Přejít na obsah 
Všichni víme, že frekvenční měnič je technologie, která by měla být zvládnuta v elektrické práci, a použití frekvenčního měniče k řízení motorů je běžnou metodou v elektrickém řízení; některé také vyžadují odbornost.
Dnes shrneme a uspořádáme relevantní znalosti s našimi omezenými znalostmi. Obsah se může opakovat, ale cílem je podělit se se všemi o úžasný vztah mezi frekvenčními měniči a motory.
Za prvé, proč používat k řízení motoru frekvenční měnič?
Pojďme si tato dvě zařízení nejprve krátce porozumět.
Motor je indukční zátěž, která brání změnám proudu. Během spouštění způsobí velkou změnu proudu.
Frekvenční měnič je zařízení, které využívá zapínání a vypínání výkonových polovodičových zařízení k transformaci napájecí frekvence na jinou frekvenci elektrické energie pro účely řízení. Skládá se především ze dvou částí: hlavního obvodu (modul usměrňovače, elektrolytický kondenzátor a modul měniče) a řídicího obvodu (deska spínaného zdroje a deska řídicích obvodů).
Aby se snížil rozběhový proud elektromotoru, zejména u motorů s vyšším výkonem, s rostoucím výkonem roste i rozběhový proud. Nadměrný startovací proud může přinést větší zátěž pro rozvodnou síť. Frekvenční měnič však může tento problém vyřešit tím, že umožní hladký rozběh bez způsobení nadměrných rozběhových proudů.
Další funkcí použití frekvenčního měniče je regulace otáček motorů. V mnoha případech je řízení otáček motoru nezbytné pro dosažení lepší efektivity výroby. Frekvenční měniče byly vždy známé svou schopností regulovat rychlost změnou frekvence zdroje.
Jaké jsou způsoby ovládání frekvenčních měničů?
Pět nejčastěji používaných způsobů ovládání motorů s frekvenčním měničem je následujících:
Výstupní napětí nízkonapěťového univerzálního frekvenčního měniče je 380-650V, výstupní výkon je 0,75-400kW, provozní frekvence je 0-400Hz a jeho hlavní obvod využívá obvod AC-DC-AC. Jeho způsob ovládání prošel čtyřmi generacemi.
Způsob řízení sinusové pulzní šířkové modulace (SPWM) s U/f=C
Jeho vlastnosti jsou jednoduchá struktura řídicího obvodu, nízká cena, dobrá mechanická tvrdost a může splňovat požadavky na plynulou regulaci rychlosti obecné převodovky. Byl široce používán v různých průmyslových odvětvích.
Při nízkých frekvencích však v důsledku nižšího výstupního napětí a významného vlivu točivého momentu na pokles odporu statoru klesá maximální výstupní moment.
Navíc jeho mechanické vlastnosti nakonec nejsou tak tvrdé jako stejnosměrné motory.
Schopnost dynamického točivého momentu a výkon statické regulace rychlosti zatím nejsou uspokojivé. Ani výkon systému není vysoký; regulační křivka se bude měnit se změnami zatížení; odezva točivého momentu je pomalá; míra využití točivého momentu motoru není vysoká; výkon klesá při nízkých otáčkách kvůli odporu statoru a mrtvé zóně měniče, zatímco se zhoršuje stabilita atd. Lidé proto zkoumali vektorově řízenou regulaci rychlosti s proměnnou frekvencí.
Metoda řízení pulsní šířkové modulace prostorového vektoru (SVPWM).
Je založen na celkovém generačním efektu třífázového průběhu s cílem aproximovat ideální kruhovou trajektorii rotujícího magnetického pole vzduchové mezery motoru. Generuje třífázovou modulační vlnu a řídí ji aproximací kružnice pomocí vepsaného mnohoúhelníku.
Po praktickém použití došlo ke zlepšení zavedením frekvenční kompenzace pro eliminaci chyb regulace rychlosti; odhad amplitudy toku prostřednictvím zpětné vazby pro eliminaci vlivu odporu statoru při nízkých otáčkách; a uzavírací smyčky pro výstupní napětí a proud pro zlepšení dynamické přesnosti a stability.
Existuje však mnoho vazeb řídicího obvodu, nebylo zavedeno nastavení točivého momentu, takže výkon systému nebyl zásadně zlepšen.
Metoda vektorového řízení (VC).
Metoda proměnlivé frekvenční regulace otáček ve vektorovém řízení spočívá v přeměně statorových proudů Ia, Ib, Ic asynchronních motorů na dvoufázové střídavé proudy Ia1Ib1 ve stacionárních souřadnicových systémech pomocí třífázové na dvoufázové transformace. Poté jsou transformovány na stejnosměrné proudy Im1 a It1 pod synchronními rotačními souřadnicovými systémy transformací rotace orientace rotorového pole (kde Im1 odpovídá budícímu proudu ve stejnosměrných motorech; It1 odpovídá proudu kotvy úměrnému kroutícímu momentu). Řídicí veličina pro stejnosměrné motory se získává napodobováním jejich způsobů řízení. Po provedení odpovídajících inverzních transformací souřadnic lze dosáhnout řízení asynchronního motoru.
Střídavé motory jsou v podstatě ekvivalentní stejnosměrným motorům a nezávislé řízení je aplikováno odděleně pro složky rychlosti a magnetického pole. Nejprve řízením toku rotoru a poté rozložením proudu statoru na složky točivého momentu a magnetického pole a následným ortogonálním nebo odděleným řízením pomocí transformací souřadnic. Návrh metody vektorového řízení byl revoluční, ale v praxi obtížný kvůli obtížím s přesným sledováním rotorového toku, což značně ovlivňuje charakteristiky systému a také složitým vektorovým rotačním transformacím používaným při ekvivalentním řízení stejnosměrných motorů, takže skutečné výsledky jsou tvrdě zatěžovány dosahováním ideálních analytických výsledků.
Konkrétní metoda je:
Ovládejte magnetický tok statoru zavedením pozorovatele magnetického toku statoru pro dosažení bezsenzorového řízení;
Automatická identifikace (ID) spoléhá na přesné matematické modely motoru, které automaticky identifikují parametry motoru;
Vypočítejte skutečný moment, magnetický tok statoru a otáčky rotoru v reálném čase na základě skutečných hodnot odpovídajících impedanci statoru, vzájemné indukčnosti, faktorům magnetické saturace, setrvačnosti atd.;
Realizujte řízení v pásmu generováním PWM signálů podle magnetického toku a točivého momentu pro řízení spínacího stavu měniče.
Střídavý frekvenční měnič maticového typu má rychlou odezvu točivého momentu (<2 ms), vysoká přesnost rychlosti (±2 %, žádná PG zpětná vazba), vysoká přesnost točivého momentu (<+3 %); současně má také vyšší rozběhový moment a vysokou přesnost točivého momentu, zejména při nízkých otáčkách (včetně 0 otáček) může vyvinout 150%~200% jmenovitého momentu.
Jak frekvenční měnič řídí motor? Jak jsou propojeny?
Zapojení frekvenčního měniče pro ovládání motoru je relativně jednoduché, podobně jako zapojení stykače. Jsou připojeny tři hlavní napájecí vodiče a poté vyvedeny do motoru. Existují však různé způsoby ovládání frekvenčního měniče.
Nejprve se podívejme na připojení svorek frekvenčního měniče. Ačkoli existuje mnoho značek a různých způsobů zapojení frekvenčních měničů, většina z nich má podobné připojení svorek. Obecně zahrnují spínací vstupy pro otáčení vpřed a vzad používané k ovládání spouštění a reverzace motorů; zpětnovazební svorky používané k poskytování zpětné vazby o provozním stavu, jako je provozní frekvence, rychlost, poruchový stav atd.; ovladače nastavení rychlosti, které lze upravit pomocí potenciometrů nebo tlačítek v závislosti na různých typech měničů.
Řízení lze dosáhnout prostřednictvím fyzického zapojení nebo komunikačních sítí. Mnoho frekvenčních měničů nyní podporuje komunikační řízení, které umožňuje spouštění/zastavování motoru, otáčení vpřed/vzad, nastavení rychlosti a zpětnovazební informace přenášené komunikační linkou.
Když se změní rychlost otáčení (frekvence) motoru, co se stane s jeho výstupním momentem?
Rozběhový moment a maximální moment při pohonu frekvenčním měničem by měly být menší než při přímém pohonu ze sítě.
Když je motor napájen ze sítě, dochází k velkému rozběhu a zrychlení. Při napájení z frekvenčního měniče jsou však tyto dopady slabší. Přímý start na síťové frekvenci bude produkovat velký startovací proud. Při použití frekvenčního měniče se do motoru postupně přidává výstupní napětí a frekvence měniče, takže rozběhový proud a dopad na motor jsou menší.
Obvykle, jak frekvence klesá (otáčky klesají), točivý moment generovaný motorem také klesá. Skutečné údaje o tomto poklesu lze nalézt v některých příručkách pro frekvenční měniče.
Použitím metody vektorového řízení s invertorem řízení magnetického toku lze zlepšit nedostatečný točivý moment motorů při nízkých otáčkách tak, že i při nízkých otáčkách může být na výstupu dostatečný krouticí moment.
Při nastavení na frekvence vyšší než 50 Hz pomocí měniče s proměnnou frekvencí (VFD) se výstupní točivý moment motoru sníží.
Konvenční motory jsou navrženy a vyrobeny podle norem napětí 50Hz; jejich jmenovité momenty jsou rovněž uvedeny v tomto rozsahu napětí. Proto se regulace otáček pod jmenovitými frekvencemi nazývá regulace otáček s konstantním momentem (T=Te,P<=Pe).
Protože výstupní frekvence VFD překračuje 50 Hz, lineární vztah mezi točivými momenty vytvářenými motory se úměrně snižuje s rostoucími frekvencemi.
Při provozu při otáčkách nad 50 Hz je třeba dbát na to, aby nedocházelo k nedostatečným výstupním točivým momentům v důsledku velikosti zatížení elektromotorů.
Například vyrobený točivý moment elektromotoru pracujícího při 100 Hz by se snížil přibližně o polovinu ve srovnání s točivým momentem vyrobeným při provozu při 50 Hz.
Proto se regulace otáček nad jmenovité frekvence nazývá regulace otáček s konstantním výkonem (P=Ue*Ie).
Aplikace frekvenčního měniče nad 50Hz
Jak víme, pro konkrétní motor je jeho jmenovité napětí a proud konstantní.
Pokud jsou jmenovité hodnoty frekvenčního měniče i motoru 15kW/380V/30A, může motor pracovat při frekvencích nad 50Hz.
Při rychlosti 50Hz je výstupní napětí frekvenčního měniče 380V a proud 30A. Pokud zvýšíme výstupní frekvenci na 60Hz, pak maximální výstupní napětí a proud frekvenčního měniče bude stále jen 380V/30A. Je zřejmé, že protože výstupní výkon zůstává nezměněn, nazývá se to regulace rychlosti konstantního výkonu.
Jak je to v tomto případě s točivým momentem?
Protože P=wT (P: výkon; w: úhlová rychlost; T: krouticí moment), pokud P zůstává konstantní, ale w se zvyšuje, pak se T odpovídajícím způsobem sníží.
Můžeme se na to podívat i z jiného úhlu:
napětí statoru U=E+I*R (I: proud; R: elektrický odpor; E: indukovaná elektromotorická síla) motoru,
Je vidět, že když U a I zůstanou nezměněny, E také zůstane nezměněno.
A E=kFX (k: konstanta; f: frekvence; X: magnetický tok). Proto když se f změní z 50-->60Hz, X se odpovídajícím způsobem sníží.
Pro motor T=KjáX(K: konstanta; I: proud; X: magnetický tok). Proto jak se magnetický tok X snižuje, T se odpovídajícím způsobem snižuje také.
At less than or equal to 50 Hz,I*R is small so when U/f=E/f does not change,magnetic flux(X)is constant.Torque(T)and electric current(I)are proportional.This explains why overload(torque)capacity of a variable-frequency drive(VFD)is usually described by its overcurrent capacity,and referred to as "constant-torque"speed regulation(rated current remains unchanged-->maximální točivý moment zůstává nezměněn).
Závěr: Když se výstupní frekvence frekvenčního měniče zvýší nad 50 Hz, výstupní točivý moment motoru se sníží.
Další faktory související s výstupním momentem
Kapacita ohřevu a chlazení určuje kapacitu výstupního proudu střídače, čímž ovlivňuje kapacitu výstupního krouticího momentu střídače.
Nosná frekvence: Jmenovitý proud indikovaný obecnými invertory je založen na hodnotě, která může být trvale vydávána při nejvyšší nosné frekvenci a nejvyšší okolní teplotě. Snížení nosné frekvence neovlivní proud motoru. Zahřívání součástí se však sníží.
Okolní teplota: Stejně jako zvýšení hodnoty ochranného proudu střídače při detekci nízké okolní teploty je zbytečné.
Nadmořská výška: Zvyšující se nadmořská výška ovlivňuje jak odvod tepla, tak izolační výkon. Obecně ji lze ignorovat pod 1000 m a je dostatečné snížení kapacity o 5 % na 1000 metrů nad touto úrovní.
Jak nastavit frekvenci motoru řízeného frekvenčním měničem?
Ve výše uvedeném shrnutí jsme se dozvěděli, proč je nutné k řízení motoru používat frekvenční měnič a jak funguje. Řízení motoru frekvenčním měničem lze shrnout do dvou bodů: za prvé, řízení spouštěcího napětí a frekvence motoru pomocí frekvenčního měniče pro dosažení hladkého startu a zastavení; za druhé, nastavení rychlosti motoru změnou jeho frekvence pomocí měniče s proměnnou frekvencí.
Síťáci vznesli praktickou otázku: jaká je nejnižší frekvence, kterou lze nastavit při řízení běžného motoru s frekvenčním měničem? Aktuálně je to upraveno na 60Hz a vedoucí mě požádal, abych pokračoval ve zvyšování čísla Hz. Plán je upravit na 100Hz. Už to někdo nastavoval na 100Hz? (Jaké faktory je v podobných situacích třeba vzít v úvahu?)
Podívejme se, jak reagují uživatelé sítě:
Netizen lpl53: Na průmyslových pračkách jsme dosáhli 200 Hz, ale proud není vysoký.
Netizen26584: Motor brusky je obecně mezi 100-110…
Netizen 82252031: Pokud je v motoru dostatek výkonu a žádný nadměrný proud, může fungovat. Pozornost je však třeba věnovat měření teploty ložisek motoru, abnormálního hluku a vibrací. Jeden motor poháněný proměnnou frekvencí běží při 70-80 Hz po dlouhou dobu; šestipólové motory lze snadno vyzkoušet, zatímco dvoupólové motory vyžadují opatrnost.
Netizen fsjnzhouyan: To závisí na kvalitě plechů z křemíkové oceli používaných v motorech. V předchozích případech použití nebyly obvykle žádné problémy až do 85 Hz; mnoho motorů však nemůže dosáhnout svých jmenovitých otáček po seřízení až na hodnotu kolem 90 Hz kvůli magnetickému nasycení.
Netizen ZCMY: Nejlepší je vyměnit ložiska motoru za vysokorychlostní. Otestujte také vibrace a ujistěte se, že jsou vhodné pro zátěže, jako jsou ventilátory nebo vodní čerpadla.
Netizen mengx9806: Jednou jsem to upravil až na 1210 Hz pomocí frekvenčního měniče Dongyuan řady A1000 s elektrickým strojem, který běžel bez problémů po dobu dvou let bez větších problémů, ačkoli mohou nastat drobné problémy, pokud se něco pokazí.
Netizen 68957：Zkoušel jsem to nastavit až na 180, ale běželo to jen krátce.
Netizen 1531214350: Už jsem pračky opravoval a motor byl obyčejný. Během odstřeďování běžel na 150 Hz.
Ya de Ya: Pokud je frekvence běžného motoru o 20 % vyšší než jeho jmenovitá frekvence, pak se rozdíl otáček zvýší; s rostoucí frekvencí se zvyšuje i tento rozdíl rychlostí.
Netizen kdrjl: Zdá se, že je stále příliš málo pochopení základní struktury a použití střídavých indukčních motorů. Nejvyšší rychlostní limit pro regulaci indukčních motorů nespočívá v frekvenčních měničích. Obecně řečeno, běžné frekvenční měniče pracují na frekvencích ne nižších než 400 Hz v režimu U/F (např. frekvenční měnič Siemens pracuje na 600 Hz). Pro vektorové řízení je maximální limit provozní frekvence 200-300Hz, zatímco servořízení má ještě vyšší limity. Pokud tedy chcete regulovat otáčky svého indukčního motoru až do 100 Hz pomocí frekvenčního měniče, neexistují v této věci žádné technické překážky ani pochybnosti.
Mechanická struktura rotoru indukčního motoru - jako je jeho konstrukce klece - určuje jeho mechanickou pevnost, která souvisí s maximální rotační rychlostí jeho konstrukce; čím rychleji se otáčí, tím větší je odstředivá síla. Proto obecně vyhovuje konstrukčním specifikacím založeným na jejich maximálních otáčkách a jejich mechanické pevnosti nemohou být nekonečně velké. Ložiska rotoru mají také maximální mez otáčení. Když tedy překročíte tyto hodnoty, musíte pochopit, jaké jsou tyto meze, a v případě potřeby je vyměnit za vysokorychlostní ložiska.
Konečně, dynamické vyvážení ladění a nastavení rotoru by nemělo překročit výrobcem určené parametry.
Stručně řečeno, při regulaci rychlosti indukčního motoru pomocí aplikace měniče s proměnnou frekvencí přesahující 100 Hz je důležité nejprve konzultovat s výrobcem, zda to lze provést, nebo si místo toho vyžádat přizpůsobené motory, aby byla zajištěna spolehlivost za podmínek vysoké rychlosti. Pokud se rozhodnete neprocházet výrobci, musíte nejprve určit test dynamického vyvážení rotoru a poté potvrdit maximální rychlost otáčení ložiska.
Pokud překročí tuto hodnotu, musíte je vyměnit za vysokorychlostní ložiska, která splňují požadavky na místě. Musíte také zvážit problémy s odvodem tepla.
Konečně, na základě zkušeností, indukční motory s výkonem pod 100 kW by měly být relativně vhodné pro provoz při frekvencích do 100 Hz; nicméně ty, které překračují 100 kW, je lepší přizpůsobit spíše než konvenční produkty pro všeobecné použití.
Netizen lvpretend: Záleží hlavně na motoru samotném. Pokud se jedná původně o dvoupólový motor s vysokým výkonem, je třeba dbát opatrnosti. Průmyslové pračky jsou příklady častého provozu s překročením rychlosti, ale jejich jmenovité otáčky jsou obecně nízké - většinou šestipólové motory. Viděl jsem čtyřpólové motory dosahující až 120 Hz.
Více informací, kontaktujte prosím na profesionální výrobce elektromotorů - Dongchun motor Čína přímo
