Chúng ta đều biết rằng bộ chuyển đổi tần số tham gia vào công việc điện nên thành thạo công nghệ, việc sử dụng bộ chuyển đổi tần số để điều khiển động cơ là một phương pháp điều khiển điện phổ biến hơn; Một số cũng yêu cầu rằng phải được sử dụng khéo léo. Hôm nay, tôi sẽ tổ chức và tóm tắt các điểm kiến thức có liên quan với kiến thức, nội dung hoặc sự lặp lại nông cạn, nhằm chia sẻ với bạn những mối quan hệ tuyệt vời giữa bộ chuyển đổi tần số và động cơ.
Trước hết, tại sao sử dụng biến tần để điều khiển động cơ?
Hãy bắt đầu với một sự hiểu biết ngắn gọn về hai thiết bị này.
Động cơ là một tải trọng cảm ứng, cản trở sự thay đổi của dòng điện và tạo ra một sự thay đổi lớn trong dòng điện trong khi khởi động.
Bộ chuyển đổi tần số, là việc sử dụng các thiết bị bán dẫn điện bật và tắt của nguồn cung cấp năng lượng tần số năng lượng sẽ được chuyển đổi thành một tần số khác của thiết bị điều khiển năng lượng điện. Nó chủ yếu bao gồm hai phần của mạch, một phần là mạch chính (mô -đun chỉnh lưu, tụ điện điện phân và mô -đun biến tần) và phần còn lại là mạch điều khiển (bảng nguồn chuyển đổi, bảng mạch điều khiển).
Để giảm dòng khởi động của động cơ, đặc biệt đối với các động cơ có công suất cao, công suất càng cao, dòng khởi động càng cao, dòng khởi động quá mức sẽ mang lại gánh nặng lớn hơn cho mạng lưới cung cấp và phân phối điện và bộ chuyển đổi tần số Có thể giải quyết vấn đề khởi động này, cho phép động cơ khởi động trơn tru mà không gây ra dòng khởi động quá mức.
Một chức năng khác của việc sử dụng bộ chuyển đổi tần số là điều chỉnh tốc độ của động cơ, nhiều lần cần kiểm soát tốc độ của động cơ để có được năng suất tốt hơn và điều khiển tốc độ chuyển đổi tần số là điểm nổi bật lớn nhất của nó bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp điện để đạt được mục đích kiểm soát tốc độ của động cơ.
Các phương thức điều khiển chuyển đổi tần số là gì?
Năm cách được sử dụng phổ biến nhất được sử dụng để điều khiển động cơ biến tần như sau:
Điện áp đầu ra đa áp điện áp thấp là 380-650 V, công suất đầu ra là 0. 75-400 kW, tần số làm việc là 0-400 Mạch -DC-AC. Chế độ điều khiển của nó đã trải qua bốn thế hệ sau.
1u/f=C chế độ điều khiển độ rộng xung hình sin (SPWM)
Đặc trưng bởi một cấu trúc mạch điều khiển đơn giản, chi phí thấp hơn, đặc điểm cơ học của độ cứng cũng tốt hơn để đáp ứng các yêu cầu chung của các yêu cầu tốc độ trơn tru, đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của ngành.
Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này ở tần số thấp, do điện áp đầu ra thấp hơn, mô -men xoắn của điện áp điện áp stator giảm quan trọng hơn, do đó mô -men xoắn cực đại đầu ra bị giảm.
Ngoài ra, các đặc tính cơ học của nó không cứng bằng động cơ DC, công suất mô -men xoắn động và hiệu suất tốc độ tĩnh không thỏa đáng và hiệu suất hệ thống không cao, đường cong điều khiển sẽ thay đổi theo tải, phản ứng mô -men xoắn chậm, Việc sử dụng mô -men xoắn động cơ không cao, tốc độ thấp do điện trở của stator và sự tồn tại của hiệu ứng băng tần biến tần và suy thoái hiệu suất, suy giảm độ ổn định, v.v. Do đó, quy định tốc độ chuyển đổi tần số điều khiển vector đã được nghiên cứu.
Phương pháp điều khiển vectơ không gian điện áp (SVPWM)
Nó dựa trên tiền đề của hiệu ứng tạo tổng thể của dạng sóng ba pha, để xấp xỉ quỹ đạo từ trường quay vòng tròn lý tưởng của khoảng cách không khí động cơ cho mục đích tạo ra các dạng sóng điều chế ba pha tại một thời điểm và điều khiển trong Cách của phép tính đa giác bên trong của vòng tròn.
Nó đã được cải thiện sau khi sử dụng thực tế, tức là bù tần số được giới thiệu, có thể loại bỏ lỗi kiểm soát tốc độ; Biên độ chuỗi từ được ước tính bằng phản hồi, giúp loại bỏ ảnh hưởng của điện trở stato ở tốc độ thấp; và điện áp đầu ra và dòng điện được khép kín để cải thiện độ chính xác và độ ổn định của động lực học. Tuy nhiên, mạch điều khiển có nhiều liên kết hơn và không giới thiệu quy định mô -men xoắn, vì vậy hiệu suất hệ thống không được cải thiện về cơ bản.
Phương pháp điều khiển vector (VC)
Thực hành điều khiển tần số điều khiển vectơ là chuyển đổi IA, IB, IC, của một động cơ không đồng bộ trong hệ tọa độ ba pha thành IA1IB1 dòng điện AC trong hệ tọa độ hai pha thông qua ba pha-hai- hai Chuyển đổi pha, và sau đó thông qua phép biến đổi xoay theo hướng từ trường rôto, tương đương với hệ tọa độ quay đồng bộ IM1, IT1 (IM1 bằng với (IM1 tương đương với dòng kích thích của động cơ DC; IT1 tương đương với dòng điện trên tỷ lệ thuận với mô -men xoắn), sau đó bắt chước phương pháp điều khiển của động cơ DC để có được số lượng điều khiển của động cơ DC và nhận ra sự điều khiển của động cơ không đồng bộ sau khi chuyển đổi nghịch đảo tương ứng của tọa độ.
Về bản chất, động cơ AC tương đương với động cơ DC và hai thành phần của tốc độ và từ trường được điều khiển độc lập. Bằng cách điều khiển chuỗi từ tính rôto, sau đó phân tách dòng stato để thu được các thành phần mô -men xoắn và từ trường, thông qua chuyển đổi tọa độ, để nhận ra điều khiển trực giao hoặc tách rời. Phương pháp kiểm soát vector được đề xuất có ý nghĩa tạo kỷ nguyên. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, do chuỗi từ tính của rôto rất khó quan sát chính xác, các đặc điểm của hệ thống bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các tham số động cơ và biến đổi xoay vectơ được sử dụng trong quá trình điều khiển của động cơ DC tương đương trở nên phức tạp hơn, làm cho nó Khó khăn cho hiệu ứng kiểm soát thực tế để đạt được kết quả phân tích lý tưởng.
Phương pháp điều khiển mô -men xoắn trực tiếp (DTC)
Năm 1985, Giáo sư DePenbrock của Đại học Ruhr ở Đức lần đầu tiên đề xuất công nghệ chuyển đổi tần số kiểm soát mô -men xoắn trực tiếp. Công nghệ này đã giải quyết phần lớn những thiếu sót của kiểm soát vectơ trên, và đã được phát triển nhanh chóng với các ý tưởng kiểm soát mới, cấu trúc hệ thống ngắn gọn và rõ ràng, và hiệu suất tĩnh và năng động tuyệt vời.
Hiện tại, công nghệ này đã được áp dụng thành công cho các ổ AC công suất cao cho lực kéo đầu máy điện. Điều khiển mô -men xoắn trực tiếp phân tích mô hình toán học của động cơ AC trực tiếp trong hệ tọa độ stato để điều khiển chuỗi từ tính và mô -men xoắn của động cơ. Nó không cần phải đánh đồng động cơ AC với động cơ DC, do đó loại bỏ nhiều tính toán phức tạp trong biến đổi xoay vector; Nó không cần phải bắt chước việc điều khiển động cơ DC, cũng không cần phải đơn giản hóa mô hình toán học của động cơ AC để tách rời.
Phương pháp điều khiển Matrix AC-AC
Biến tần VVVF, biến tần điều khiển vector và biến tần điều khiển mô-men xoắn trực tiếp là tất cả các loại biến tần AC-DC-AC. Nhược điểm phổ biến của chúng là hệ số công suất đầu vào thấp, dòng sóng hài cao, nhu cầu về các tụ lưu trữ năng lượng lớn trong mạch DC và năng lượng tái tạo không thể được đưa trở lại vào lưới điện, tức là không thể hoạt động bốn phần tử.
Vì lý do này, biến tần Matrix AC-AC ra đời. Khi biến tần AC-AC ma trận sẽ loại bỏ liên kết DC trung gian, do đó loại bỏ các tụ điện điện phân lớn, đắt tiền. Nó có thể nhận ra hệ số công suất của L, dòng đầu vào là hình sin và có thể hoạt động trong bốn góc phần tư, mật độ công suất của hệ thống là lớn. Công nghệ này chưa trưởng thành, nhưng vẫn thu hút nhiều học giả để nghiên cứu chuyên sâu. Bản chất của nó không phải là điều khiển gián tiếp các chuỗi, chuỗi từ tính và các đại lượng khác, mà là để nhận ra mô -men xoắn trực tiếp như số lượng được kiểm soát.
Phương pháp cụ thể là:
Kiểm soát chuỗi từ tính stator giới thiệu trình quan sát chuỗi từ tính để nhận ra phương pháp không có cảm biến tốc độ;
Nhận dạng tự động (ID) dựa trên một mô hình toán học chính xác của động cơ để tự động xác định các tham số động cơ;
Tính toán các giá trị thực tế tương ứng với trở kháng stato, độ tự cảm lẫn nhau, hệ số bão hòa từ tính, quán tính, v.v.
Việc thực hiện điều khiển băng tần dải tạo ra các tín hiệu PWM theo điều khiển băng tần của chuỗi từ tính và mô-men xoắn để điều khiển trạng thái chuyển đổi biến tần.
Biến tần AC-AC ma trận có phản ứng mô-men xoắn nhanh (<2ms), high speed accuracy (±2%, no PG feedback), high torque accuracy (<+3%); it also has high starting torque and high torque accuracy, especially at low speeds (including 0 speeds), and it can output 150% to 200% torque.
Làm thế nào để điều khiển động cơ bằng bộ chuyển đổi tần số? Làm thế nào chúng có dây?
Dây dẫn động cơ điều khiển tần số tương đối đơn giản, với hệ thống dây của bộ tiếp xúc gần như giống nhau, ba nguồn chính vào dòng, và sau đó ra khỏi đường dây với động cơ, nhưng một trong các cài đặt trên Bộ chuyển đổi tần số không chỉ là một cách khác nhau.
Trước hết, chúng ta hãy xem các thiết bị đầu cuối biến tần, mặc dù thương hiệu này nhiều hơn, hệ thống dây điện cũng khác nhau, nhưng hầu hết các thiết bị đầu cuối biến tần không quá nhiều. Nói chung được chia thành các đầu vào chuyển đổi dương và âm, được sử dụng để điều khiển động cơ nhiều hơn là bắt đầu tích cực và tiêu cực. Thiết bị đầu cuối phản hồi, được sử dụng để phản hồi trạng thái chạy của động cơ, bao gồm tần số chạy, tốc độ, trạng thái lỗi, v.v. Điều khiển cài đặt tốc độ, một số bộ chuyển đổi tần số được sử dụng chiết áp, một số trực tiếp sử dụng khóa, không thể truy cập được.
Thông qua hệ thống hệ thống vật lý để điều khiển đường đi, có một cách khác là vào mạng truyền thông, rất nhiều bộ chuyển đổi tần số hiện hỗ trợ điều khiển giao tiếp, bạn có thể điều khiển động cơ thông qua đường truyền thông để khởi động và dừng, tiến và đảo ngược, điều chỉnh Tốc độ, v.v., đồng thời, thông tin phản hồi cũng được truyền qua giao tiếp.
Điều gì xảy ra với mô -men xoắn đầu ra khi tốc độ quay (tần số) của động cơ được thay đổi?
Mô -men xoắn bắt đầu và mô -men xoắn tối đa của ổ đĩa biến tần ít hơn so với ổ đĩa trực tiếp với nguồn điện tần số công nghiệp.
Động cơ có các cú sốc khởi động và tăng tốc lớn khi được cung cấp bởi nguồn điện tần số công nghiệp, nhưng những cú sốc này yếu hơn khi được cung cấp bởi biến tần. Bắt đầu trực tiếp tại tần số công nghiệp tạo ra một dòng khởi đầu lớn. Khi sử dụng bộ chuyển đổi tần số, điện áp đầu ra và tần số của bộ chuyển đổi tần số được thêm dần vào động cơ, do đó dòng khởi động động cơ và tác động nhỏ hơn.
Thông thường, mô -men xoắn được tạo ra bởi động cơ giảm theo tần số (giảm tốc độ). Dữ liệu thực tế cho việc giảm được đưa ra trong một số hướng dẫn sử dụng biến tần để minh họa.
Bằng cách sử dụng biến tần với điều khiển vectơ thông lượng, việc thiếu mô -men xoắn ở tốc độ động cơ thấp sẽ được cải thiện và động cơ sẽ tạo ra đủ mô -men xoắn ngay cả trong vùng tốc độ thấp.
Khi bộ chuyển đổi tần số được điều khiển tốc độ đến một tần số lớn hơn 50 Hz, mô-men xoắn đầu ra của động cơ sẽ được giảm.
Thông thường động cơ được thiết kế và sản xuất cho điện áp 50Hz, và mô -men xoắn định mức của chúng cũng được đưa ra trong phạm vi điện áp này. Do đó, quy định tốc độ dưới tần số định mức được gọi là điều chỉnh tốc độ mô -men xoắn không đổi. (T=te, p<=Pe)
Khi tần số đầu ra của biến tần lớn hơn tần số 50Hz, mô -men xoắn do động cơ tạo ra phải giảm trong mối quan hệ tuyến tính tỷ lệ nghịch với tần số.
Khi động cơ được vận hành ở tần số tốc độ lớn hơn 50Hz, kích thước của tải động cơ phải được xem xét để ngăn chặn sự thiếu mô -men xoắn đầu ra của động cơ.
Ví dụ, mô -men xoắn được tạo ra bởi một động cơ ở 100 Hz được giảm xuống khoảng 1/2 mô -men xoắn được sản xuất ở mức 50 Hz.
Do đó, điều khiển tốc độ trên tần số định mức được gọi là điều khiển tốc độ công suất không đổi. (P=ue*IE)
Áp dụng bộ chuyển đổi tần số trên 50Hz
Như bạn đã biết, đối với một động cơ cụ thể, điện áp định mức và dòng điện định mức của nó là không đổi.
Ví dụ, các giá trị định mức biến tần và động cơ là: 15kW/380V/30a, động cơ có thể hoạt động trên 50Hz.
Khi tốc độ 50Hz, điện áp đầu ra của biến tần là 380V, dòng điện là 30a, tại thời điểm này, nếu bạn tăng tần số đầu ra lên 60Hz, điện áp đầu ra tối đa và dòng điện của biến tần chỉ có thể là 380V/30A, nó rõ ràng là công suất đầu ra vẫn không thay đổi, vì vậy chúng tôi gọi nó là điều khiển tốc độ năng lượng không đổi.
Tình huống mô -men xoắn tại thời điểm này là gì?
Vì p=wt (w; vận tốc góc, t: mô -men xoắn), vì p không thay đổi, w tăng, do đó mô -men xoắn sẽ được giảm tương ứng.
Chúng ta cũng có thể nhìn nó theo cách khác:
Điện áp stato của động cơ u=e + i * r (i là dòng điện, r là điện trở điện tử, e là tiềm năng cảm ứng)
Có thể thấy rằng khi u và tôi không đổi, e cũng không đổi.
And E=k*f*X (k: constant; f: frequency; X: magnetic flux), so when f from 50 -->60Hz, x sẽ được giảm tương ứng
Đối với động cơ t=k*i*x (k: hằng số; i: dòng điện; x: thông lượng), vì vậy mô -men xoắn t sẽ giảm theo thông lượng X.
Meanwhile, less than 50Hz, the flux (X) is constant when U/f=E/f is constant because I*R is very small. Torque T is proportional to current. This is why the overcurrent capability of an inverter is usually used to describe its overload (torque) capability and is called constant torque speed regulation (constant rated current -->Mô -men xoắn cực đại không đổi)
Kết luận: Mô -men xoắn đầu ra của động cơ giảm khi tần số đầu ra của biến tần tăng từ 50Hz trở lên.
Các yếu tố khác liên quan đến mô -men xoắn đầu ra
Tạo nhiệt và khả năng tản nhiệt xác định khả năng dòng điện đầu ra của biến tần, do đó ảnh hưởng đến khả năng mô -men xoắn đầu ra của biến tần.
Tần số sóng mang: Dòng điện được đánh dấu bởi biến tần chung là tần số sóng mang cao nhất, nhiệt độ môi trường cao nhất có thể đảm bảo giá trị đầu ra liên tục, giảm tần số sóng mang, dòng động cơ sẽ không bị ảnh hưởng. Nhưng sự gia nhiệt của các thành phần sẽ được giảm.
Nhiệt độ môi trường xung quanh: Giống như nó sẽ không làm tăng giá trị hiện tại bảo vệ biến tần khi nhiệt độ xung quanh được phát hiện thấp hơn.
Độ cao: Độ cao tăng có ảnh hưởng đến sự tản nhiệt và hiệu suất cách nhiệt. Nói chung dưới 1000m có thể bị coi thường, trên mỗi 1000 mét để giảm công suất 5%.