Este artículo trata sobre las características del motor inversor, la aplicación y el principio de control del motor inversor, se destacan las características de diseño y también se compara la aplicación del motor inversor con variador de frecuencia y el motor común.
Palabras clave
Tecnología de control de velocidad de CA; inversor; velocidad variable continua; nivel de aislamiento; control de vectores; control directo de par, motor eléctrico, motor VFD, fabricante
Introducción
Con el rápido desarrollo de la electrónica de potencia y los nuevos dispositivos semiconductores, la tecnología de control de velocidad de CA se ha mejorado y mejorado continuamente, y los inversores se usan ampliamente en motores de CA por su buena forma de onda de salida y su excelente relación rendimiento-precio.
Por ejemplo: acerías para laminación de motores grandes y motores de rodillos medianos y pequeños, ferrocarriles y tránsito ferroviario urbano con motores de tracción, motores elevadores, motores elevadores para equipos elevadores de contenedores, bombas y ventiladores con motores, compresores, electrodomésticos con motores, etc. han estado utilizando motores de CA de velocidad variable con variadores de frecuencia y lograron buenos resultados.
El uso de un motor de velocidad de frecuencia variable de CA en lugar de un motor de velocidad de CC tiene ventajas significativas.
(1) simple y fácil de ajustar la velocidad, ahorrando energía.
(2) La estructura del motor de inducción de CA es simple, de tamaño pequeño, pequeña inercia, bajo costo, fácil mantenimiento y duradero.
3）Puede ampliar la capacidad, realizar operaciones de alta velocidad y alto voltaje.
4）Puede realizar un arranque suave y un frenado rápido.
5) Adaptabilidad ambiental fuerte, a prueba de explosiones y sin chispas.
En los últimos años, el dispositivo de transmisión de control de velocidad de conversión de frecuencia a una tasa de crecimiento anual del 13% al 16%, y ha reemplazado gradualmente la mayor parte de la tendencia del dispositivo de transmisión de control de velocidad de CC.
Como el motor asíncrono ordinario que funciona con fuente de alimentación de voltaje y frecuencia constante tiene grandes limitaciones cuando se aplica al sistema de control de velocidad de frecuencia variable, por esta razón, se ha diseñado el motor eléctrico de CA de frecuencia variable especial diseñado de acuerdo con el uso de la ocasión y los requisitos de uso. desarrollado.
Hay principalmente motores inversores para reducir el ruido y las vibraciones, motores inversores con características mejoradas de par a baja velocidad, motores inversores de alta velocidad, motores con generadores de medición de velocidad y motores inversores controlados por vectores.
Las principales características y principio de control del motor de conversión de frecuencia.
El motor especial de conversión de frecuencia tiene las siguientes características.
(1) Diseño de aumento de temperatura de nivel B, fabricación de aislamiento de nivel F.
Al adoptar material aislante de polímero y un proceso de fabricación de pintura por inmersión a presión al vacío y una estructura de aislamiento especial, la resistencia al voltaje de aislamiento del devanado eléctrico y la resistencia mecánica mejoran enormemente, lo que es capaz de operar el motor a alta velocidad y resistir el impacto de la corriente de alta frecuencia del inversor y Daños por tensión en el aislamiento.
(2) alta calidad de equilibrio, nivel de vibración R (nivel de reducción de vibración) precisión de procesamiento de piezas mecánicas
El uso de rodamientos especiales de alta precisión puede funcionar a alta velocidad en la velocidad del motor.
(3) sistema de ventilación forzada y disipación de calor, todos utilizando ventiladores axiales importados ultrasilenciosos, de alta duración y con fuerte viento.
Para proteger el motor a cualquier velocidad, obtenga una disipación de calor efectiva, puede lograr una operación a largo plazo de alta o baja velocidad.
4）En comparación con el motor de conversión de frecuencia tradicional,
con un rango más amplio de regulación de velocidad y una mayor calidad de diseño, por el diseño de campo magnético especial, para suprimir aún más el campo magnético armónico alto, para cumplir con el índice de diseño de frecuencia amplia, ahorro de energía y bajo nivel de ruido.
5）Con una amplia gama de características de regulación de velocidad de potencia y par constante, regulación de velocidad suave, sin pulsación de par.
Con todo tipo de convertidores de frecuencia, tiene una buena coincidencia de parámetros, con control vectorial, puede realizar par máximo de velocidad cero, par alto de baja frecuencia y control de velocidad de alta precisión, control de posición y control de respuesta dinámica rápida.
(6) El motor especial de conversión de frecuencia puede equiparse con frenos y codificadores,
para obtener un estacionamiento preciso y realizar un control de velocidad de alta precisión mediante un control de velocidad de circuito cerrado.
Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.
(7) El motor inversor tiene buena versatilidad,
su tamaño de instalación se ajusta al estándar IEC y es intercambiable con motores estándar generales.
La velocidad del motor asíncrono es proporcional a la frecuencia cuando la velocidad de rotación no cambia mucho, por lo que cambiar la frecuencia de la fuente de alimentación puede cambiar la velocidad del motor asíncrono.
En la regulación de frecuencia, se espera que el flujo principal permanezca constante.
Si el flujo principal es mayor que el flujo en funcionamiento normal, el circuito magnético se sobresaturará y la corriente de excitación aumentará y el factor de potencia se reducirá.
Si el flujo principal es menor que el flujo en funcionamiento normal, se reducirá el par del motor.
A principios del siglo XXI, el inversor utilizado adopta principalmente el modo AC-DC (conversión de frecuencia VVVF o conversión de frecuencia de control vectorial), que primero convierte la fuente de alimentación de CA en energía de CC a través del rectificador y luego convierte la energía de CC en frecuencia y Voltaje.
La fuente de alimentación de CC se convierte en alimentación de CC mediante un rectificador y luego en alimentación de CA con frecuencia y voltaje controlados para alimentar el motor trifásico.
El circuito del inversor generalmente consta de cuatro partes: rectificador, enlace de CC intermedio, inversor y control.
El rectificador es un rectificador no controlado de tipo puente trifásico, el inversor es un inversor tipo puente trifásico IGBT con salida de forma de onda PWM, y el enlace de CC intermedio es para filtrar, almacenar energía de CC y amortiguar la potencia reactiva.
Motor VFD: aplicación de motor de conversión de frecuencia
El motor de conversión de frecuencia se ha convertido en el programa de control de velocidad principal y puede usarse ampliamente en todos los ámbitos de la vida en la transmisión continua de velocidad variable.
Especialmente con la aplicación cada vez más extendida del inversor en el campo del control industrial, el uso del motor inversor se está expandiendo cada vez más, debido a la superioridad del motor inversor en el control de frecuencia en comparación con el motor ordinario, donde se utiliza el inversor hay motor inversor.
Los beneficios sociales de los dispositivos inversores de alto voltaje nacionalizados son significativos, principalmente el ahorro de energía, el ahorro de recursos y la reducción de la contaminación ambiental.
Elimine el choque de arranque del motor de CA y el impacto en la red eléctrica, y reduzca la tasa de fallas del motor eléctrico y el equipo.
Mejorar la precisión del control y el grado de automatización.
Los beneficios económicos del control de velocidad de conversión de frecuencia son notables.
Para bombas y ventiladores centrífugos, el flujo de fluido es proporcional al lado primario de la velocidad, el par es proporcional al lado secundario de la velocidad y la potencia es proporcional al lado terciario de la velocidad, la velocidad disminuye y el consumo de energía del motor disminuye. en tres direcciones, por lo que el efecto de ahorro de energía del control de velocidad de conversión de frecuencia es muy significativo.
Si el caudal disminuye, la velocidad de rotación disminuye, la corriente disminuye y el consumo de energía del motor disminuye, lo que en teoría ahorra energía.
Si el uso original de compuertas, regulación de válvula, el caudal disminuye, la altura de presión aumenta, la potencia del motor disminuye, de modo que la regulación de velocidad de frecuencia variable que las compuertas, regulación de tipo válvula ahorra energía.
Además del ahorro de energía y la eficiencia, para diferentes cargas, existen algunos beneficios económicos indirectos, principalmente se puede mejorar el factor de potencia, para lograr un arranque suave, reducir el par de arranque y causar daños eléctricos y mecánicos al motor, suave, estable y alto. control de precisión.
En el siglo XXI, el control de velocidad de frecuencia variable se ha convertido en el programa de control de velocidad principal y puede usarse ampliamente en todos los ámbitos de la vida en la transmisión continua de velocidad variable.
Características de diseño de motores de frecuencia variable.
3.1 Diseño electromagnético
Los principales parámetros de rendimiento considerados en el diseño de motores asíncronos ordinarios son la capacidad de sobrecarga, el rendimiento de arranque, la eficiencia y el factor de potencia.
En cuanto al motor inversor, ya que la tasa de reducción crítica es inversamente proporcional a la frecuencia de la fuente de alimentación.
Se puede iniciar directamente cuando la tasa de reducción crítica esté cerca de 1.
Por lo tanto, la capacidad de sobrecarga y el rendimiento de arranque ya no necesitan mucha consideración, y la cuestión clave a resolver es cómo mejorar la adaptabilidad del motor a la fuente de alimentación no sinusoidal.
El diseño electromagnético se centra en los siguientes aspectos:
1) Reducir la resistencia del estator y del rotor tanto como sea posible; reducir la resistencia del estator puede reducir el consumo fundamental de cobre para compensar el aumento en el consumo de cobre causado por los altos armónicos.
2) Para suprimir los armónicos altos en la corriente, es necesario aumentar adecuadamente la inductancia del motor de CA.
Pero la resistencia a las fugas en las ranuras del rotor es mayor, su efecto superficial también es mayor y el consumo de cobre de armónicos elevados también aumenta.
Por lo tanto, el tamaño de la reactancia de fuga del motor debe tener en cuenta la razonabilidad de la adaptación de impedancia en todo el rango de velocidades.
3) El circuito magnético principal del motor inversor generalmente está diseñado para estar insaturado, uno es considerar que los armónicos altos profundizarán la saturación del circuito magnético y el otro es considerar que a baja frecuencia, el voltaje de salida del inversor debe aumentarse adecuadamente. para mejorar el par de salida.
3.2 Diseño de estructura
El diseño de la estructura también considera principalmente el impacto de las características de potencia no sinusoidales en la estructura de aislamiento del motor inversor, la vibración, el modo de enfriamiento del ruido, etc., generalmente presta atención a los siguientes temas.
(1) nivel de aislamiento, generalmente nivel F o superior, para fortalecer el aislamiento a tierra y la resistencia del aislamiento de giro de línea, especialmente para considerar la capacidad del aislamiento para soportar voltaje de choque.
(2) La vibración y el ruido del motor, debemos considerar completamente la rigidez de los componentes del motor y el conjunto, y hacer todo lo posible para mejorar su frecuencia inherente para evitar el fenómeno de resonancia con cada onda de fuerza.
(3) Método de enfriamiento: generalmente use enfriamiento por ventilación forzada, es decir, el ventilador de enfriamiento del motor principal es impulsado por un motor independiente.
(4) Medidas para evitar la corriente del eje, deben adoptarse medidas de aislamiento de los cojinetes para motores con una capacidad superior a 160 KW.
Principalmente, es fácil producir asimetría en el circuito magnético, lo que también producirá corriente en el eje.
Cuando las corrientes producidas por otros componentes de alta frecuencia se combinan, la corriente del eje aumentará considerablemente, lo que provocará daños en los rodamientos, por lo que se deben tomar medidas de aislamiento en general.
5）Para motores de frecuencia variable de potencia constante, cuando la velocidad supera los 3000/min, se debe usar grasa especial con resistencia a altas temperaturas para compensar el aumento de temperatura del rodamiento.
La diferencia entre el motor inversor y el motor ordinario.
La mayoría de los motores ordinarios domésticos solo pueden funcionar bajo la condición de AC380V/50HZ, los motores ordinarios pueden reducir o aumentar la frecuencia de uso.
Pero el rango no puede ser demasiado grande, de lo contrario, el motor se calentará o incluso se quemará. Los motores inverter se pueden usar a cualquier velocidad dentro de su rango de velocidad y el motor no se dañará.
En general, en un motor de inducción de conversión de frecuencia con una carga nominal del 100% en el rango de velocidad nominal del 10% al 100% en funcionamiento continuo, el aumento de temperatura no excederá el valor estándar permitido del motor.
La mayor parte de la disipación de calor de los motores comunes es del tipo autoenfriamiento por aire, y la disipación de calor del motor depende de la agitación de los dos impulsores al final del motor.
Cuando la velocidad del motor es baja, la disipación de calor del motor se convierte en un problema.
En comparación con los motores normales, el precio de los motores inversores no es mucho más caro y las ventajas son obvias.
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.
Por encima de 3000 r/min, se debe utilizar grasa especial con resistencia a altas temperaturas para compensar el aumento de temperatura de los rodamientos.
Carga de par secundaria, cuando se reduce la velocidad, el par también se reduce y la generación de calor también se reduce, adecuado para la selección de motor ordinario para conversión de frecuencia, en la velocidad real no es inferior al 40% de la velocidad sincrónica a utilizar.
Otras cargas, cuando funcionan a una velocidad síncrona del 60% o más, utilizan motores comunes.
Cuando funcione a una velocidad síncrona del 25% al 60%, utilice un motor asíncrono trifásico tipo jaula inversor de refrigeración forzada externa, es decir, un motor especial para conversión de frecuencia.
Cuando la velocidad sea inferior al 25% de la velocidad síncrona, utilice un motor de refrigeración completamente forzada. Es decir, motor especial vectorial.
La velocidad controlada por diferentes métodos de control de conversión de frecuencia es diferente.
El rango de velocidad controlado por el método de control U/F es de 150-1470 m/min; el rango de velocidad controlado por control vectorial sin sensor de velocidad y control de par directo es de 60-1500 m/min; el rango de velocidad controlado por control vectorial con sensor de velocidad y control de par directo, el rango de velocidad de control es de 5-1500 m/min y la estabilidad de operación a 5 m/min no es muy buena.
Después de adoptar el convertidor de frecuencia, el motor se puede arrancar a frecuencia y voltaje muy bajos sin corriente de entrada, y puede usar varios métodos de frenado suministrados por el convertidor de frecuencia para un frenado rápido.
lo que crea las condiciones para un arranque y frenado frecuentes, por lo que el sistema mecánico y el sistema electromagnético del motor están bajo la acción de una fuerza alterna cíclica,
lo que trae problemas de fatiga y envejecimiento acelerado a la estructura mecánica y a la estructura aislante.
La tecnología FM requiere tres aspectos principales del motor: nivel de aislamiento, refrigeración forzada y cojinetes del rotor.
Si la velocidad se regula hacia arriba más allá de la frecuencia fundamental, también se considera la resistencia mecánica de la estructura del motor.
Conclusión
La eficiencia y el aumento de temperatura del motor serán aproximadamente un 10% mayores en el accionamiento del inversor, y el aumento de temperatura será aproximadamente un 20% menor, especialmente en la región de baja frecuencia del control vectorial o control directo de par.
El motor inversor es mejor que el motor normal para las ocasiones que necesitan arranque, regulación de velocidad y frenado frecuentes.
En términos de ruido electromagnético y vibración, los motores inversores tienen menos ruido y menos vibración electromagnética que los motores normales cuando son accionados por un inversor.
Dado que el motor inversor está diseñado para accionamiento inversor, puede soportar cambios de voltaje más grandes y la resistencia del aislamiento del motor inversor es mayor.
Especialmente en el modo de control DTC, es una gran prueba para la resistencia del aislamiento del motor.
La principal diferencia es que el motor inversor tiene una disipación de calor adicional (ventilación forzada con ventiladores axiales separados).
La disipación de calor en baja frecuencia, frenado de CC y algunas aplicaciones especiales es mucho mejor que la de los motores asíncronos de CA normales.
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