Il convertitore di frequenza è una tecnologia che dovrebbe essere padroneggiata quando si eseguono lavori elettrici. L'uso del convertitore di frequenza per controllare il motore è un metodo comune nel controllo elettrico; alcuni richiedono anche competenza nel loro utilizzo.
1.Prima di tutto, perché utilizzare un convertitore di frequenza per controllare un motore?
Il motore è un carico induttivo, che ostacola il cambiamento di corrente e produrrà un grande cambiamento di corrente all'avvio.
L'inverter è un dispositivo di controllo dell'energia elettrica che utilizza la funzione on-off dei dispositivi a semiconduttore di potenza per convertire l'alimentazione a frequenza industriale in un'altra frequenza. È composto principalmente da due circuiti, uno è il circuito principale (modulo raddrizzatore, condensatore elettrolitico e modulo inverter) e l'altro è il circuito di controllo (scheda di alimentazione a commutazione, scheda di controllo).
Per ridurre la corrente di avviamento del motore, in particolare del motore con potenza maggiore, maggiore è la potenza, maggiore è la corrente di avviamento. Una corrente di avviamento eccessiva comporterà un onere maggiore per la rete di alimentazione e distribuzione. Il convertitore di frequenza può risolvere questo problema di avviamento e consentire al motore di avviarsi senza problemi senza causare un'eccessiva corrente di avviamento.
Un'altra funzione dell'utilizzo di un convertitore di frequenza è quella di regolare la velocità del motore. In molti casi, è necessario controllare la velocità del motore per ottenere una migliore efficienza produttiva e la regolazione della velocità del convertitore di frequenza è sempre stata il suo punto forte. Il convertitore di frequenza controlla la velocità del motore modificando la frequenza dell'alimentazione.
2.Quali sono i metodi di controllo dell'inverter?
I cinque metodi più comunemente utilizzati per il controllo dei motori con inverter sono i seguenti:
A. Metodo di controllo della modulazione di larghezza di impulso sinusoidale (SPWM).
Le sue caratteristiche sono la struttura semplice del circuito di controllo, il basso costo, la buona durezza meccanica e la capacità di soddisfare i requisiti di regolare velocità della trasmissione generale. È stato ampiamente utilizzato in vari campi dell'industria.
Tuttavia, alle basse frequenze, a causa della bassa tensione di uscita, la coppia è significativamente influenzata dalla caduta di tensione della resistenza statorica, che riduce la coppia di uscita massima.
Inoltre, le sue caratteristiche meccaniche non sono forti come quelle dei motori CC e la sua capacità di coppia dinamica e le prestazioni di regolazione della velocità statica non sono soddisfacenti. Inoltre, le prestazioni del sistema non sono elevate, la curva di controllo cambia con il carico, la risposta della coppia è lenta, il tasso di utilizzo della coppia del motore non è elevato e le prestazioni diminuiscono a bassa velocità a causa della resistenza dello statore e dell'inverter guasto effetto zona e la stabilità si deteriora. Pertanto, le persone hanno studiato la regolazione della velocità a frequenza variabile con controllo vettoriale.
B. Metodo di controllo del vettore spaziale della tensione (SVPWM).
Si basa sull'effetto di generazione complessivo della forma d'onda trifase, con lo scopo di avvicinarsi alla traiettoria circolare ideale del campo magnetico rotante del traferro del motore, generando una forma d'onda di modulazione trifase alla volta e controllandola in modo di poligono inscritto che approssima la circonferenza.
Dopo l'uso pratico è stato migliorato, introducendo cioè la compensazione della frequenza per eliminare l'errore del controllo della velocità; stima dell'ampiezza del flusso attraverso la retroazione per eliminare l'influenza della resistenza statorica a bassa velocità; chiudendo la tensione di uscita e il circuito di corrente per migliorare la precisione e la stabilità dinamica. Tuttavia, ci sono molti collegamenti al circuito di controllo e non viene introdotta alcuna regolazione della coppia, quindi le prestazioni del sistema non sono state sostanzialmente migliorate.
C. Metodo di controllo vettoriale (VC).
L'essenza è rendere il motore CA equivalente a un motore CC e controllare in modo indipendente la velocità e il campo magnetico. Controllando il flusso del rotore, la corrente dello statore viene scomposta per ottenere le componenti di coppia e campo magnetico e la trasformazione delle coordinate viene utilizzata per ottenere un controllo ortogonale o disaccoppiato. L'introduzione del metodo di controllo vettoriale ha un significato epocale. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, poiché il flusso del rotore è difficile da osservare con precisione, le caratteristiche del sistema sono fortemente influenzate dai parametri del motore e la trasformazione della rotazione vettoriale utilizzata nel processo di controllo del motore CC equivalente è relativamente complessa, rendendo difficile l'effettiva effetto di controllo per ottenere il risultato di analisi ideale.
D. Metodo di controllo diretto della coppia (DTC).
Nel 1985, il professor DePenbrock dell'Università della Ruhr in Germania propose per primo la tecnologia di conversione della frequenza con controllo diretto della coppia. Questa tecnologia ha ampiamente risolto i limiti del suddetto controllo vettoriale ed è stata rapidamente sviluppata con nuove idee di controllo, struttura del sistema concisa e chiara ed eccellenti prestazioni dinamiche e statiche.
Attualmente, questa tecnologia è stata applicata con successo alla trazione con trasmissione CA ad alta potenza delle locomotive elettriche. Il controllo diretto della coppia analizza direttamente il modello matematico dei motori CA nel sistema di coordinate dello statore e controlla il flusso magnetico e la coppia del motore. Non è necessario equiparare i motori CA ai motori CC, eliminando così molti calcoli complessi nella trasformazione della rotazione vettoriale; non ha bisogno di imitare il controllo dei motori DC, né di semplificare il modello matematico dei motori AC per il disaccoppiamento.
E. Metodo di controllo Matrix AC-AC
La conversione di frequenza VVVF, la conversione di frequenza di controllo vettoriale e la conversione di frequenza di controllo diretto della coppia sono tutti tipi di conversione di frequenza AC-DC-AC. I loro svantaggi comuni sono il basso fattore di potenza in ingresso, la grande corrente armonica, il grande condensatore di accumulo dell'energia richiesto per il circuito CC e l'energia rigenerativa non può essere reimmessa nella rete elettrica, ovvero non può funzionare in quattro quadranti.
Per questo motivo è nata la conversione di frequenza a matrice AC-AC. Poiché la conversione di frequenza CA-CA a matrice elimina il collegamento CC intermedio, viene eliminato anche il grande e costoso condensatore elettrolitico. Può raggiungere un fattore di potenza pari a 1, una corrente di ingresso sinusoidale e può funzionare in quattro quadranti e il sistema ha un'elevata densità di potenza. Sebbene questa tecnologia non sia ancora matura, attira ancora molti studiosi a condurre ricerche approfondite. La sua essenza non è quella di controllare indirettamente la corrente, il flusso magnetico e altre quantità, ma di utilizzare direttamente la coppia come quantità controllata per ottenerlo.
3.Come fa un convertitore di frequenza a controllare un motore? Come sono collegati i due insieme?
Il cablaggio dell'inverter per controllare il motore è relativamente semplice, simile al cablaggio del contattore, con tre linee di alimentazione principali che entrano e poi escono dal motore, ma le impostazioni sono più complicate e anche le modalità per controllare l'inverter sono diverso.
Innanzitutto, per quanto riguarda i terminali dell'inverter, sebbene esistano molte marche e metodi di cablaggio diversi, i terminali di cablaggio della maggior parte degli inverter non sono molto diversi. Generalmente suddivisi in ingressi interruttore avanti e indietro, utilizzati per controllare l'avvio avanti e indietro del motore. I terminali di feedback vengono utilizzati per fornire feedback sullo stato operativo del motore,compresa la frequenza operativa, la velocità, lo stato di guasto, ecc.
Per il controllo dell'impostazione della velocità, alcuni convertitori di frequenza utilizzano potenziometri, altri utilizzano direttamente i pulsanti, tutti controllati tramite cablaggio fisico. Un altro modo è utilizzare una rete di comunicazione. Molti convertitori di frequenza ora supportano il controllo della comunicazione. La linea di comunicazione può essere utilizzata per controllare l'avvio e l'arresto, la rotazione avanti e indietro, la regolazione della velocità, ecc. del motore. Allo stesso tempo, anche le informazioni di feedback vengono trasmesse attraverso la comunicazione.
4.Cosa succede alla coppia in uscita di un motore quando cambia la sua velocità di rotazione (frequenza)?
La coppia iniziale e la coppia massima quando azionate da un convertitore di frequenza sono inferiori rispetto a quando azionate direttamente da un alimentatore.
Il motore ha un forte impatto in avviamento e in accelerazione quando alimentato da un alimentatore, ma questi impatti sono più deboli quando alimentato da un convertitore di frequenza. L'avviamento diretto con un alimentatore genererà una grande corrente di avviamento. Quando si utilizza un convertitore di frequenza, la tensione di uscita e la frequenza del convertitore di frequenza vengono aggiunte gradualmente al motore, in modo che la corrente di avviamento e l'impatto del motore siano inferiori. Solitamente la coppia generata dal motore diminuisce al diminuire della frequenza (diminuisce la velocità). I dati effettivi della riduzione verranno spiegati in alcuni manuali dei convertitori di frequenza.
Il motore normale è progettato e prodotto per una tensione di 50 Hz e anche la sua coppia nominale è compresa in questo intervallo di tensione. Pertanto, la regolazione della velocità al di sotto della frequenza nominale è chiamata regolazione della velocità a coppia costante. (T=Te, P<=Pe)
Quando la frequenza di uscita del convertitore di frequenza è maggiore di 50 Hz, la coppia generata dal motore diminuisce in una relazione lineare inversamente proporzionale alla frequenza.
Quando il motore funziona a una frequenza superiore a 50 Hz, è necessario considerare la dimensione del carico del motore per evitare una coppia di uscita del motore insufficiente.
Ad esempio, la coppia generata dal motore a 100 Hz viene ridotta a circa la metà della coppia generata a 50 Hz.
Pertanto, la regolazione della velocità al di sopra della frequenza nominale è chiamata regolazione della velocità a potenza costante. (P=Ue*Ie).
5.Applicazione del convertitore di frequenza superiore a 50 Hz
Per un motore specifico, la tensione nominale e la corrente nominale sono costanti.
Ad esempio, se i valori nominali dell'inverter e del motore sono entrambi: 15 kW/380 V/30 A, il motore può funzionare a una frequenza superiore a 50 Hz.
Quando la velocità è 50 Hz, la tensione di uscita dell'inverter è 380 V e la corrente è 30 A. A questo punto, se la frequenza di uscita viene aumentata a 60 Hz, la tensione e la corrente di uscita massime dell'inverter possono essere solo 380 V/30 A. Ovviamente la potenza in uscita rimane invariata, per questo la chiamiamo regolazione della velocità a potenza costante.
Com'è la coppia in questo momento?
Poiché P=wT(w; velocità angolare, T: coppia), poiché P rimane invariato e w aumenta, la coppia diminuirà di conseguenza.
Possiamo anche guardarlo da un’altra angolazione:
La tensione dello statore del motore è U=E+I*R (I è la corrente, R è la resistenza elettronica ed E è il potenziale indotto).
Si può vedere che quando U e I non cambiano, neanche E cambia.
E E=k*f*X (k: costante; f: frequenza; X: flusso magnetico), quindi quando f cambia da 50–>60 Hz, X diminuirà di conseguenza.
Per il motore, T=K*I*X (K: costante; I: corrente; X: flusso magnetico), quindi la coppia T diminuirà al diminuire del flusso magnetico X.
Allo stesso tempo, quando è inferiore a 50 Hz, poiché I*R è molto piccolo, quando U/f=E/f non cambia, il flusso magnetico (X) è costante. La coppia T è proporzionale alla corrente. Questo è il motivo per cui la capacità di sovracorrente dell'inverter viene solitamente utilizzata per descrivere la sua capacità di sovraccarico (coppia) ed è chiamata regolazione della velocità a coppia costante (la corrente nominale rimane invariata–>la coppia massima rimane invariata)
Conclusione: quando la frequenza di uscita dell'inverter aumenta da oltre 50 Hz, la coppia di uscita del motore diminuirà.
6.Altri fattori legati alla coppia in uscita
La capacità di generazione e dissipazione del calore determina la capacità di corrente di uscita dell'inverter, influenzando così la capacità di coppia di uscita dell'inverter.
1. Frequenza portante: la corrente nominale indicata sull'inverter è generalmente il valore che può garantire un'uscita continua alla frequenza portante più alta e alla temperatura ambiente più alta. La riduzione della frequenza portante non influirà sulla corrente del motore. Tuttavia, la generazione di calore dei componenti sarà ridotta.
2. Temperatura ambiente: proprio come il valore della corrente di protezione dell'inverter non verrà aumentato quando viene rilevata una temperatura ambiente relativamente bassa.
3. Altitudine: l'aumento dell'altitudine ha un impatto sulla dissipazione del calore e sulle prestazioni di isolamento. In genere, può essere ignorato al di sotto dei 1.000 metri e la capacità può essere ridotta del 5% per ogni 1.000 metri al di sopra.
7.Qual è la frequenza appropriata affinché un convertitore di frequenza controlli un motore?
Nel riepilogo sopra, abbiamo imparato perché l'inverter viene utilizzato per controllare il motore e abbiamo anche capito come l'inverter controlla il motore. L’inverter controlla il motore, che può essere così riassunto:
Innanzitutto, l'inverter controlla la tensione di avvio e la frequenza del motore per ottenere un avvio e un arresto graduali;
In secondo luogo, l'inverter viene utilizzato per regolare la velocità del motore e la velocità del motore viene regolata modificando la frequenza.
Il motore a magneti permanenti di Anhui Mingtengi prodotti sono controllati dall'inverter. Nell'intervallo di carico compreso tra il 25% e il 120%, hanno un'efficienza maggiore e un campo operativo più ampio rispetto ai motori asincroni con le stesse specifiche e hanno notevoli effetti di risparmio energetico.
I nostri tecnici professionisti selezioneranno l'inverter più adatto in base alle condizioni di lavoro specifiche e alle effettive esigenze dei clienti per ottenere un migliore controllo del motore e massimizzarne le prestazioni. Inoltre, il nostro reparto di assistenza tecnica può guidare in remoto i clienti nell'installazione e nel debug dell'inverter e realizzare un follow-up e un'assistenza completi prima e dopo la vendita.
Copyright: questo articolo è una ristampa del numero pubblico di WeChat “Formazione tecnica”, il link originale https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Questo articolo non rappresenta il punto di vista della nostra azienda. Se avete opinioni o punti di vista diversi, correggeteci!
Orario di pubblicazione: 09-settembre-2024