Abstrakt.
In diesem Artikel geht es um die Eigenschaften des Umrichtermotors, die Anwendung und das Steuerungsprinzip des Umrichtermotors, die Konstruktionsmerkmale werden hervorgehoben und auch die Anwendung des Umrichtermotors mit Frequenzumrichter und eines herkömmlichen Motors verglichen.
Schlüsselwörter
AC-Geschwindigkeitsregelungstechnologie; Wandler; stufenlos variable Geschwindigkeit; Isolationsniveau; Vektorregelung; Direkte Drehmomentsteuerung, Elektromotor, VFD-Motor, Hersteller
Einführung
Mit der rasanten Entwicklung der Leistungselektronik und neuen Halbleiterbauelementen wurde die Technologie zur Drehzahlregelung mit Wechselstrom kontinuierlich verbessert und verbessert, und Wechselrichter werden aufgrund ihrer guten Ausgangswellenform und ihres hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnisses häufig in Wechselstrommotoren eingesetzt.
Zum Beispiel: Stahlwerke zum Walzen großer Motoren und mittlerer und kleiner Walzenmotoren, Eisenbahnen und städtischer Schienenverkehr mit Fahrmotoren, Aufzugsmotoren, Hubmotoren für Containerhebegeräte, Pumpen und Ventilatoren mit Motoren, Kompressoren, Haushaltsgeräte mit Motoren usw. haben AC-Motoren mit variabler Drehzahl und Antrieben mit variabler Frequenz eingesetzt und gute Ergebnisse erzielt.
Die Verwendung eines Wechselstrommotors mit variabler Frequenz gegenüber einem Gleichstrommotor hat erhebliche Vorteile.
(1) Einfache und einfache Einstellung der Geschwindigkeit, wodurch Energie gespart wird.
(2) Die Struktur des Wechselstrom-Induktionsmotors ist einfach, klein, hat eine geringe Trägheit, ist kostengünstig, wartungsfreundlich und langlebig.
3）Es kann die Kapazität erweitern und einen Hochgeschwindigkeits- und Hochspannungsbetrieb ermöglichen.
4）Es kann einen sanften Start und ein schnelles Bremsen realisieren.
5) Funkenfrei, explosionsgeschützt und starke Anpassungsfähigkeit an die Umwelt.
In den letzten Jahren verzeichnete die Frequenzumwandlungs-Geschwindigkeitsregelungs-Übertragungseinrichtung eine jährliche Wachstumsrate von 13 bis 16 % und hat nach und nach den größten Teil des Trends der Gleichstrom-Geschwindigkeitsregelungs-Übertragungseinrichtung ersetzt.
Da der gewöhnliche Asynchronmotor, der mit einer Stromversorgung mit konstanter Frequenz und Spannung arbeitet, großen Einschränkungen unterliegt, wenn er auf das Geschwindigkeitsregelsystem mit variabler Frequenz angewendet wird, wurde aus diesem Grund der spezielle Wechselstrommotor mit variabler Frequenz entsprechend dem jeweiligen Anlass und den Nutzungsanforderungen entwickelt entwickelt.
Es gibt hauptsächlich Umrichtermotoren für geringe Geräuschentwicklung und geringe Vibrationen, Umrichtermotoren mit verbesserten Drehmomenteigenschaften bei niedrigen Drehzahlen, Hochgeschwindigkeits-Umrichtermotoren, Motoren mit Drehzahlmessgeneratoren und vektorgesteuerte Umrichtermotoren.
Die Hauptmerkmale und das Steuerprinzip des Frequenzumwandlungsmotors
Der Spezialmotor mit Frequenzumwandlung weist die folgenden Eigenschaften auf.
(1) Temperaturanstiegsdesign auf B-Niveau, Isolierungsherstellung auf F-Niveau.
Durch den Einsatz von Polymer-Isoliermaterial und einem Vakuum-Druck-Tauchlack-Herstellungsverfahren sowie einer speziellen Isolationsstruktur werden die Isolationsspannungsbeständigkeit und die mechanische Festigkeit der elektrischen Wicklung erheblich verbessert, was einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Motors ermöglicht und den hochfrequenten Stromeinwirkungen des Wechselrichters widersteht Spannungsschäden an der Isolierung.
(2) hohe Auswuchtqualität, Vibrationsniveau R (Vibrationsreduzierungsniveau) und Präzision bei der Verarbeitung mechanischer Teile
Durch den Einsatz spezieller Hochpräzisionslager ist ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb bei gleicher Motordrehzahl möglich.
(3) Zwangsbelüftung und Wärmeableitungssystem, alle mit importierten Axialventilatoren, extrem leise, hohe Lebensdauer, starker Wind.
Um den Motor bei jeder Drehzahl zu schützen, eine effektive Wärmeableitung zu erzielen und einen Langzeitbetrieb mit hoher oder niedriger Drehzahl zu erreichen.
4) Im Vergleich zum herkömmlichen Frequenzumwandlungsmotor,
mit einem breiteren Bereich der Geschwindigkeitsregulierung und höherer Designqualität, durch das spezielle Magnetfelddesign, um das hochharmonische Magnetfeld weiter zu unterdrücken, um den Designindex von breiter Frequenz, Energieeinsparung und geringem Rauschen zu erfüllen.
5）Mit einem breiten Spektrum an konstanten Drehmoment- und Leistungsgeschwindigkeitsregelungseigenschaften, sanfter Geschwindigkeitsregelung, ohne Drehmomentpulsation.
Mit allen Arten von Frequenzumrichtern gibt es eine gute Parameteranpassung, mit der Vektorsteuerung können ein volles Drehmoment bei Nullgeschwindigkeit, ein hohes Drehmoment bei niedriger Frequenz und eine hochpräzise Geschwindigkeitssteuerung, Positionssteuerung und schnelle dynamische Reaktionssteuerung realisiert werden.
(6) Der Spezialmotor zur Frequenzumwandlung kann mit Bremsen und Encodern ausgestattet werden.
um ein genaues Parken zu erreichen und eine hochpräzise Geschwindigkeitsregelung durch eine Geschwindigkeitsregelung mit geschlossenem Regelkreis zu realisieren.
Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.
(7) Der Wechselrichtermotor ist vielseitig einsetzbar.
Seine Einbaugröße entspricht der IEC-Norm und ist mit allgemeinen Standardmotoren austauschbar.
Die Drehzahl des Asynchronmotors ist proportional zur Frequenz, wenn sich die Drehzahl nicht wesentlich ändert. Daher kann eine Änderung der Frequenz der Stromversorgung die Drehzahl des Asynchronmotors ändern.
Bei der Frequenzregelung wird erwartet, dass der Hauptfluss konstant bleibt.
Wenn der Hauptfluss größer ist als der Fluss im Normalbetrieb, kommt es zu einer Übersättigung des Magnetkreises, der Erregerstrom steigt und der Leistungsfaktor sinkt.
Ist der Hauptfluss kleiner als der Fluss im Normalbetrieb, wird das Motordrehmoment reduziert.
Zu Beginn des 21. Jahrhunderts verwendet der verwendete Wechselrichter hauptsächlich den AC-DC-Modus (VVVF-Frequenzumwandlung oder Vektorsteuerungs-Frequenzumwandlung), der zunächst die Wechselstromversorgung über den Gleichrichter in Gleichstrom umwandelt und dann den Gleichstrom in Frequenz umwandelt Stromspannung.
Die Gleichstromversorgung wird durch einen Gleichrichter in Gleichstrom und dann in Wechselstrom mit kontrollierter Frequenz und Spannung umgewandelt, um den Dreiphasenmotor zu versorgen.
Die Schaltung eines Wechselrichters besteht im Allgemeinen aus vier Teilen: Gleichrichter, Zwischenkreis, Wechselrichter und Steuerung.
Der Gleichrichter ist ein ungesteuerter Dreiphasen-Brückengleichrichter, der Wechselrichter ist ein IGBT-Dreiphasen-Brückenwechselrichter mit PWM-Wellenformausgang und der Zwischen-Gleichstromzwischenkreis dient der Filterung, Gleichstromenergiespeicherung und Pufferung der Blindleistung.
VFD-Motor – Frequenzumwandlungsmotoranwendung
Der Frequenzumwandlungsmotor hat sich zum Mainstream-Geschwindigkeitsregelungsprogramm entwickelt und kann in allen Lebensbereichen stufenlos variabler Geschwindigkeitsübertragungen eingesetzt werden.
Insbesondere mit der immer weiter verbreiteten Anwendung von Wechselrichtern im Bereich der industriellen Steuerung nimmt die Verwendung von Wechselrichtermotoren aufgrund der Überlegenheit von Wechselrichtermotoren bei der Frequenzsteuerung im Vergleich zu herkömmlichen Motoren, bei denen Wechselrichter verwendet werden, immer mehr zu.
Die sozialen Vorteile verstaatlichter Hochspannungs-Wechselrichtergeräte sind erheblich, vor allem Energieeinsparung, Ressourceneinsparung und Reduzierung der Umweltverschmutzung.
Beseitigen Sie den Anlaufschock des Wechselstrommotors und die Auswirkungen auf das Stromnetz und reduzieren Sie die Ausfallrate des Elektromotors und der Ausrüstung.
Verbessern Sie die Steuerungspräzision und den Automatisierungsgrad.
Die wirtschaftlichen Vorteile der Frequenzumwandlungs-Drehzahlregelung sind bemerkenswert.
Bei Kreiselpumpen und Lüftern ist der Flüssigkeitsstrom proportional zur Primärseite der Drehzahl, das Drehmoment ist proportional zur Sekundärseite der Drehzahl und die Leistung ist proportional zur Tertiärseite der Drehzahl, die Drehzahl nimmt ab und der Stromverbrauch des Motors sinkt in drei Richtungen, daher ist der Stromspareffekt der Frequenzumwandlungsgeschwindigkeitssteuerung sehr bedeutend.
Wenn der Durchfluss sinkt, sinkt die Drehzahl, der Strom sinkt und die Leistungsaufnahme des Motors sinkt, wodurch theoretisch Energie gespart wird.
Wenn die ursprüngliche Verwendung von Dämpfern, Ventilregulierung, sinkt die Durchflussmenge, der Druck steigt, die Motorleistung nimmt ab, so dass die Geschwindigkeitsregulierung mit variabler Frequenz als die Dämpfer, Ventiltypregulierung energiesparender ist.
Zusätzlich zur Energieeinsparung und Effizienz gibt es für verschiedene Lasten einige indirekte wirtschaftliche Vorteile, vor allem kann der Leistungsfaktor verbessert werden, um einen Sanftanlauf zu erreichen, das Anlaufdrehmoment bei elektrischen und mechanischen Schäden am Motor zu reduzieren, gleichmäßiger, stabiler und hoch Präzisionssteuerung.
Im 21. Jahrhundert hat sich die Geschwindigkeitsregelung mit variabler Frequenz zum Mainstream-Geschwindigkeitsregelungsprogramm entwickelt und kann in allen Lebensbereichen stufenloser variabler Geschwindigkeitsübertragung eingesetzt werden.
Konstruktionsmerkmale von Motoren mit variabler Frequenz
3.1 Elektromagnetisches Design
Die wichtigsten Leistungsparameter, die bei der Konstruktion gewöhnlicher Asynchronmotoren berücksichtigt werden, sind Überlastfähigkeit, Anlaufleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor.
Was den Umrichtermotor betrifft, da die kritische Turndown-Rate umgekehrt proportional zur Stromversorgungsfrequenz ist.
Es kann direkt gestartet werden, wenn die kritische Turndown-Rate nahe 1 liegt.
Daher müssen die Überlastfähigkeit und die Startleistung nicht mehr groß berücksichtigt werden, und das Hauptproblem, das gelöst werden muss, besteht darin, die Anpassungsfähigkeit des Motors an die nicht-sinusförmige Stromversorgung zu verbessern.
Das elektromagnetische Design konzentriert sich auf folgende Aspekte:
1) Reduzieren Sie den Stator- und Rotorwiderstand so weit wie möglich. Durch die Reduzierung des Statorwiderstands kann der Grundkupferverbrauch gesenkt werden, um den durch hohe Oberschwingungen verursachten Anstieg des Kupferverbrauchs auszugleichen.
2) Um die hohen Oberschwingungen im Strom zu unterdrücken, muss die Induktivität des Wechselstrommotors entsprechend erhöht werden.
Aber der Leckwiderstand des Rotorschlitzes ist größer und sein Skin-Effekt ist ebenfalls größer, und der Kupferverbrauch hoher Harmonischer ist ebenfalls erhöht.
Daher sollte bei der Größe der Streureaktanz des Motors die Sinnhaftigkeit der Impedanzanpassung im gesamten Drehzahlbereich berücksichtigt werden.
3) Der Hauptmagnetkreis des Wechselrichtermotors ist im Allgemeinen ungesättigt ausgelegt. Zum einen ist zu berücksichtigen, dass hohe Harmonische die Sättigung des Magnetkreises verstärken, und zum anderen ist zu berücksichtigen, dass bei niedriger Frequenz die Ausgangsspannung des Wechselrichters entsprechend erhöht werden sollte um das Ausgangsdrehmoment zu verbessern.
3.2 Strukturdesign
Beim Strukturdesign werden hauptsächlich auch die Auswirkungen nichtsinusförmiger Leistungseigenschaften auf die Isolationsstruktur des Wechselrichtermotors, Vibrationen, Geräuschkühlungsmodus usw. berücksichtigt. Dabei ist im Allgemeinen auf die folgenden Aspekte zu achten.
(1) Isolationsniveau, im Allgemeinen F-Niveau oder höher, um die Isolierung zur Erde und die Isolationsfestigkeit der Leitungswindungen zu verstärken, insbesondere um die Fähigkeit der Isolierung zu berücksichtigen, Stoßspannungen standzuhalten.
(2) Bei Vibrationen und Geräuschen des Motors sollten wir die Steifigkeit der Motorkomponenten und des Ganzen vollständig berücksichtigen und unser Bestes geben, um die Eigenfrequenz zu verbessern, um das Resonanzphänomen bei jeder Kraftwelle zu vermeiden.
(3) Kühlmethode: Im Allgemeinen wird eine Zwangslüftungskühlung verwendet, d. h. der Hauptmotorkühlventilator wird von einem unabhängigen Motor angetrieben.
(4) Bei Motoren mit einer Leistung über 160 kW sollten Maßnahmen zur Vermeidung von Wellenströmen und Lagerisolationsmaßnahmen ergriffen werden.
Hauptsächlich ist es leicht, eine Asymmetrie des Magnetkreises zu erzeugen, die auch einen Wellenstrom erzeugt.
Wenn die von anderen Hochfrequenzkomponenten erzeugten Ströme miteinander kombiniert werden, erhöht sich der Wellenstrom stark, was zu Lagerschäden führt. Daher sollten generell Isolationsmaßnahmen ergriffen werden.
5）Bei Motoren mit variabler Frequenz und konstanter Leistung sollte bei Drehzahlen über 3000 U/min ein Spezialfett mit hoher Temperaturbeständigkeit verwendet werden, um den Temperaturanstieg des Lagers auszugleichen.
Der Unterschied zwischen Wechselrichtermotor und gewöhnlichem Motor
Die meisten normalen Haushaltsmotoren können nur unter der Bedingung von 380 V/50 Hz Wechselstrom betrieben werden, normale Motoren können die Nutzungshäufigkeit verringern oder erhöhen.
Die Reichweite darf jedoch nicht zu groß sein, da sonst der Motor heiß wird oder sogar durchbrennt. Wechselrichtermotoren können bei jeder Drehzahl innerhalb ihres Drehzahlbereichs verwendet werden, und der Motor wird nicht beschädigt.
Im Allgemeinen wird bei einem Frequenzumwandlungs-Induktionsmotor mit 100 % Nennlast im Dauerbetrieb im Bereich von 10 % bis 100 % der Nenndrehzahl der Temperaturanstieg den zulässigen Standardwert des Motors nicht überschreiten.
Der größte Teil der Wärmeableitung gewöhnlicher Motoren erfolgt durch Luftselbstkühlung, und die Motorwärmeableitung hängt von der Bewegung der beiden Laufräder am Ende des Motors ab.
Wenn die Drehzahl des Motors niedrig ist, wird die Wärmeableitung des Motors zu einem Problem.
Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren ist der Preis von Umrichtermotoren nicht viel höher und die Vorteile liegen auf der Hand.
Inverter motor adopts "special inverter induction motor + inverter" AC speed control method, so that the degree of mechanical automation and production efficiency is greatly improved, equipment miniaturization, increase comfort.
Über 3000 U/min sollte Spezialfett mit hoher Temperaturbeständigkeit verwendet werden, um den Temperaturanstieg der Lager auszugleichen.
Sekundäre Drehmomentlast: Wenn die Drehzahl reduziert wird, wird auch das Drehmoment reduziert und die Wärmeerzeugung wird ebenfalls reduziert. Dies eignet sich für die Auswahl eines normalen Motors zur Frequenzumwandlung, wobei die tatsächliche Drehzahl nicht weniger als 40 % der zu verwendenden Synchrondrehzahl beträgt.
Andere Lasten verwenden bei einer Synchrondrehzahl von 60 % und mehr normale Motoren.
Wenn Sie mit einer Synchrongeschwindigkeit von 25 % bis 60 % laufen, verwenden Sie einen dreiphasigen Asynchronmotor mit Umrichterkäfig und externer Zwangskühlung, d. h. einen Spezialmotor für die Frequenzumwandlung.
Wenn die Drehzahl unter 25 % der Synchrondrehzahl liegt, verwenden Sie einen Motor mit vollständiger Zwangskühlung. Das heißt, ein Vektor-Spezialmotor.
Die durch verschiedene Frequenzumwandlungssteuerungsmethoden gesteuerte Geschwindigkeit ist unterschiedlich.
Der durch die U/F-Steuerungsmethode gesteuerte Geschwindigkeitsbereich beträgt 150–1470 m/min; Der Geschwindigkeitsbereich, der durch Vektorsteuerung ohne Geschwindigkeitssensor und direkte Drehmomentsteuerung gesteuert wird, beträgt 60–1500 m/min. Der Geschwindigkeitsbereich wird durch Vektorsteuerung mit Geschwindigkeitssensor und direkter Drehmomentsteuerung gesteuert, der Bereich der Steuergeschwindigkeit beträgt 5-1500 m/min und die Betriebsstabilität bei 5 m/min ist nicht sehr gut.
Nach der Einführung des Frequenzumrichters kann der Motor bei sehr niedriger Frequenz und Spannung ohne Einschaltstrom gestartet werden und kann für schnelles Bremsen verschiedene vom Frequenzumrichter bereitgestellte Bremsmethoden nutzen.
Dadurch werden Bedingungen für häufiges Starten und Bremsen geschaffen, sodass das mechanische System und das elektromagnetische System des Motors der Einwirkung einer zyklischen Wechselkraft ausgesetzt sind.
Dies bringt Ermüdungs- und beschleunigte Alterungsprobleme für die mechanische Struktur und die Isolationsstruktur mit sich.
Die FM-Technologie erfordert drei Hauptaspekte des Motors: Isolationsgrad, Zwangskühlung und Rotorlager.
Wird die Drehzahl über die Grundfrequenz hinaus nach oben geregelt, wird auch die mechanische Festigkeit der Motorstruktur berücksichtigt.
Abschluss
Der Wirkungsgrad und der Temperaturanstieg des Motors sind bei Wechselrichterantrieb etwa 10 % höher und der Temperaturanstieg ist etwa 20 % geringer, insbesondere im Niederfrequenzbereich der Vektorsteuerung oder der direkten Drehmomentsteuerung.
Der Umrichtermotor eignet sich besser als der normale Motor für Situationen, in denen häufiges Starten, Drehzahlregulieren und Bremsen erforderlich ist.
In Bezug auf elektromagnetische Geräusche und Vibrationen sind Umrichtermotoren geräuschärmer und elektromagnetischer Vibrationen unterlegen als herkömmliche Motoren, wenn sie über Umrichter angetrieben werden.
Da der Umrichtermotor für den Umrichterantrieb ausgelegt ist, kann er größeren Spannungsänderungen standhalten und die Isolationsfestigkeit des Umrichtermotors ist höher.
Insbesondere im DTC-Regelmodus ist es ein toller Test für die Isolationsfestigkeit des Motors.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass der Umrichtermotor über eine zusätzliche Wärmeableitung verfügt (Zwangsbelüftung mit separaten Axialventilatoren).
Die Wärmeableitung bei Niederfrequenz, Gleichstrombremsung und einigen Spezialanwendungen ist viel besser als bei normalen Wechselstrom-Asynchronmotoren.
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