattas genom återkoppling för att eliminera inverkan av statormotstånd vid låg hastighet; utspänningen och strömmen är slutna för att förbättra dynamisk noggrannhet och stabilitet. Det finns dock många länkar i styrkretsen och ingen vridmomentjustering införs, så systemets prestanda har inte förbättrats i grunden.

Vektorkontrollläge (VC)

Praxis med vektorstyrning av frekvensomvandlingshastighetsreglering är att omvandla statorströmmarna Ia, Ib och Ic för asynkronmotorn i trefaskoordinatsystemet till en ekvivalent växelström Ia1Ib1 i det tvåfasiga stationära koordinatsystemet genom trefas. -tvåfasomvandling, och sedan genom. Enligt orienteringsrotationstransformationen av rotormagnetfältet är det ekvivalent med likströmmen Im1 och It1 i det synkrona roterande koordinatsystemet (Im1 är ekvivalent med likströmsmotorns exciteringsström; It1 är ekvivalent med ankarströmmen som är proportionell mot vridmomentet) och imiterar sedan likströmsmotorn. I styrmetoden erhålls likströmsmotorns styrmängd, och styrningen av asynkronmotorn realiseras genom motsvarande koordinatinverstransformation.

Dess kärna är att AC-motorn är likvärdig med en DC-motor, och de två komponenterna hastighet och magnetfält styrs oberoende av varandra. Genom att styra rotorflödeskopplingen och sedan sönderdela statorströmmen för att erhålla de två komponenterna vridmoment och magnetfält, kan koordinattransformationen realisera kvadratur- eller avkopplingskontrollen. Förslaget om vektorstyrningsmetoden har epokgörande betydelse. Men i praktiska tillämpningar, på grund av svårigheten att noggrant observera rotorflödeslänkningen, påverkas systemegenskaperna kraftigt av motorparametrarna, och vektorrotationstransformationen som används i den ekvivalenta DC-motorstyrningen är mer komplicerad, vilket gör det svårt för den faktiska kontrolleffekten för att uppnå idealisk analys. resultat.

Direkt vridmomentstyrning (DTC) -läge

1985 föreslog professor DePenbrock vid Ruhr-universitetet i Tyskland för första gången tekniken för direkt vridmomentstyrning av frekvensomvandling. Denna teknologi löser till stor del de ovan nämnda bristerna med vektorstyrning och har utvecklats snabbt med nya styridéer, enkel och tydlig systemstruktur och utmärkt dynamisk och statisk prestanda.

För närvarande har denna teknik framgångsrikt tillämpats på högeffekts växelströmsöverföring av elektriska lokomotiv. Direkt vridmomentkontroll analyserar direkt den matematiska modellen av AC-motorn i statorns koordinatsystem och styr motorns flödeslänkage och vridmoment. Den behöver inte likställa AC-motorn med en DC-motor, vilket sparar många komplicerade beräkningar i vektorrotationstransformationen; den behöver inte simulera likströmsmotorns styrning, och den behöver inte heller förenkla den matematiska modellen av AC-motorn för frånkoppling.

Matrix AC-AC styrläge

VVVF-frekvensomvandling, vektorstyrningsfrekvensomvandling och direkt vridmomentkontrollfrekvensomvandling är alla AC-DC-AC-frekvensomvandlingar. Deras vanliga nackdelar är låg ineffektfaktor, stor övertonsström, stora energilagringskondensatorer för likströmskretsar och regenerativ energi kan inte matas tillbaka till nätet, det vill säga, fyrkvadrantdrift kan inte utföras.

Av denna anledning kom matris AC-AC frekvensomvandling till. Eftersom matrisen AC-AC frekvensomvandlingen eliminerar den mellanliggande DC-länken, utelämnas de skrymmande och dyra elektrolytiska kondensatorerna. Den kan inse att effektfaktorn är l, ingångsströmmen är sinusformad och kan köras i fyra kvadranter, och systemets effekttäthet är hög. Även om tekniken ännu inte är mogen, lockar den fortfarande många forskare att göra djupgående forskning. Dess essens är inte att indirekt styra strömmen, flödeskopplingen etc., utan att realisera vridmomentet direkt som den kontrollerade kvantiteten.

Den specifika metoden är:

Styr statorflödeslänken och inför observatören av statorflödeslänken för att realisera det hastighetssensorlösa läget;

Automatisk identifiering (ID) förlitar sig på den exakta matematiska motormodellen för att automatiskt identifiera motorparametrarna;

Beräkna det faktiska värdet som motsvarar statorimpedansen, ömsesidig induktans, magnetisk mättnadsfaktor, tröghet, etc. Beräkna det faktiska vridmomentet, statorflödeskopplingen och rotorhastigheten för realtidskontroll;

Realisera Band-Band-styrning Enligt Band-Band-styrningen av flödeslänkage och vridmoment genereras PWM-signaler för att styra växelriktarens kopplingstillstånd.

Matrix AC-AC frekvensomvandling har ett snabbt vridmomentsvar (<2ms), höghastighetsnoggrannhet (±2%, ingen PG-återkoppling) och hög vridmomentnoggrannhet (<+3%); den har också hög starthastighet vridmoment och hög vridmomentnoggrannhet, speciellt vid låg hastighet (inklusive 0 hastigheter), kan den mata ut 150 % till 200 % vridmoment.

Hur styr en inverter en motor? Hur är de två anslutna?

Inverterarens ledningar för att styra motorn är relativt enkel, liknar ledningarna för kontaktorn. De tre huvudströmförsörjningsledningarna går in och går sedan ut till motorn.

Först och främst, låt oss ta en titt på växelriktarens terminaler. Även om det finns många märken och olika ledningsmetoder, är de flesta terminalerna på växelriktaren inte alltför olika. Den är vanligtvis uppdelad i framåt- och bakåtströmbrytaringång, som används för att styra framåt- och bakåtrotationen av många motorer. Återkopplingsterminalen används för att återkoppla om motorns driftstatus, inklusive körfrekvens, hastighet, felstatus och så vidare. För varvtalsreferensstyrning använder vissa frekvensomformare potentiometrar, medan andra använder nycklar direkt.

Den styrs av fysiska ledningar, och ett annat sätt är att gå via kommunikationsnätverket. Många växelriktare stöder nu kommunikationskontroll. Genom denna kommunikationslinje kan motorn styras till att starta och stoppa, framåt och bakåt, justera hastighet etc., samtidigt som även återkopplingsinformation överförs via kommunikation.

Vad händer med motorns utgående vridmoment när dess rotationshastighet (frekvens) ändras?

Startmomentet och det maximala vridmomentet när de drivs av en frekvensomformare är mindre än de som direkt drivs av en kommersiell frekvensströmkälla.

När motorn drivs av en kommersiell frekvensströmförsörjning är stötarna vid start och acceleration mycket stora, men när motorn drivs av en frekvensomformare blir dessa stötar svagare. Effektfrekvens direktstart kommer att generera en stor startström. När du använder en frekvensomformare läggs frekvensomformarens utspänning och frekvens gradvis till motorn, så att startströmmen och motorns påverkan blir mindre.

Generellt minskar vridmomentet som produceras av motorn när frekvensen minskar (hastigheten minskar). De reducerade faktiska data kommer att förklaras i vissa invertermanualer.

Genom att använda frekvensomvandlaren som styrs av en magnetisk flödesvektor kommer avsaknaden av vridmoment vid motorns låga hastighet att förbättras, och motorn kan avge tillräckligt med vridmoment även i området med låg hastighet.

När frekvensomformaren justeras till en frekvens som är större än 50Hz, kommer motorns utgående vridmoment att minska.

Den vanliga motorn är konstruerad och tillverkad enligt spänningen 50Hz, och dess nominella vridmoment ges också inom detta spänningsområde. Därför kallas hastighetsregleringen under den nominella frekvensen konstant vridmomenthastighetsreglering. (T=Te，P<=Pe)

När frekvensomformarens utfrekvens är större än 50 Hz, kommer det vridmoment som genereras av motorn att minska i ett linjärt förhållande som är omvänt proportionellt mot frekvensen.

När motorn körs med en frekvens som är högre än 50 Hz, måste motorns belastning beaktas för att förhindra otillräckligt motorns utgående vridmoment.

Till exempel kommer det vridmoment som produceras av motorn vid 100 Hz att reduceras till cirka 1/2 av det vridmoment som produceras vid 50 Hz.

Därför kallas hastighetsregleringen över den nominella frekvensen konstant effekthastighetsreglering. (P=Ue*Ie)

Användning av frekvensomformare över 50Hz

Som vi alla vet, för en specifik motor är dess märkspänning och märkström konstanta.

Till exempel är märkvärdena för växelriktaren och motorn båda: 15kW/380V/30A, och motorn kan arbeta över 50Hz.

När rotationshastigheten är 50Hz är växelriktarens utspänning 380V och strömmen 30A. Vid denna tidpunkt, om utgångsfrekvensen ökas till 60Hz, kan den maximala utspänningen och strömmen från omriktaren endast vara 380V/30A. Uppenbarligen förblir uteffekten oförändrad, så vi kallar det konstant effekthastighetsreglering.

Vad är vridmomentsituationen vid denna tidpunkt?

Eftersom P=wT(w; vinkelhastighet, T: vridmoment), eftersom P förblir oförändrat och w ökar, kommer vridmomentet att minska i enlighet med detta.

Vi kan också titta på det från en annan vinkel:

Motorstatorspänning U=E+I*R (I är ström, R är elektronisk resistans, E är inducerad potential)

Det kan ses att när U och jag är oförändrade är E också oförändrade.

Och E=k*f*X (k: konstant; f: frekvens; X: magnetiskt flöde), så när f ändras från 50–>60Hz kommer X att minska i enlighet med detta

För motorn är T=K*I*X (K: konstant; I: ström; X: flöde), så vridmomentet T kommer att minska när flödet X minskar

Samtidigt, när den är mindre än 50Hz, eftersom I*R är mycket liten, när U/f=E/f är konstant, är det magnetiska flödet (X) konstant. Vridmomentet T är proportionellt mot strömmen. Det är därför växelriktarens överlastkapacitet (vridmoment) vanligtvis beskrivs av dess överströmskapacitet, och den kallas konstant vridmomenthastighetsreglering (märkströmmen ändras inte –> det maximala vridmomentet ändras inte)

Slutsats: När växelriktarens utfrekvens ökar från över 50Hz, kommer motorns utgående vridmoment att minska

Andra faktorer relaterade till utgående vridmoment

Värmegenereringen och värmeavledningsförmågan bestämmer växelriktarens utströmskapacitet, vilket påverkar växelriktarens utgångsvridmomentkapacitet.

Bärvågsfrekvens: Generellt är omriktarens märkström baserad på den högsta bärvågsfrekvensen, vilket kan garantera kontinuerlig uteffekt vid högsta omgivningstemperatur. Om bärvågsfrekvensen sänks kommer motorströmmen inte att påverkas. Men uppvärmningen av komponenter kommer att minska.

Omgivningstemperatur: Bara för att den upptäcker att omgivningstemperaturen är relativt låg kommer den inte att öka växelriktarens skyddsströmvärde.

Höjd: När höjden ökar påverkar det både värmeavledning och isoleringsprestanda. I allmänhet kan det ignoreras under 1000m, och det räcker att minska kapaciteten med 5% var 1000m ovanför.

Hur mycket är lämplig frekvens för frekvensomformaren för att styra motorn?

I ovanstående arrangemang har vi lärt oss varför växelriktaren används för att styra motorn och hur växelriktaren styr motorn. Frekvensomformaren styr motorn, och den kan sammanfattas i två punkter: För det första styr frekvensomformaren motorns startspänning och frekvens; uppnår mjuk start och mjukt stopp; för det andra, använd frekvensomformaren för att justera motorns hastighet och justera motorns hastighet genom att ändra frekvensen.