نحوه کنترل موتور با مبدل فرکانس

مبدل فرکانس یک فناوری است که در انجام کارهای الکتریکی باید به آن تسلط داشت. استفاده از مبدل فرکانس برای کنترل موتور یک روش رایج در کنترل الکتریکی است. برخی نیز به مهارت در استفاده از آنها نیاز دارند.

1. اول از همه، چرا از مبدل فرکانس برای کنترل موتور استفاده کنیم؟

موتور یک بار القایی است که مانع از تغییر جریان می شود و در هنگام راه اندازی تغییر زیادی در جریان ایجاد می کند.

اینورتر یک دستگاه کنترل انرژی الکتریکی است که از عملکرد روشن و خاموش دستگاه های نیمه هادی قدرت برای تبدیل منبع تغذیه فرکانس صنعتی به فرکانس دیگری استفاده می کند. این عمدتا از دو مدار تشکیل شده است، یکی مدار اصلی (ماژول یکسو کننده، خازن الکترولیتی و ماژول اینورتر) و دیگری مدار کنترل (برد منبع تغذیه سوئیچینگ، برد مدار کنترل).

برای کاهش جریان راه اندازی موتور به خصوص موتور با توان بالاتر، هر چه قدرت بیشتر باشد، جریان راه اندازی بیشتر می شود. جریان راه اندازی بیش از حد بار بیشتری را برای شبکه تغذیه و توزیع به همراه خواهد داشت. مبدل فرکانس می تواند این مشکل راه اندازی را حل کند و به موتور اجازه می دهد بدون ایجاد جریان راه اندازی بیش از حد، به آرامی شروع به کار کند.

یکی دیگر از عملکردهای استفاده از مبدل فرکانس تنظیم سرعت موتور است. در بسیاری از موارد، کنترل سرعت موتور برای به دست آوردن راندمان تولید بهتر ضروری است و تنظیم سرعت مبدل فرکانس همیشه بزرگترین نقطه برجسته آن بوده است. مبدل فرکانس با تغییر فرکانس منبع تغذیه سرعت موتور را کنترل می کند.

2. روش های کنترل اینورتر چیست؟

پنج روش متداول موتورهای کنترل اینورتر به شرح زیر است:

الف. روش کنترل مدولاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM).

ویژگی های آن ساختار مدار کنترل ساده، هزینه کم، سختی مکانیکی خوب است و می تواند الزامات تنظیم سرعت صاف انتقال عمومی را برآورده کند. به طور گسترده ای در زمینه های مختلف صنعت استفاده شده است.

با این حال، در فرکانس های پایین، به دلیل ولتاژ خروجی پایین، گشتاور به طور قابل توجهی تحت تاثیر افت ولتاژ مقاومت استاتور قرار می گیرد که باعث کاهش حداکثر گشتاور خروجی می شود.

علاوه بر این، مشخصات مکانیکی آن به اندازه موتورهای DC قوی نیست و ظرفیت گشتاور دینامیکی و عملکرد تنظیم سرعت استاتیکی آن رضایت بخش نیست. علاوه بر این، عملکرد سیستم بالا نیست، منحنی کنترل با بار تغییر می کند، پاسخ گشتاور کند است، نرخ استفاده از گشتاور موتور بالا نیست، و عملکرد در سرعت پایین به دلیل وجود مقاومت استاتور و مرده اینورتر کاهش می یابد. اثر منطقه، و ثبات بدتر می شود. بنابراین، مردم تنظیم سرعت فرکانس متغیر کنترل برداری را مطالعه کرده اند.

ب. روش کنترل بردار فضای ولتاژ (SVPWM).

این مبتنی بر اثر تولید کلی شکل موج سه فاز است، با هدف نزدیک شدن به مسیر میدان مغناطیسی چرخشی دایره ای ایده آل شکاف هوای موتور، تولید یک شکل موج مدولاسیون سه فاز در یک زمان، و کنترل آن در مسیر. چند ضلعی محاطی که به دایره نزدیک می شود.

پس از استفاده عملی، بهبود یافته است، یعنی ارائه جبران فرکانس برای از بین بردن خطای کنترل سرعت. تخمین دامنه شار از طریق بازخورد برای از بین بردن تأثیر مقاومت استاتور در سرعت کم. بستن حلقه ولتاژ و جریان خروجی برای بهبود دقت دینامیکی و پایداری. با این حال، بسیاری از لینک های مدار کنترل وجود دارد، و هیچ تنظیم گشتاور معرفی نشده است، بنابراین عملکرد سیستم به طور اساسی بهبود نیافته است.

ج. روش کنترل برداری (VC).

ماهیت این است که موتور AC معادل یک موتور DC باشد و به طور مستقل سرعت و میدان مغناطیسی را کنترل کند. با کنترل شار روتور، جریان استاتور برای بدست آوردن مولفه های گشتاور و میدان مغناطیسی تجزیه می شود و از تبدیل مختصات برای دستیابی به کنترل متعامد یا جدا شده استفاده می شود. معرفی روش کنترل برداری از اهمیت دوران ساز است. با این حال، در کاربردهای عملی، از آنجایی که مشاهده دقیق شار روتور دشوار است، ویژگی‌های سیستم تا حد زیادی تحت‌تاثیر پارامترهای موتور قرار می‌گیرند و تبدیل چرخش برداری که در فرآیند کنترل موتور DC معادل استفاده می‌شود، نسبتاً پیچیده است، و آن را برای عمل واقعی دشوار می‌کند. اثر کنترل برای دستیابی به نتیجه تجزیه و تحلیل ایده آل.

د. روش کنترل مستقیم گشتاور (DTC).

در سال 1985، پروفسور DePenbrock از دانشگاه روهر آلمان برای اولین بار فناوری تبدیل فرکانس کنترل مستقیم گشتاور را پیشنهاد کرد. این فناوری تا حد زیادی کاستی های کنترل برداری فوق را برطرف کرده است و با ایده های جدید کنترلی، ساختار سیستم مختصر و واضح و عملکرد دینامیکی و ایستا عالی به سرعت توسعه یافته است.

در حال حاضر، این فناوری با موفقیت در کشش انتقال AC با قدرت بالا لوکوموتیوهای الکتریکی اعمال شده است. کنترل مستقیم گشتاور به طور مستقیم مدل ریاضی موتورهای AC را در سیستم مختصات استاتور تجزیه و تحلیل می کند و شار مغناطیسی و گشتاور موتور را کنترل می کند. نیازی به معادل سازی موتورهای AC با موتورهای DC نیست، بنابراین بسیاری از محاسبات پیچیده در تبدیل چرخش برداری حذف می شود. نیازی به تقلید از کنترل موتورهای DC و همچنین ساده سازی مدل ریاضی موتورهای AC برای جداسازی نیست.

E. روش کنترل ماتریس AC-AC

تبدیل فرکانس VVVF، تبدیل فرکانس کنترل برداری، و تبدیل فرکانس کنترل مستقیم گشتاور، همه انواع تبدیل فرکانس AC-DC-AC هستند. معایب مشترک آنها ضریب توان ورودی پایین، جریان هارمونیک زیاد، خازن ذخیره انرژی زیاد مورد نیاز برای مدار DC است و انرژی احیا کننده نمی تواند به شبکه برق بازگردانده شود، یعنی نمی تواند در چهار ربع کار کند.

به همین دلیل، تبدیل فرکانس AC-AC ماتریس به وجود آمد. از آنجایی که تبدیل فرکانس AC-AC ماتریس پیوند DC میانی را حذف می کند، خازن الکترولیتی بزرگ و گران قیمت را حذف می کند. این می تواند ضریب توان 1، جریان ورودی سینوسی را به دست آورد و می تواند در چهار ربع کار کند و سیستم چگالی توان بالایی دارد. اگرچه این فناوری هنوز به بلوغ نرسیده است، اما هنوز بسیاری از محققان را برای انجام تحقیقات عمیق جذب می کند. ماهیت آن کنترل غیر مستقیم جریان، شار مغناطیسی و مقادیر دیگر نیست، بلکه استفاده مستقیم از گشتاور به عنوان کمیت کنترل شده برای دستیابی به آن است.

3. چگونه یک مبدل فرکانس موتور را کنترل می کند؟ سیم کشی این دو با هم چگونه است؟

سیم کشی اینورتر برای کنترل موتور نسبتاً ساده است، شبیه سیم کشی کنتاکتور، با سه خط اصلی برق ورودی و سپس خروجی به موتور، اما تنظیمات پیچیده تر است و راه های کنترل اینورتر نیز وجود دارد. متفاوت است.

اول از همه، برای ترمینال اینورتر، اگرچه مارک های زیادی وجود دارد و روش های سیم کشی متفاوتی وجود دارد، ترمینال های سیم کشی اکثر اینورترها تفاوت چندانی با هم ندارند. به طور کلی به ورودی های سوئیچ رو به جلو و معکوس تقسیم می شود که برای کنترل استارت رو به جلو و معکوس موتور استفاده می شود. پایانه های بازخورد برای بازخورد وضعیت عملکرد موتور استفاده می شود.از جمله فرکانس کاری، سرعت، وضعیت خطا و غیره.

برای کنترل تنظیم سرعت، برخی مبدل های فرکانس از پتانسیومتر استفاده می کنند، برخی به طور مستقیم از دکمه ها استفاده می کنند که همه آنها از طریق سیم کشی فیزیکی کنترل می شوند. راه دیگر استفاده از شبکه ارتباطی است. بسیاری از مبدل های فرکانس در حال حاضر از کنترل ارتباط پشتیبانی می کنند. از خط ارتباطی می توان برای کنترل استارت و توقف، چرخش جلو و عقب، تنظیم سرعت و ... موتور استفاده کرد. در عین حال، اطلاعات بازخورد نیز از طریق ارتباط منتقل می شود.

4. با تغییر سرعت چرخش (فرکانس) موتور چه اتفاقی برای گشتاور خروجی می افتد؟

گشتاور راه اندازی و حداکثر گشتاور زمانی که توسط مبدل فرکانس هدایت می شود، کمتر از زمانی است که مستقیماً توسط منبع تغذیه هدایت می شود.

موتور در هنگام تغذیه از منبع تغذیه تأثیر زیادی در راه اندازی و شتاب دارد، اما هنگامی که با مبدل فرکانس تغذیه می شود، این ضربه ها ضعیف تر است. راه اندازی مستقیم با منبع تغذیه جریان راه اندازی زیادی تولید می کند. هنگامی که از مبدل فرکانس استفاده می شود، ولتاژ خروجی و فرکانس مبدل فرکانس به تدریج به موتور اضافه می شود، بنابراین جریان راه اندازی و ضربه موتور کوچکتر می شود. معمولاً با کاهش فرکانس (کاهش سرعت) گشتاور تولید شده توسط موتور کاهش می یابد. داده های واقعی کاهش در برخی از کتابچه های راهنمای مبدل فرکانس توضیح داده خواهد شد.

موتور معمولی برای ولتاژ 50 هرتز طراحی و ساخته شده است و گشتاور نامی آن نیز در این محدوده ولتاژ داده شده است. بنابراین تنظیم سرعت زیر فرکانس نامی را تنظیم سرعت گشتاور ثابت می نامند. (T=Te، P<=Pe)

هنگامی که فرکانس خروجی مبدل فرکانس بیشتر از 50 هرتز باشد، گشتاور تولید شده توسط موتور در یک رابطه خطی متناسب با فرکانس کاهش می یابد.

هنگامی که موتور در فرکانس بیشتر از 50 هرتز کار می کند، اندازه بار موتور باید در نظر گرفته شود تا از گشتاور خروجی ناکافی موتور جلوگیری شود.

به عنوان مثال، گشتاور تولید شده توسط موتور در 100 هرتز به حدود 1/2 گشتاور تولید شده در 50 هرتز کاهش می یابد.

بنابراین تنظیم سرعت بالاتر از فرکانس نامی را تنظیم سرعت توان ثابت می نامند. (P=Ue*Ie).

5. کاربرد مبدل فرکانس بالای 50 هرتز

برای یک موتور خاص، ولتاژ نامی و جریان نامی آن ثابت است.

به عنوان مثال، اگر مقادیر نامی اینورتر و موتور هر دو باشد: 15kW/380V/30A، موتور می تواند بالاتر از 50Hz کار کند.

هنگامی که سرعت 50 هرتز است، ولتاژ خروجی اینورتر 380 ولت و جریان 30 آمپر است. در این زمان، اگر فرکانس خروجی به 60 هرتز افزایش یابد، حداکثر ولتاژ و جریان خروجی اینورتر تنها می تواند 380V/30A باشد. بدیهی است که توان خروجی بدون تغییر باقی می ماند، بنابراین ما آن را تنظیم سرعت توان ثابت می نامیم.

گشتاور در این زمان چگونه است؟

از آنجایی که P=wT(w؛ سرعت زاویه‌ای، T: گشتاور)، از آنجایی که P بدون تغییر باقی می‌ماند و w افزایش می‌یابد، گشتاور نیز کاهش می‌یابد.

می توانیم از زاویه دیگری نیز به آن نگاه کنیم:

ولتاژ استاتور موتور U=E+I*R است (I جریان، R مقاومت الکترونیکی و E پتانسیل القایی است).

مشاهده می شود که وقتی U و I تغییر نمی کنند، E نیز تغییر نمی کند.

و E=k*f*X (k: ثابت؛ f: فرکانس؛ X: شار مغناطیسی)، بنابراین زمانی که f از 50–> 60 هرتز تغییر کند، X بر این اساس کاهش می‌یابد.

برای موتور، T=K*I*X (K: ثابت؛ I: جریان؛ X: شار مغناطیسی)، بنابراین با کاهش شار مغناطیسی X، گشتاور T کاهش خواهد یافت.

در عین حال، وقتی کمتر از 50 هرتز است، از آنجایی که I*R بسیار کوچک است، وقتی U/f=E/f تغییر نمی کند، شار مغناطیسی (X) ثابت است. گشتاور T متناسب با جریان است. به همین دلیل است که معمولاً از ظرفیت اضافه جریان اینورتر برای توصیف ظرفیت اضافه بار (گشتاور) آن استفاده می شود و به آن تنظیم سرعت گشتاور ثابت می گویند (جریان نامی بدون تغییر می ماند-> حداکثر گشتاور بدون تغییر باقی می ماند)

نتیجه گیری: هنگامی که فرکانس خروجی اینورتر از بالای 50 هرتز افزایش یابد، گشتاور خروجی موتور کاهش می یابد.

6. سایر عوامل مرتبط با گشتاور خروجی

ظرفیت تولید گرما و اتلاف حرارت، ظرفیت جریان خروجی اینورتر را تعیین می کند، بنابراین بر ظرفیت گشتاور خروجی اینورتر تأثیر می گذارد.

1. فرکانس حامل: جریان نامی مشخص شده بر روی اینورتر عموماً مقداری است که می تواند خروجی پیوسته را در بالاترین فرکانس حامل و بالاترین دمای محیط تضمین کند. کاهش فرکانس حامل تاثیری بر جریان موتور نخواهد داشت. با این حال، تولید حرارت قطعات کاهش می یابد.

2. دمای محیط: درست مانند مقدار جریان حفاظت از اینورتر هنگامی که دمای محیط نسبتاً پایین تشخیص داده شود، افزایش نمی یابد.

3. ارتفاع: افزایش ارتفاع بر اتلاف گرما و عملکرد عایق تاثیر دارد. به طور کلی، می توان آن را در زیر 1000 متر نادیده گرفت، و ظرفیت را می توان به ازای هر 1000 متر بالا 5٪ کاهش داد.

7. فرکانس مناسب برای مبدل فرکانس برای کنترل موتور چیست؟

در خلاصه بالا، ما یاد گرفتیم که چرا از اینورتر برای کنترل موتور استفاده می شود، و همچنین فهمیدیم که چگونه اینورتر موتور را کنترل می کند. اینورتر موتور را کنترل می کند که می توان آن را به صورت زیر خلاصه کرد:

ابتدا، اینورتر ولتاژ و فرکانس راه اندازی موتور را کنترل می کند تا به شروع صاف و توقف صاف دست یابد.

دوم اینکه برای تنظیم دور موتور از اینورتر استفاده می شود و با تغییر فرکانس سرعت موتور تنظیم می شود.

موتور آهنربای دائم آنهویی مینگتنگمحصولات توسط اینورتر کنترل می شوند. در محدوده بار 25 تا 120 درصد، نسبت به موتورهای ناهمزمان با همان مشخصات، راندمان بالاتر و محدوده عملیاتی بیشتری دارند و اثرات صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی دارند.

تکنسین های حرفه ای ما اینورتر مناسب تری را با توجه به شرایط کاری خاص و نیازهای واقعی مشتریان برای دستیابی به کنترل بهتر موتور و به حداکثر رساندن عملکرد موتور انتخاب می کنند. علاوه بر این، بخش خدمات فنی ما می تواند از راه دور مشتریان را برای نصب و رفع اشکال اینورتر راهنمایی کند و پیگیری و خدمات همه جانبه را قبل و بعد از فروش انجام دهد.

حق چاپ: این مقاله تجدید چاپ شماره عمومی WeChat "آموزش فنی" است، لینک اصلی https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA

این مقاله دیدگاه های شرکت ما را نشان نمی دهد. اگر نظرات یا دیدگاه های متفاوتی دارید، لطفا ما را اصلاح کنید!