Allereerst: waarom zou u een frequentieomvormer gebruiken om een ​​motor te besturen?

Laten we deze twee apparaten eerst kort begrijpen.

De motor is een inductieve belasting, die de stroomverandering belemmert en een grote stroomverandering zal veroorzaken wanneer hij wordt gestart.

De frequentieomvormer is een vermogensregelapparaat dat de aan-uitfunctie van het vermogenshalfgeleiderapparaat gebruikt om de voedingsfrequentievoeding om te zetten naar een andere frequentie. Het bestaat hoofdzakelijk uit twee delen van het circuit, het ene is het hoofdcircuit (gelijkrichtermodule, elektrolytische condensator en invertermodule) en het andere is het besturingscircuit (schakelvoedingsbord, besturingsprintplaat).

Om de startstroom van de motor te verminderen, vooral voor een motor met een hoger vermogen, geldt: hoe groter het vermogen, hoe groter de startstroom. Een te hoge startstroom zal een grotere belasting voor het stroomvoorzienings- en distributienetwerk met zich meebrengen, en de frequentieomvormer kan dit startprobleem oplossen, zodat de motor soepel start zonder overmatige startstroom te veroorzaken.

Een andere functie van het gebruik van de frequentieomvormer is het aanpassen van de snelheid van de motor. Vaak is het nodig om de snelheid van de motor te regelen om een ​​betere productie-efficiëntie te verkrijgen, en de snelheidsregeling van de frequentieomvormer is altijd het grootste hoogtepunt geweest. De frequentieomvormer kan de frequentie van de voeding wijzigen om het doel van het regelen van de motorsnelheid te bereiken.

Wat zijn de besturingsmethoden van de omvormer?

De vijf meest voorkomende manieren waarop een omvormer een motor aanstuurt, zijn als volgt:

De uitgangsspanning van de universele laagspanningsfrequentieomzetting is 380-650V, het uitgangsvermogen is 0.75-400 kW en de werkfrequentie is 0-400 Hz. Het hoofdcircuit maakt gebruik van een AC-DC-AC-circuit. De controlemethode heeft de volgende vier generaties doorlopen.

1U/f=C sinusoïdale pulsbreedtemodulatie (SPWM)-besturingsmethode

Het wordt gekenmerkt door een eenvoudige regelcircuitstructuur, lage kosten en goede mechanische eigenschappen en hardheid, die kunnen voldoen aan de eisen voor soepele snelheidsregeling van algemene transmissie, en wordt op grote schaal gebruikt in verschillende industriële sectoren.

Wanneer deze regelmethode echter een lage frequentie heeft, wordt het koppel vanwege de lage uitgangsspanning aanzienlijk beïnvloed door de spanningsval van de statorweerstand, waardoor het maximale uitgangskoppel afneemt.

Bovendien zijn de mechanische eigenschappen niet zo moeilijk als die van DC-motoren daarna, en zijn het dynamische koppelvermogen en de statische snelheidsregelingsprestaties niet bevredigend, zijn de systeemprestaties niet hoog, zal de regelcurve veranderen met de belastingsverandering en de koppelrespons is langzaam en de motor draait. De benuttingsgraad van het koppel is niet hoog en de prestaties nemen af ​​als gevolg van het bestaan ​​van de statorweerstand en het dode zone-effect van de omvormer bij lage snelheid, en de stabiliteit wordt slecht. Daarom hebben mensen frequentieomzettingssnelheidsregeling met vectorbesturing ontwikkeld.

Spanningsruimtevector (SVPWM) -besturingsmodus

Het is gebaseerd op het uitgangspunt van het algemene generatie-effect van de driefasige golfvorm en heeft tot doel het ideale cirkelvormige roterende magnetische veldtraject van de luchtspleet van de motor te benaderen. Het genereert in één keer een driefasige modulatiegolfvorm en bestuurt deze op een manier dat een ingeschreven polygoon een cirkel benadert.

Na praktisch gebruik is het verbeterd, dat wil zeggen dat de introductie van frequentiecompensatie de fout van snelheidsregeling kan elimineren; de omvang van de fluxkoppeling kan worden geschat door middel van feedback om de invloed van statorweerstand bij lage snelheid te elimineren; de uitgangsspanning en -stroom zijn gesloten om de dynamische nauwkeurigheid en stabiliteit te verbeteren. Er zijn echter veel schakels in het regelcircuit en er is geen koppelaanpassing geïntroduceerd, waardoor de systeemprestaties niet fundamenteel zijn verbeterd.

Vectorregeling (VC) -modus

De praktijk van vectorbesturing frequentieomzettingssnelheidsregeling is het omzetten van de statorstromen Ia, Ib en Ic van de asynchrone motor in het driefasige coördinatensysteem in een equivalente wisselstroom Ia1Ib1 in het tweefasige stationaire coördinatensysteem via driefasige -tweefasige conversie, en vervolgens door. Volgens de oriëntatierotatietransformatie van het magnetische veld van de rotor is dit equivalent aan de gelijkstroom Im1 en It1 in het synchrone roterende coördinatensysteem (Im1 is equivalent aan de excitatiestroom van de gelijkstroommotor; Het is equivalent aan de ankerstroom die evenredig is met het koppel) en imiteert vervolgens de DC-motor. Bij de besturingsmethode wordt de besturingshoeveelheid van de DC-motor verkregen en wordt de besturing van de asynchrone motor gerealiseerd door de overeenkomstige inverse coördinatentransformatie.

De essentie ervan is dat de AC-motor gelijkwaardig is aan een DC-motor en dat de twee componenten snelheid en magnetisch veld onafhankelijk worden geregeld. Door de rotorfluxkoppeling te regelen en vervolgens de statorstroom te ontbinden om de twee componenten koppel en magnetisch veld te verkrijgen, kan de coördinatentransformatie de kwadratuur- of ontkoppelingsregeling realiseren. Het voorstel van de vectorcontrolemethode heeft een baanbrekende betekenis. In praktische toepassingen worden de systeemkarakteristieken echter sterk beïnvloed door de motorparameters, vanwege de moeilijkheid om de rotorfluxkoppeling nauwkeurig te observeren, en is de vectorrotatietransformatie die wordt gebruikt in het equivalente DC-motorbesturingsproces ingewikkelder, waardoor het moeilijk wordt om het feitelijke controle-effect om een ​​ideale analyse te bereiken. resultaat.

Directe koppelregeling (DTC) -modus

In 1985 stelde professor DePenbrock van de Ruhr Universiteit in Duitsland voor het eerst de frequentieomzettingstechnologie met directe koppelregeling voor. Deze technologie lost de bovengenoemde tekortkomingen van vectorcontrole grotendeels op en heeft zich snel ontwikkeld met nieuwe controle-ideeën, een eenvoudige en duidelijke systeemstructuur en uitstekende dynamische en statische prestaties.

Momenteel wordt deze technologie met succes toegepast op de krachtige AC-transmissie van de tractie van elektrische locomotieven. Directe koppelregeling analyseert rechtstreeks het wiskundige model van de AC-motor in het statorcoördinatensysteem en regelt de fluxkoppeling en het koppel van de motor. Het is niet nodig om de AC-motor gelijk te stellen aan een DC-motor, waardoor veel ingewikkelde berekeningen bij de vectorrotatietransformatie worden bespaard; het hoeft de besturing van de gelijkstroommotor niet te simuleren, noch hoeft het wiskundige model van de wisselstroommotor voor ontkoppeling te worden vereenvoudigd.

Matrix AC-AC-besturingsmodus

VVVF-frequentieconversie, vectorbesturingsfrequentieconversie en directe koppelbesturingsfrequentieconversie zijn allemaal AC-DC-AC-frequentieconversies. Hun gemeenschappelijke nadelen zijn een lage ingangsvermogensfactor, een grote harmonische stroom, grote energieopslagcondensatoren voor gelijkstroomcircuits, en regeneratieve energie kan niet worden teruggevoerd naar het net, dat wil zeggen dat er geen vierkwadrantwerking kan worden uitgevoerd.

Om deze reden ontstond de matrix AC-AC-frequentieconversie. Omdat de matrix AC-AC frequentieconversie de tussenliggende DC-tussenkring elimineert, worden de omvangrijke en dure elektrolytische condensatoren weggelaten. Het kan realiseren dat de arbeidsfactor l is, de ingangsstroom sinusoïdaal is en in vier kwadranten kan lopen, en de vermogensdichtheid van het systeem hoog is. Hoewel de technologie nog niet volwassen is, trekt ze nog steeds veel wetenschappers aan om diepgaand onderzoek te doen. De essentie ervan is niet om indirect de stroom, fluxkoppeling, enz. Te regelen, maar om het koppel direct als de gecontroleerde grootheid te realiseren.

De specifieke methode is:

Controleer de statorfluxkoppeling en introduceer de statorfluxkoppelingswaarnemer om de snelheidssensorloze modus te realiseren;

Automatische identificatie (ID) is afhankelijk van het precieze motorwiskundige model om de motorparameters automatisch te identificeren;

Bereken de werkelijke waarde die overeenkomt met de statorimpedantie, wederzijdse inductie, magnetische verzadigingsfactor, traagheid, enz. Bereken het werkelijke koppel, de statorfluxkoppeling en de rotorsnelheid voor realtime controle;

Realiseer band-bandregeling Volgens de band-bandregeling van fluxkoppeling en koppel worden PWM-signalen gegenereerd om de schakelstatus van de omvormer te regelen.

Matrix AC-AC frequentieconversie heeft een snelle koppelrespons (<2 ms), hoge snelheidsnauwkeurigheid (±2%, geen PG-feedback) en hoge koppelnauwkeurigheid (<+3%); het heeft ook een hoog startsnelheidskoppel en een hoge koppelnauwkeurigheid, vooral bij lage snelheid (inclusief 0-snelheid), het kan een koppel van 150% tot 200% leveren.

Hoe bestuurt een omvormer een motor? Hoe zijn de twee bedraad?

De bedrading van de omvormer om de motor te besturen is relatief eenvoudig, vergelijkbaar met de bedrading van de contactor. De drie hoofdstroomtoevoerleidingen komen binnen en gaan vervolgens naar de motor.

Laten we eerst eens kijken naar de klemmen van de omvormer. Hoewel er veel merken en verschillende bedradingsmethoden zijn, zijn de meeste aansluitingen van de omvormer niet al te verschillend. Het is over het algemeen verdeeld in voorwaartse en achterwaartse schakelingangen, die worden gebruikt om de voorwaartse en achterwaartse rotatie van veel motoren te regelen. De feedbackterminal wordt gebruikt om feedback te geven over de bedrijfsstatus van de motor, inclusief de bedrijfsfrequentie, snelheid, foutstatus, enzovoort. Voor de snelheidsreferentieregeling gebruiken sommige frequentieomvormers potentiometers, terwijl andere rechtstreeks toetsen gebruiken.

Het wordt bestuurd door fysieke bedrading, en een andere manier is om via het communicatienetwerk te gaan. Veel omvormers ondersteunen nu communicatiecontrole. Via deze communicatielijn kan de motor worden bestuurd om te starten en stoppen, vooruit en achteruit, de snelheid aan te passen, enz., en tegelijkertijd wordt feedbackinformatie ook via communicatie verzonden.

Wat gebeurt er met het uitgangskoppel van een motor wanneer het toerental (frequentie) verandert?

Het startkoppel en het maximale koppel bij aandrijving door een frequentieomvormer zijn kleiner dan die welke rechtstreeks worden aangedreven door een commerciële frequentievoeding.

Wanneer de motor wordt aangedreven door een commerciële frequentievoeding, zijn de schokken bij het starten en accelereren erg groot, maar wanneer de motor wordt aangedreven door een frequentieomvormer, zullen deze schokken zwakker zijn. Direct starten met een vermogensfrequentie genereert een grote startstroom. Bij gebruik van een frequentieomvormer worden de uitgangsspanning en frequentie van de frequentieomvormer geleidelijk aan de motor toegevoegd, waardoor de aanloopstroom en impact van de motor kleiner zijn.

Over het algemeen neemt het door de motor geproduceerde koppel af naarmate de frequentie afneemt (snelheid neemt af). De beperkte feitelijke gegevens worden in sommige handleidingen van de omvormer uitgelegd.

Door gebruik te maken van de frequentieomvormer die wordt bestuurd door een magnetische fluxvector, wordt het gebrek aan koppel bij lage snelheid van de motor verbeterd en kan de motor zelfs bij lage snelheid voldoende koppel leveren.

Wanneer de frequentieomvormer wordt afgesteld op een frequentie hoger dan 50 Hz, zal het uitgangskoppel van de motor afnemen.

De gebruikelijke motor is ontworpen en vervaardigd volgens de spanning van 50 Hz, en het nominale koppel wordt ook binnen dit spanningsbereik gegeven. Daarom wordt de snelheidsregeling onder de nominale frequentie constante koppelsnelheidsregeling genoemd. (T=Te，P<=Pe)

Wanneer de uitgangsfrequentie van de frequentieomvormer groter is dan 50 Hz, zal het door de motor gegenereerde koppel afnemen in een lineaire relatie die omgekeerd evenredig is met de frequentie.

Wanneer de motor draait met een frequentie hoger dan 50 Hz, moet rekening worden gehouden met de belasting van de motor om onvoldoende uitgangskoppel van de motor te voorkomen.

Het koppel dat door de motor wordt geproduceerd bij 100 Hz zal bijvoorbeeld worden teruggebracht tot ongeveer de helft van het koppel dat wordt geproduceerd bij 1 Hz.

Daarom wordt de snelheidsregeling boven de nominale frequentie constante vermogenssnelheidsregeling genoemd. (P=Ue*Ie)

Toepassing van frequentieomvormer boven 50 Hz

Zoals we allemaal weten, zijn voor een specifieke motor de nominale spanning en de nominale stroom constant.

De nominale waarden van de omvormer en de motor zijn bijvoorbeeld beide: 15 kW/380 V/30 A, en de motor kan boven 50 Hz werken.

Wanneer de rotatiesnelheid 50 Hz is, is de uitgangsspanning van de omvormer 380 V en de stroom 30 A. Als de uitgangsfrequentie op dit moment wordt verhoogd naar 60 Hz, kan de maximale uitgangsspanning en -stroom van de omvormer slechts 380 V/30 A bedragen. Uiteraard blijft het uitgangsvermogen ongewijzigd, daarom noemen we dit constante vermogenssnelheidsregeling.

Wat is de koppelsituatie op dit moment?

Omdat P=wT(w; hoeksnelheid, T: koppel), omdat P onveranderd blijft en w toeneemt, zal het koppel dienovereenkomstig afnemen.

We kunnen het ook vanuit een andere hoek bekijken:

Motorstatorspanning U=E+I*R (I is stroom, R is elektronische weerstand, E is geïnduceerd potentieel)

Het is duidelijk dat wanneer U en I onveranderd zijn, E ook onveranderd is.

En E=k*f*X (k: constant; f: frequentie; X: magnetische flux), dus als f verandert van 50–>60 Hz, zal X dienovereenkomstig afnemen

Voor de motor geldt T=K*I*X (K: constant; I: stroom; X: flux), dus het koppel T zal afnemen naarmate de flux X afneemt

Tegelijkertijd, wanneer het minder dan 50 Hz is, is de magnetische flux (X) constant, aangezien I*R erg klein is, wanneer U/f=E/f constant is. Het koppel T is evenredig met de stroom. Dit is de reden waarom de overbelastingscapaciteit (koppelcapaciteit) van de omvormer gewoonlijk wordt beschreven aan de hand van de overstroomcapaciteit, en dit wordt constante koppelsnelheidsregeling genoemd (de nominale stroom verandert niet -> het maximale koppel verandert niet)

Conclusie: Wanneer de uitgangsfrequentie van de omvormer boven de 50 Hz stijgt, zal het uitgangskoppel van de motor afnemen

Andere factoren die verband houden met het uitgangskoppel

Het warmteopwekkings- en warmtedissipatievermogen bepalen het uitgangsstroomvermogen van de omvormer, waardoor het uitgangskoppelvermogen van de omvormer wordt beïnvloed.

Draaggolffrequentie: Over het algemeen is de nominale stroom van de omvormer gebaseerd op de hoogste draaggolffrequentie, die een continu vermogen bij de hoogste omgevingstemperatuur kan garanderen. Als de draaggolffrequentie wordt verlaagd, wordt de motorstroom niet beïnvloed. Maar de verwarming van componenten zal worden verminderd.

Omgevingstemperatuur: Alleen omdat het detecteert dat de omgevingstemperatuur relatief laag is, zal het de huidige beschermingswaarde van de omvormer niet verhogen.

Hoogte: Naarmate de hoogte toeneemt, heeft dit invloed op zowel de warmteafvoer als de isolatieprestaties. Over het algemeen kan dit onder de 1000 meter worden genegeerd, en het is voldoende om de capaciteit elke 5 meter daarboven met 1000% te verminderen.

Hoeveel is de juiste frequentie voor de frequentieomvormer om de motor te besturen?

In de bovenstaande opstelling hebben we geleerd waarom de omvormer wordt gebruikt om de motor te besturen, en hoe de omvormer de motor bestuurt. De frequentieomvormer bestuurt de motor en kan in twee punten worden samengevat: ten eerste regelt de frequentieomvormer de startspanning en frequentie van de motor; zorgt voor een soepele start en soepele stop; ten tweede, gebruik de frequentieomvormer om de snelheid van de motor aan te passen en pas de snelheid van de motor aan door de frequentie te veranderen.