Dažnio keitiklis yra technologija, kurią reikia įvaldyti atliekant elektros darbus. Dažnio keitiklio naudojimas varikliui valdyti yra įprastas elektros valdymo metodas; kai kuriems metodams taip pat reikia mokėti juos naudoti.
1. Visų pirma, kodėl varikliui valdyti naudojamas dažnio keitiklis?
Variklis yra indukcinė apkrova, kuri trukdo srovės pokyčiams ir paleidžiant sukels didelį srovės pokytį.
Keitiklis yra elektros energijos valdymo įtaisas, kuris naudoja galios puslaidininkinių įtaisų įjungimo ir išjungimo funkciją, kad pramoninio dažnio maitinimo šaltinį konvertuotų į kitą dažnį. Jį daugiausia sudaro dvi grandinės: viena yra pagrindinė grandinė (lygintuvo modulis, elektrolitinis kondensatorius ir keitiklio modulis), o kita – valdymo grandinė (perjungimo maitinimo šaltinio plokštė, valdymo grandinės plokštė).
Siekiant sumažinti variklio, ypač didesnės galios variklio, paleidimo srovę, kuo didesnė galia, tuo didesnė paleidimo srovė. Per didelė paleidimo srovė labiau apkraus elektros energijos tiekimo ir paskirstymo tinklą. Dažnio keitiklis gali išspręsti šią paleidimo problemą ir leisti varikliui sklandžiai užsivesti nesukeliant per didelės paleidimo srovės.
Kita dažnio keitiklio naudojimo funkcija – variklio greičio reguliavimas. Daugeliu atvejų norint pagerinti gamybos efektyvumą, būtina reguliuoti variklio greitį, o dažnio keitiklio greičio reguliavimas visada buvo svarbiausias jo bruožas. Dažnio keitiklis valdo variklio greitį keisdamas maitinimo šaltinio dažnį.
2. Kokie yra keitiklio valdymo metodai?
Penki dažniausiai naudojami inverterinių variklių valdymo metodai yra šie:
A. Sinusoidinio impulsų pločio moduliacijos (SPWM) valdymo metodas
Jo charakteristikos yra paprasta valdymo grandinės struktūra, maža kaina, geras mechaninis kietumas ir gali atitikti sklandaus greičio reguliavimo reikalavimus, keliamus bendrosios transmisijos, todėl jis buvo plačiai naudojamas įvairiose pramonės srityse.
Tačiau esant žemiems dažniams, dėl mažos išėjimo įtampos, sukimo momentą smarkiai veikia statoriaus varžos įtampos kritimas, kuris sumažina maksimalų išėjimo sukimo momentą.
Be to, jo mechaninės charakteristikos nėra tokios stiprios kaip nuolatinės srovės variklių, o dinaminio sukimo momento talpa ir statinio greičio reguliavimo našumas nėra patenkinami. Be to, sistemos našumas nėra didelis, valdymo kreivė kinta priklausomai nuo apkrovos, sukimo momento atsakas yra lėtas, variklio sukimo momento panaudojimo koeficientas nėra didelis, o dėl statoriaus varžos ir keitiklio negyvosios zonos efekto našumas mažėja esant mažam greičiui, o stabilumas blogėja. Todėl buvo tiriamas vektorinis kintamo dažnio greičio reguliavimas.
B. Įtampos erdvės vektoriaus (SVPWM) valdymo metodas
Jis pagrįstas bendru trifazės bangos formos generavimo efektu, siekiant artėti prie idealios variklio oro tarpo apskrito besisukančio magnetinio lauko trajektorijos, vienu metu generuojant trifazės moduliacijos bangos formą ir valdant ją įbrėžto daugiakampio, aproksimuojančio apskritimą, būdu.
Po praktinio pritaikymo jis buvo patobulintas, t. y. įvesta dažnio kompensacija, siekiant pašalinti greičio reguliavimo paklaidą; srauto amplitudės įvertinimas grįžtamuoju ryšiu, siekiant pašalinti statoriaus varžos įtaką esant mažam greičiui; išėjimo įtampos ir srovės kilpos uždarymas, siekiant pagerinti dinaminį tikslumą ir stabilumą. Tačiau yra daug valdymo grandinės jungčių ir neįvestas sukimo momento reguliavimas, todėl sistemos veikimas nebuvo iš esmės pagerintas.
C. Vektorinio valdymo (VC) metodas
Esmė – priversti kintamosios srovės variklį lygiavertį nuolatinės srovės varikliui ir nepriklausomai valdyti greitį bei magnetinį lauką. Valdant rotoriaus srautą, statoriaus srovė suskaidoma, kad būtų gauti sukimo momento ir magnetinio lauko komponentai, o koordinačių transformacija naudojama ortogonaliam arba atsietajam valdymui pasiekti. Vektorinio valdymo metodo įdiegimas yra labai svarbus. Tačiau praktiniame pritaikyme, kadangi rotoriaus srautą sunku tiksliai stebėti, sistemos charakteristikas labai veikia variklio parametrai, o ekvivalentiškame nuolatinės srovės variklio valdymo procese naudojama vektoriaus sukimosi transformacija yra gana sudėtinga, todėl faktiniam valdymo efektui sunku pasiekti idealų analizės rezultatą.
D. Tiesioginio sukimo momento valdymo (DTC) metodas
1985 m. Vokietijos Rūro universiteto profesorius DePenbrockas pirmasis pasiūlė tiesioginio sukimo momento valdymo dažnio konvertavimo technologiją. Ši technologija iš esmės išsprendė minėto vektorinio valdymo trūkumus ir buvo sparčiai tobulinama, pateikiant naujas valdymo idėjas, glaustą ir aiškią sistemos struktūrą bei puikų dinaminį ir statinį našumą.
Šiuo metu ši technologija sėkmingai taikoma didelės galios kintamosios srovės elektrinių lokomotyvų traukos sistemoms. Tiesioginis sukimo momento valdymas tiesiogiai analizuoja kintamosios srovės variklių matematinį modelį statoriaus koordinačių sistemoje ir valdo variklio magnetinį srautą bei sukimo momentą. Jam nereikia prilyginti kintamosios srovės variklių nuolatinės srovės varikliams, todėl panaikinama daugybė sudėtingų skaičiavimų vektoriaus sukimosi transformacijoje; jam nereikia imituoti nuolatinės srovės variklių valdymo, taip pat nereikia supaprastinti kintamosios srovės variklių matematinio modelio atjungimui.
E. Matricos AC-AC valdymo metodas
VVVF dažnio keitimas, vektorinio valdymo dažnio keitimas ir tiesioginio sukimo momento valdymo dažnio keitimas yra AC-DC-AC dažnio keitimų tipai. Jų bendri trūkumai yra mažas įėjimo galios koeficientas, didelė harmoninė srovė, didelis energijos kaupimo kondensatorius, reikalingas nuolatinės srovės grandinei, ir regeneracinės energijos negalima grąžinti į elektros tinklą, t. y. ji negali veikti keturiuose kvadrantuose.
Dėl šios priežasties atsirado matricinis AC-AC dažnio keitimas. Kadangi matricinis AC-AC dažnio keitimas pašalina tarpinę nuolatinės srovės jungtį, jis pašalina didelį ir brangų elektrolitinį kondensatorių. Jis gali pasiekti galios koeficientą 1, sinusoidinę įėjimo srovę ir gali veikti keturiuose kvadrantuose, o sistema turi didelį galios tankį. Nors ši technologija dar nėra subrendusi, ji vis dar pritraukia daug mokslininkų atlikti išsamius tyrimus. Jos esmė yra ne netiesiogiai valdyti srovę, magnetinį srautą ir kitus dydžius, o tiesiogiai naudoti sukimo momentą kaip valdomą dydį tam pasiekti.
3. Kaip dažnio keitiklis valdo variklį? Kaip jie sujungti laidais?
Keitiklio, skirto varikliui valdyti, laidai yra gana paprasti, panašūs į kontaktoriaus laidus, su trimis pagrindinėmis maitinimo linijomis, įeinančiomis ir išeinančiomis į variklį, tačiau nustatymai yra sudėtingesni, o keitiklio valdymo būdai taip pat skiriasi.
Visų pirma, kalbant apie keitiklio gnybtus, nors yra daug prekių ženklų ir skirtingų laidų sujungimo būdų, daugumos keitiklių laidų gnybtai nedaug skiriasi. Paprastai jie skirstomi į tiesioginės ir atbulinės eigos jungiklių įėjimus, naudojamus variklio tiesioginei ir atbulinei eigai valdyti. Grįžtamojo ryšio gnybtai naudojami variklio veikimo būsenai įvertinti.įskaitant veikimo dažnį, greitį, gedimų būseną ir kt.
Greičio nustatymui kai kurie dažnio keitikliai naudoja potenciometrus, kai kurie – tiesiogiai mygtukus, ir visi jie valdomi fizine laidais. Kitas būdas – naudoti ryšio tinklą. Dabar daugelis dažnio keitiklių palaiko ryšio valdymą. Ryšio linija gali būti naudojama variklio paleidimui ir stabdymui, sukimuisi į priekį ir atgal, greičio reguliavimui ir kt. valdyti. Tuo pačiu metu grįžtamojo ryšio informacija taip pat perduodama ryšiu.
4. Kas nutinka variklio išėjimo sukimo momentui, kai keičiasi jo sukimosi greitis (dažnis)?
Paleidimo sukimo momentas ir maksimalus sukimo momentas, kai varomas dažnio keitikliu, yra mažesni nei tada, kai varomas tiesiogiai maitinimo šaltiniu.
Variklis, maitinamas maitinimo šaltiniu, turi didelį paleidimo ir greitėjimo poveikį, tačiau šis poveikis yra silpnesnis, kai maitinamas dažnio keitikliu. Tiesioginis paleidimas naudojant maitinimo šaltinį generuoja didelę paleidimo srovę. Naudojant dažnio keitiklį, dažnio keitiklio išėjimo įtampa ir dažnis palaipsniui pridedami prie variklio, todėl variklio paleidimo srovė ir smūgis yra mažesni. Paprastai variklio generuojamas sukimo momentas mažėja mažėjant dažniui (mažėjant greičiui). Faktiniai sumažėjimo duomenys bus paaiškinti kai kuriuose dažnio keitiklių vadovuose.
Įprastas variklis yra suprojektuotas ir pagamintas 50 Hz įtampai, o jo vardinis sukimo momentas taip pat pateikiamas šiame įtampos diapazone. Todėl greičio reguliavimas esant mažesniam dažniui nei vardinis vadinamas pastovaus sukimo momento greičio reguliavimu. (T = Te, P < = Pe)
Kai dažnio keitiklio išėjimo dažnis yra didesnis nei 50 Hz, variklio generuojamas sukimo momentas mažėja tiesiškai proporcingai dažniui.
Kai variklis veikia didesniu nei 50 Hz dažniu, reikia atsižvelgti į variklio apkrovos dydį, kad būtų išvengta nepakankamo variklio išėjimo sukimo momento.
Pavyzdžiui, variklio generuojamas sukimo momentas esant 100 Hz dažniui sumažėja iki maždaug pusės sukimo momento, generuojamo esant 50 Hz dažniui.
Todėl greičio reguliavimas virš vardinio dažnio vadinamas pastovios galios greičio reguliavimu (P = Ue * Ie).
5. Dažnio keitiklio, viršijančio 50 Hz, taikymas
Konkretaus variklio vardinė įtampa ir vardinė srovė yra pastovios.
Pavyzdžiui, jei keitiklio ir variklio vardinės vertės yra: 15 kW / 380 V / 30 A, variklis gali veikti esant didesniam nei 50 Hz dažniui.
Kai greitis yra 50 Hz, keitiklio išėjimo įtampa yra 380 V, o srovė – 30 A. Šiuo atveju, jei išėjimo dažnis padidinamas iki 60 Hz, maksimali keitiklio išėjimo įtampa ir srovė gali būti tik 380 V / 30 A. Akivaizdu, kad išėjimo galia išlieka nepakitusi, todėl tai vadiname pastovios galios greičio reguliavimu.
Koks sukimo momentas šiuo metu?
Kadangi P = wT (w; kampinis greitis, T : sukimo momentas), P nekinta, o w didėja, tai sukimo momentas atitinkamai sumažės.
Galime į tai pažvelgti ir kitu kampu:
Variklio statoriaus įtampa yra U=E+I*R (I yra srovė, R yra elektroninė varža, o E yra indukuotas potencialas).
Matyti, kad kai U ir I nekinta, E taip pat nekinta.
Ir E=k*f*X (k: konstanta; f: dažnis; X: magnetinis srautas), taigi, kai f pasikeičia nuo 50 iki >60 Hz, X atitinkamai sumažės.
Varikliui T=K*I*X (K: konstanta; I: srovė; X: magnetinis srautas), todėl sukimo momentas T mažės mažėjant magnetiniam srautui X.
Tuo pačiu metu, kai jis yra mažesnis nei 50 Hz, kadangi I*R yra labai mažas, kai U/f=E/f nekinta, magnetinis srautas (X) yra pastovus. Sukimo momentas T yra proporcingas srovei. Štai kodėl keitiklio viršsrovės talpa paprastai naudojama jo perkrovos (sukimo momento) talpai apibūdinti ir vadinama pastovaus sukimo momento greičio reguliavimu (vardinė srovė išlieka nepakitusi –> maksimalus sukimo momentas išlieka nepakitęs).
Išvada: Kai keitiklio išėjimo dažnis padidėja virš 50 Hz, variklio išėjimo sukimo momentas sumažėja.
6. Kiti su išėjimo sukimo momentu susiję veiksniai
Šilumos generavimas ir išsklaidymas lemia keitiklio išėjimo srovės pajėgumą, todėl turi įtakos keitiklio išėjimo sukimo momento pajėgumui.
1. Nešlio dažnis: ant keitiklio nurodyta vardinė srovė paprastai yra vertė, kuri gali užtikrinti nuolatinį išėjimą esant didžiausiam nešlio dažniui ir aukščiausiai aplinkos temperatūrai. Nešlio dažnio sumažinimas neturės įtakos variklio srovei. Tačiau sumažės komponentų šilumos generavimas.
2. Aplinkos temperatūra: kaip ir keitiklio apsaugos srovės vertė nebus padidinta, kai aptinkama, kad aplinkos temperatūra yra santykinai žema.
3. Aukštis: Padidėjęs aukštis virš jūros lygio turi įtakos šilumos išsklaidymui ir izoliacijos savybėms. Paprastai į tai galima nekreipti dėmesio žemiau nei 1000 m, o pajėgumą galima sumažinti 5 % kas 1000 metrų aukščiau.
7. Koks dažnis tinkamas dažnio keitikliui valdyti variklį?
Pateiktoje santraukoje sužinojome, kodėl keitiklis naudojamas varikliui valdyti, ir kaip jis valdo variklį. Keitiklis valdo variklį, ką galima apibendrinti taip:
Pirma, keitiklis valdo variklio paleidimo įtampą ir dažnį, kad būtų užtikrintas sklandus paleidimas ir sklandus stabdymas;
Antra, keitiklis naudojamas variklio greičiui reguliuoti, o variklio greitis reguliuojamas keičiant dažnį.
„Anhui Mingteng“ nuolatinio magneto variklisProduktus valdo keitiklis. Esant 25–120 % apkrovos diapazonui, jie pasižymi didesniu efektyvumu ir platesniu veikimo diapazonu nei tų pačių specifikacijų asinchroniniai varikliai, be to, jie žymiai taupo energiją.
Mūsų profesionalūs technikai parinks tinkamesnį keitiklį pagal konkrečias darbo sąlygas ir realius klientų poreikius, kad būtų galima geriau valdyti variklį ir maksimaliai padidinti jo našumą. Be to, mūsų techninio aptarnavimo skyrius gali nuotoliniu būdu padėti klientams įdiegti ir derinti keitiklį, taip pat užtikrinti visapusišką priežiūrą ir aptarnavimą prieš ir po pardavimo.
Autorių teisės: Šis straipsnis yra „WeChat“ viešojo numerio „Techninis mokymas“ perspausdinimas, originali nuoroda https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Šis straipsnis neatspindi mūsų įmonės požiūrio. Jei turite kitokią nuomonę ar požiūrį, prašome mus pataisyti!
Įrašo laikas: 2024 m. rugsėjo 9 d.