Auf welche Frequenz kann ein Frequenzumrichter eingestellt werden, wenn er zur Steuerung eines Motors verwendet wird?

Wie viel wissen Sie über umrichtergesteuerte Motoren?

Frequenzumrichter, auch bekannt als Antriebe mit variabler Frequenz (VFDs) oder drehzahlvariable Antriebesind in der modernen Motorsteuerung von zentraler Bedeutung. Sie ermöglichen eine präzise Steuerung der Motordrehzahl, indem sie die Frequenz der dem Motor zugeführten elektrischen Leistung anpassen. Ganz gleich, ob es sich um einen kleinen Ventilator oder eine große Industriewaschmaschine handelt, diese Umrichter spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Energieeffizienz, der Verlängerung der Motorlebensdauer und der Gewährleistung eines reibungsloseren Betriebs. Aber wie gut kennen Sie die Möglichkeiten und Anpassungen, die mit einem Frequenzumrichter?

Warum einen Frequenzumrichter zur Steuerung eines Motors verwenden?

Zunächst sollten wir kurz die beiden beteiligten Komponenten verstehen: den Motor und den Frequenzumrichter.

Motoren sind induktive Lasten, die Stromschwankungen widerstehen. Beim Anfahren können sie erhebliche Stromschwankungen verursachen. A Frequenzumrichter ist ein Gerät, das mit Hilfe von Halbleiterschaltungen eine Stromversorgung mit fester Frequenz in eine variable Ausgangsfrequenz umwandelt. Es besteht hauptsächlich aus zwei Schaltkreisen: dem Hauptschaltkreis (einschließlich Gleichrichtermodul, Elektrolytkondensator und Wechselrichtermodul) und dem Steuerschaltkreis (bestehend aus einer Schaltnetzteilplatine und einer Steuerplatine).

Einer der wichtigsten Vorteile der Verwendung eines Frequenzumrichter ist die Fähigkeit, den Anlaufstrom des Motors zu reduzieren, was besonders bei größeren Motoren wichtig ist. Größere Motoren ziehen einen höheren Anlaufstrom, der das Stromversorgungsnetz belasten kann. A Frequenzumrichter löst dieses Problem, indem es ein sanftes Anlaufen des Motors ermöglicht, ohne einen übermäßigen Stromstoß zu verursachen.

Eine weitere Schlüsselfunktion einer Frequenzumrichter ist die Drehzahlregelung. Viele industrielle Prozesse erfordern eine präzise Steuerung der Motordrehzahl, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. Durch Anpassung der Frequenz der Stromversorgung kann die Wechselrichter VFD kann die Motordrehzahl steuern, was eine der wertvollsten Eigenschaften dieser Geräte ist.

Welche Methoden der Frequenzumrichtersteuerung gibt es?

Es gibt mehrere Methoden zur Steuerung eines Motors mit einem Frequenzumrichter. Zu den gängigsten gehören:

U/f = C Sinusförmige Impulsbreitenmodulation (SPWM) Regelverfahren
Diese Methode zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau des Regelkreises und niedrige Kosten aus. Sie sorgt für ein konstantes Spannungs-/Frequenzverhältnis, was in den meisten Anwendungen eine gleichmäßige Drehzahlregelung gewährleistet. Bei niedrigen Frequenzen sinkt jedoch das Ausgangsdrehmoment aufgrund des Spannungsabfalls des Statorwiderstands. Außerdem sind die mechanischen Eigenschaften nicht so starr wie bei einem Gleichstrommotor, was zu einer langsameren Drehmomentreaktion und einer geringeren Stabilität bei niedrigen Drehzahlen führt.

Spannungsraumvektor (SVPWM) Regelverfahren
SVPWM wurde entwickelt, um ein ideales kreisförmiges rotierendes Magnetfeld im Luftspalt des Motors durch die Erzeugung dreiphasiger Modulationswellenformen anzunähern. Diese Methode wurde mit einer Frequenzkompensation verfeinert, um Fehler bei der Drehzahlregelung zu beseitigen und die dynamische Präzision und Stabilität zu verbessern. Sie umfasst jedoch mehr Regelkreise und passt das Drehmoment nicht von sich aus an, so dass die Gesamtleistung des Systems möglicherweise nicht vollständig optimiert wird.

Vektorsteuerung (VC) Modus
Bei der Vektorregelung werden die dreiphasigen Ständerströme des Motors in zweiphasige stationäre oder rotierende Bezugsrahmen umgewandelt. Diese Methode ermöglicht eine unabhängige Steuerung der Motordrehzahl und des magnetischen Flusses und ahmt die Steuerungsmethode eines Gleichstrommotors nach. Obwohl die Vektorsteuerung die Motorsteuerung revolutioniert hat, kann sie aufgrund der Komplexität der genauen Beobachtung des magnetischen Flusses des Rotors und der Empfindlichkeit gegenüber Motorparameterschwankungen schwierig zu implementieren sein.

Direkte Drehmomentsteuerung (DTC)
DTC wurde erstmals 1985 eingeführt und hat sich seitdem aufgrund seiner Einfachheit und überlegenen Leistung zu einer beliebten Regelstrategie entwickelt. Im Gegensatz zur Vektorregelung erfordert die DTC keine komplexen Vektortransformationen und steuert direkt das Drehmoment und den Fluss des Motors. Diese Methode ist für ihr schnelles Drehmomentverhalten und ihre hohe Effizienz bekannt.

Matrix-Cross-Cross-Control-Methode
Herkömmliche Methoden wie VVVF, Vektorsteuerung und DTC gehören zur Kategorie der AC-DC-AC-Wandlung. Sie haben jedoch gemeinsame Nachteile wie einen niedrigen Eingangsleistungsfaktor, hohe Oberschwingungsströme und den Bedarf an großen Energiespeicherkondensatoren. Bei Matrix-Wandlern entfällt die DC-Zwischenstufe, was eine direkte AC-AC-Wandlung ermöglicht. Mit dieser Methode lassen sich eine hohe Leistungsdichte, sinusförmige Eingangsströme und ein Vier-Quadranten-Betrieb erreichen, was sie zu einem vielversprechenden Forschungsgebiet macht.

Wie steuert ein Frequenzumrichter einen Motor? Wie sind die beiden miteinander verdrahtet?

Verdrahtung einer Frequenzumrichter an einen Motor ist relativ einfach, ähnlich wie die Verdrahtung eines Schützes. Der Wechselrichter wird über drei Hauptstromleitungen mit dem Motor verbunden, aber die Einstellungen und Steuerungsmethoden sind sehr unterschiedlich.

Die meisten Umrichter verfügen über Klemmen für Schalteingänge, die die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors steuern, über Rückführungsklemmen, die den Betriebszustand des Motors überwachen (z. B. Frequenz, Drehzahl und Fehlerstatus), sowie über Drehzahlregler, die über ein Potentiometer oder Tasten eingestellt werden können. Darüber hinaus unterstützen viele moderne Umrichter die Kommunikationssteuerung, so dass Start, Stopp, Richtung und Geschwindigkeit des Motors über ein Kommunikationsnetzwerk gesteuert und überwacht werden können.

Was geschieht mit dem Ausgangsdrehmoment eines Motors, wenn sich seine Drehzahl (Frequenz) ändert?

Wenn ein Motor durch eine FrequenzumrichterDas Anlaufmoment und das maximale Drehmoment sind in der Regel niedriger als bei direkter Netzstromversorgung. Der Start mit direktem Netzstrom verursacht erhebliche Stromstöße, während ein Wechselrichter die Ausgangsspannung und -frequenz allmählich erhöht, was zu niedrigeren Startströmen und geringerer mechanischer Belastung führt.

Normalerweise sinkt mit der Frequenz auch das Drehmoment. Die genaue Reduzierung ist oft im Handbuch des Umrichters angegeben. Die Verwendung eines Umrichters mit Flussvektorsteuerung kann jedoch die Drehmomentleistung des Motors bei niedrigen Drehzahlen verbessern und ein ausreichendes Drehmoment auch bei niedrigen Drehzahlen gewährleisten.

Wenn die Frequenz 50 Hz überschreitet, nimmt das Ausgangsdrehmoment des Motors proportional zur Frequenz ab. Dies liegt daran, dass der Motor für den Betrieb bei einem bestimmten Spannungs-/Frequenzverhältnis ausgelegt ist, das in der Regel auf einer 50-Hz-Stromversorgung basiert. Bei einem Betrieb oberhalb dieser Frequenz muss der Motor in einem Modus mit konstanter Leistung arbeiten, bei dem das Drehmoment mit steigender Drehzahl abnimmt.

Anwendung von Frequenzumrichtern über 50hz

Der Betrieb eines Motors mit Frequenzen über 50 Hz kann bei bestimmten Anwendungen, die höhere Drehzahlen erfordern, von Vorteil sein. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass der Motor und die mechanischen Komponenten die höhere Drehzahl ohne Schäden verkraften können. In solchen Fällen muss der Frequenzumrichter sorgfältig programmiert werden, um sicherzustellen, dass der Motor innerhalb sicherer Grenzen arbeitet und dennoch die gewünschte Leistung erzielt.

Was ist die geeignete Frequenz für einen Frequenzumrichter zur Steuerung eines Motors?

Welche Frequenz für die Steuerung eines Motors mit einem Frequenzumrichter geeignet ist, hängt weitgehend von der jeweiligen Anwendung und der Konstruktion des Motors ab. Für die meisten Standardmotoren wird der Frequenzbereich von 0 bis 50 Hz für den allgemeinen Betrieb verwendet. Bei speziellen Anwendungen kann die Frequenz jedoch auf über 50 Hz eingestellt werden, sofern der Motor für einen solchen Betrieb ausgelegt ist. Entscheidend ist, dass die Leistungsanforderungen mit der Fähigkeit des Motors, die unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomente zu bewältigen, in Einklang gebracht werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Anwendung variabler Frequenzantrieb (VFD)-Technologie an Induktionsmotoren für Überfrequenzbetrieb, ist es wichtig, den Motorhersteller zu konsultieren, um die Machbarkeit zu bestimmen oder kundenspezifische Motorlösungen in Betracht zu ziehen, um die Zuverlässigkeit bei hohen Drehzahlen zu gewährleisten. Wenn Sie unabhängig arbeiten, führen Sie zunächst dynamische Auswuchttests am Rotor durch und überprüfen Sie die maximale Drehzahl des Lagers; werden die Grenzwerte überschritten, sollten Hochgeschwindigkeitslager verwendet werden, um die Betriebsanforderungen zu erfüllen. Außerdem muss die Wärmeabfuhr berücksichtigt werden. Erfahrungsgemäß sind für Asynchronmotoren, die mit weniger als 100 Hz betrieben werden, Motoren mit einer Nennleistung von weniger als 100 kW akzeptabel, während Motoren mit mehr als 100 kW idealerweise kundenspezifisch angepasst werden sollten, anstatt auf Standardprodukte zurückzugreifen.