Если для управления двигателем используется преобразователь частоты, на какую частоту он может быть настроен?

Как много вы знаете о двигателях с инверторным управлением?

Преобразователи частотытакже известный как частотно-регулируемые приводы (ЧРП) или частотно-регулируемые приводыОни играют ключевую роль в современном управлении двигателями. Они позволяют точно регулировать скорость вращения двигателя путем изменения частоты подаваемой на него электроэнергии. Будь то небольшой вентилятор или крупная промышленная стиральная машина, эти инверторы играют важнейшую роль в повышении энергоэффективности, продлении срока службы двигателя и обеспечении более плавной работы. Но насколько хорошо вы понимаете возможности и настройки, возможные при использовании преобразователь частоты?

Зачем использовать преобразователь частоты для управления двигателем?

Прежде всего, давайте вкратце разберемся в двух компонентах: двигателе и преобразователь частоты.

Двигатели - это индуктивные нагрузки, которые сопротивляются изменениям тока. При запуске они могут вызывать значительные колебания тока. A преобразователь частоты это устройство, использующее полупроводниковое переключение для преобразования источника питания фиксированной частоты в выходной сигнал переменной частоты. В основном состоит из двух схем: главной схемы (включающей модуль выпрямителя, электролитический конденсатор и модуль инвертора) и схемы управления (состоящей из платы импульсного источника питания и платы схемы управления).

Одно из главных преимуществ использования преобразователь частоты Это способность снижать пусковой ток двигателя, что особенно важно для больших двигателей. Большие двигатели потребляют больший пусковой ток, что может привести к перегрузке сети электропитания. A преобразователь частоты решает эту проблему, позволяя двигателю плавно запускаться, не вызывая чрезмерного броска тока.

Еще одна ключевая функция преобразователь частоты это управление скоростью. Многие промышленные процессы требуют точного управления скоростью вращения двигателя для достижения оптимальной эффективности. Регулируя частоту источника питания, можно добиться инверторный ЧРП можно управлять скоростью вращения двигателя, что делает его одной из самых ценных функций этих устройств.

Какие существуют методы управления преобразователем частоты?

Существует несколько способов управления двигателем с помощью преобразователя частоты. Наиболее распространенные из них включают:

U/f = C Метод управления с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией (SPWM)
Этот метод характеризуется простой структурой схемы управления и низкой стоимостью. Он поддерживает постоянное отношение напряжения к частоте, что обеспечивает плавное регулирование скорости в большинстве случаев. Однако на низких частотах выходной крутящий момент снижается из-за влияния падения напряжения на сопротивлении статора. Кроме того, механические характеристики не такие жесткие, как у двигателя постоянного тока, что приводит к замедлению реакции на крутящий момент и снижению стабильности на низких скоростях.

Метод управления пространственным вектором напряжения (SVPWM)
SVPWM разработан для аппроксимации идеального кругового вращающегося магнитного поля в воздушном зазоре двигателя путем генерирования трехфазных сигналов модуляции. Этот метод был усовершенствован с помощью частотной компенсации для устранения ошибок управления скоростью и повышения динамической точности и стабильности. Однако он включает в себя больше контуров управления и не позволяет регулировать крутящий момент, поэтому общая производительность системы может быть не полностью оптимизирована.

Режим векторного управления (VC)
Векторное управление преобразует трехфазные токи статора двигателя в двухфазные стационарные или вращающиеся системы отсчета. Этот метод позволяет независимо управлять скоростью и магнитным потоком двигателя, имитируя метод управления двигателем постоянного тока. Несмотря на то, что векторное управление произвело революцию в управлении двигателями, оно может быть сложным в реализации из-за сложности точного наблюдения за магнитным потоком ротора и чувствительности к изменениям параметров двигателя.

Прямое управление крутящим моментом (DTC)
DTC была впервые представлена в 1985 году и с тех пор стала популярной стратегией управления благодаря своей простоте и превосходным характеристикам. В отличие от векторного управления, DTC не требует сложных векторных преобразований и напрямую управляет моментом и потоком двигателя. Этот метод известен своей быстрой реакцией на крутящий момент и высокой эффективностью.

Метод матричного кросс-контроля
Традиционные методы, такие как VVVF, векторное управление и DTC, относятся к категории преобразования AC-DC-AC. Однако они имеют общие недостатки, такие как низкий коэффициент мощности на входе, высокие гармонические токи и необходимость в больших конденсаторах для накопления энергии. Матричные преобразователи исключают промежуточный каскад постоянного тока, обеспечивая прямое преобразование переменного тока в переменный. Этот метод позволяет достичь высокой плотности мощности, синусоидальных входных токов и четырехквадрантного режима работы, что делает его перспективным направлением исследований.

Как преобразователь частоты управляет двигателем? Как они соединены между собой?

Проводка преобразователь частоты к двигателю относительно прост, аналогичен подключению контактора. Инвертор подключается к двигателю по трем основным линиям питания, но настройки и способы управления могут быть самыми разными.

Большинство инверторов имеют клеммы для подключения переключателей, управляющих прямым и обратным вращением двигателя, клеммы обратной связи, контролирующие рабочее состояние двигателя (например, частоту, скорость и состояние неисправности), и регуляторы скорости, которые можно настраивать с помощью потенциометра или кнопок. Кроме того, многие современные инверторы поддерживают коммуникационное управление, позволяя управлять и контролировать запуск, остановку, направление и скорость двигателя через коммуникационную сеть.

Что происходит с выходным моментом двигателя при изменении скорости вращения (частоты)?

Когда двигатель приводится в действие с помощью преобразователь частотыПри этом пусковой и максимальный крутящий момент обычно ниже, чем при использовании прямого сетевого питания. Пуск от прямой сети вызывает значительные скачки тока, в то время как инвертор постепенно повышает выходное напряжение и частоту, что приводит к снижению пускового тока и уменьшению механического напряжения.

Как правило, с уменьшением частоты уменьшается и крутящий момент. Точное значение снижения частоты часто указывается в руководстве по эксплуатации преобразователя. Однако использование инвертора с векторным управлением потоком может улучшить характеристики двигателя по крутящему моменту на низких скоростях, обеспечивая достаточный крутящий момент даже на низких скоростях.

Если частота превышает 50 Гц, выходной крутящий момент двигателя уменьшается пропорционально частоте. Это происходит потому, что двигатель рассчитан на работу при определенном соотношении напряжения к частоте, обычно основанном на частоте питания 50 Гц. Работа на частоте выше этой требует, чтобы двигатель работал в режиме постоянной мощности, где крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости.

Применение преобразователя частоты свыше 50 Гц

Работа двигателя на частоте выше 50 Гц может быть полезной в некоторых случаях, когда требуется более высокая скорость. Однако очень важно убедиться, что двигатель и механические компоненты могут выдержать повышенную скорость без повреждений. В таких случаях преобразователь частоты должен быть тщательно запрограммирован, чтобы обеспечить работу двигателя в безопасных пределах и при этом достичь требуемых характеристик.

Какая частота подходит для управления двигателем с помощью преобразователя частоты?

Выбор подходящей частоты для управления двигателем с помощью преобразователя частоты во многом зависит от конкретного применения и конструкции двигателя. Для большинства стандартных двигателей обычно используется диапазон частот от 0 до 50 Гц. Однако в специализированных приложениях частоту можно регулировать выше 50 Гц, если двигатель рассчитан на такую работу. Главное - сбалансировать требования к производительности и возможности двигателя по работе с переменными скоростями и крутящим моментом.

В целом, при применении частотно-регулируемый привод (VFD) к асинхронным двигателям для работы на высоких частотах, необходимо проконсультироваться с производителем двигателя, чтобы определить целесообразность или рассмотреть индивидуальные решения для двигателей, чтобы обеспечить надежность на высоких скоростях. Если вы работаете самостоятельно, начните с проведения динамических балансировочных испытаний ротора и проверки максимальной скорости подшипника; если пределы превышены, следует использовать высокоскоростные подшипники для удовлетворения эксплуатационных требований. Кроме того, необходимо учитывать теплоотвод. Исходя из опыта, для асинхронных двигателей, работающих на частоте ниже 100 Гц, обычно приемлемы двигатели мощностью менее 100 кВт, в то время как двигатели мощностью более 100 кВт в идеале должны быть изготовлены на заказ, а не полагаться на стандартные изделия.