מנוע חשמלי מבוקר מהפך, כמה תדר ניתן לכוון?

כולנו יודעים שממיר התדרים היא טכנולוגיה שיש לשלוט בה בעבודות חשמל, ושימוש בממיר תדר לשליטה במנועים היא שיטה נפוצה בבקרה חשמלית; חלקם גם דורשים מיומנות.

היום נסכם ונארגן ידע רלוונטי עם הידע המצומצם שלנו. התוכן אולי חוזר על עצמו, אבל המטרה היא לשתף את כולם ביחסים הנפלאים בין ממירי תדר למנועים.

קודם כל, למה להשתמש בממיר תדרים כדי לשלוט במנוע?

תחילה נבין בקצרה את שני המכשירים הללו.

המנוע הוא עומס אינדוקטיבי המונע שינויים בזרם. במהלך ההפעלה, זה ייצור שינוי גדול בזרם.

ממיר תדרים הוא מכשיר המשתמש בפעולת הדלקה-כיבוי של התקני מוליכים למחצה מתח כדי להפוך את תדר אספקת החשמל לתדר אחר של אנרגיה חשמלית למטרות בקרה. הוא מורכב בעיקר משני חלקים: המעגל הראשי (מודול מיישר, קבל אלקטרוליטי ומודול מהפך) ומעגל הבקרה (החלפת לוח אספקת חשמל ומעגל בקרה).

על מנת להפחית את זרם ההתנעה של המנוע החשמלי, במיוחד עבור מנועים בעלי הספק גבוה יותר, ככל שההספק עולה, כך עולה גם זרם ההתנעה. זרם התנעה מוגזם יכול להביא לעומס גדול יותר על רשת חלוקת החשמל. עם זאת, ממיר תדרים יכול לפתור בעיה זו על ידי מתן הפעלה חלקה מבלי לגרום לזרמי התנעה מוגזמים.

פונקציה נוספת של שימוש בממיר תדרים היא ויסות מהירות למנועים. במקרים רבים, שליטה במהירות המנוע נחוצה כדי להשיג יעילות ייצור טובה יותר. ממירי תדר תמיד היו ידועים ביכולתם לווסת מהירות על ידי שינוי תדר המקור.

מהן שיטות הבקרה של ממירי תדרים?

חמש הדרכים הנפוצות ביותר לשליטה במנועים עם ממירי תדר הן כדלקמן:

מתח נמוך למטרות כלליות של ממיר תדרים מתח המוצא הוא 380-650V, הספק המוצא הוא 0.75-400kW, תדר הפעולה הוא 0-400Hz, והמעגל הראשי שלו מאמץ מעגל AC-DC-AC. שיטת השליטה שלו עברה ארבעה דורות.

שיטת בקרת רוחב פעימה סינוסואידית (SPWM) עם U/f=C

המאפיינים שלו הם מבנה מעגל בקרה פשוט, עלות נמוכה, קשיות מכנית טובה, ויכולים לעמוד בדרישות ויסות המהירות החלק של שידור כללי. נעשה בו שימוש נרחב בתעשיות שונות.

עם זאת, בתדרים נמוכים, בשל מתח המוצא הנמוך יותר וההשפעה המשמעותית של המומנט על ירידת התנגדות הסטטור, מומנט המוצא המרבי יורד.

בנוסף, המאפיינים המכניים שלו אינם קשים כמו מנועי DC אחרי הכל.

יכולת המומנט הדינמית וביצועי ויסות המהירות הסטטי אינם מספקים עדיין. גם ביצועי המערכת אינם גבוהים; עקומת הבקרה תשתנה עם שינויי עומס; תגובת המומנט איטית; שיעור ניצול מומנט המנוע אינו גבוה; הביצועים יורדים במהירויות נמוכות עקב התנגדות הסטטור והשפעות של אזורים מתים של המהפך בזמן שהיציבות מתדרדרת וכו'. לכן אנשים חקרו ויסות מהירות בתדר משתנה מבוקר וקטור.

שיטת הבקרה של Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM).

הוא מבוסס על השפעת היצור הכוללת של צורת גל תלת פאזי, במטרה לקרב את מסלול השדה המגנטי המסתובב המעגלי האידיאלי של מרווח האוויר המנוע. הוא יוצר צורת גל אפנון תלת פאזי ושולט בו על ידי קירוב מעגל באמצעות מצולע רשום.

לאחר שימוש מעשי, בוצעו שיפורים על ידי הצגת פיצוי תדרים לביטול שגיאות בקרת מהירות; הערכת משרעת השטף באמצעות משוב כדי לבטל את השפעת התנגדות הסטטור במהירויות נמוכות; וסגירת לולאות למתח פלט וזרם לשיפור הדיוק והיציבות הדינמיים.

עם זאת, ישנם קישורי מעגל בקרה רבים, התאמת מומנט לא הוצגה, כך שביצועי המערכת לא שופרו מהותית.

שיטת בקרת וקטור (VC).

השיטה של ​​ויסות מהירות תדר משתנה בבקרת וקטור היא להמיר את זרמי הסטטור Ia, Ib, Ic של מנועים אסינכרוניים לזרמי AC דו-פאזיים Ia1Ib1 תחת מערכות קואורדינטות נייחות באמצעות טרנספורמציה תלת-פאזי-לדו-פאזי. לאחר מכן הם עוברים טרנספורמציה לזרמי DC Im1 ו-It1 תחת מערכות קואורדינטות מסתובבות סינכרוניות באמצעות טרנספורמציה של סיבוב כיוון שדה הרוטור (כאשר Im1 מתאים לזרם עירור במנועי DC; It1 מתאים לזרם האבזור פרופורציונלי למומנט). כמות הבקרה של מנועי DC מתקבלת על ידי חיקוי שיטות הבקרה שלהם. לאחר ביצוע טרנספורמציות קואורדינטות הפוכות תואמות, ניתן להשיג שליטה מוטורית אסינכרונית.

למעשה, מנועי AC שווים למנועי DC ובקרה עצמאית מיושמת בנפרד עבור רכיבי מהירות ושדה מגנטי. על ידי שליטה בשטף הרוטור תחילה ואז פירוק זרם הסטטור לרכיבי מומנט ושדה מגנטי ולאחר מכן בקרה אורתוגונלית או מנותקת באמצעות טרנספורמציות קואורדינטות. ההצעה של שיטת בקרת וקטור הייתה מהפכנית אך קשה בפועל עקב קשיים בהתבוננות מדויקת בשטף הרוטור אשר משפיע מאוד על מאפייני המערכת וכן טרנספורמציות מורכבות של סיבוב וקטור המשמשות במהלך בקרות מנוע DC מקבילות, מה שהופך את התוצאות בפועל לקשות והשגת תוצאות אנליטיות אידיאליות.

השיטה הספציפית היא:

לשלוט על השטף המגנטי של הסטטור על ידי הכנסת צופה שטף מגנטי של סטטור כדי להשיג שליטה ללא חיישן;

זיהוי אוטומטי (ID) מסתמך על מודלים מתמטיים מדויקים של המנוע לזיהוי אוטומטי של פרמטרים מנועיים;

חשב מומנט בפועל, השטף המגנטי של הסטטור ומהירות הרוטור בזמן אמת על סמך ערכים בפועל התואמים לעכבת הסטטור, השראות הדדית, גורמי רוויה מגנטיים, אינרציה וכו';

ממש בקרת Band-Band על ידי הפקת אותות PWM בהתאם לשטף המגנטי והמומנט לשליטה במצב המיתוג של המהפך.

לממיר תדר AC מסוג מטריקס יש תגובת מומנט מהירה (<2ms), דיוק במהירות גבוהה (±2%, ללא משוב PG), דיוק מומנט גבוה (<+3%); במקביל, יש לו גם מומנט התחלה גבוה יותר ודיוק מומנט גבוה, במיוחד במהירויות נמוכות (כולל מהירות 0), הוא יכול להפיק 150%~200% מהמומנט המדורג.

כיצד ממיר התדרים שולט במנוע? איך הם מחוברים יחד?

חיווט ממיר התדרים לשליטה במנוע הוא פשוט יחסית, בדומה לחיווט מגע. שלושה חוטי אספקת חשמל עיקריים מחוברים ואז יוצאים אל המנוע. עם זאת, ישנן דרכים שונות לשליטה בממיר התדרים.

ראשית, בואו נסתכל על חיבורי המסוף של ממיר התדרים. למרות שישנם מותגים רבים ושיטות חיווט שונות לממירי תדרים, לרובם יש חיבורי טרמינלים דומים. הם כוללים בדרך כלל כניסות מתג לסיבוב קדימה ואחורה המשמשים לשליטה בהתנעה והיפוך של מנועים; מסופי משוב המשמשים לספק משוב על מצב הפעלה כגון תדר ריצה, מהירות, מצב תקלה וכו'; בקרות הגדרת מהירות שניתן לכוונן באמצעות פוטנציומטרים או כפתורים בהתאם לסוגים שונים של ממירים.

ניתן להשיג שליטה באמצעות חיווט פיזי או רשתות תקשורת. כונני תדר משתנה רבים תומכים כעת בבקרת תקשורת, המאפשרים הפעלה/עצירה של המנוע, סיבוב קדימה/אחור, התאמת מהירות ומידע משוב לעבור דרך קו התקשורת.

כאשר מהירות הסיבוב (תדירות) המנוע משתנה, מה קורה למומנט המוצא שלו?

מומנט ההתחלה והמומנט המרבי כאשר מונעים על ידי ממיר תדרים צריכים להיות קטנים יותר מאשר כאשר מונעים ישירות על ידי חשמל רשת.

כאשר המנוע מופעל באמצעות חשמל, ישנה השפעה גדולה על התנעה והאצה. עם זאת, כאשר מופעל על ידי ממיר תדרים, ההשפעות הללו חלשות יותר. התנעה ישירה בתדר החשמל תייצר זרם התנעה גדול. בעת שימוש בממיר תדר, מתח המוצא והתדר של הממיר מתווספים בהדרגה למנוע, כך שזרם ההתנעה וההשפעה על המנוע קטנים יותר.

בדרך כלל, ככל שהתדירות יורדת (המהירות יורדת), מומנט שנוצר על ידי המנוע יורד גם הוא. ניתן למצוא את הנתונים בפועל עבור ירידה זו במדריכים מסוימים עבור ממירי תדרים.

על ידי שימוש בשיטת בקרת וקטור עם מהפך בקרת שטף מגנטי, זה יכול לשפר מומנט לא מספיק במהירות נמוכה של מנועים כך שגם במהירויות נמוכות ניתן להפיק מומנט מספיק.

בעת התאמה לתדרים גדולים מ-50Hz עם כונן בתדר משתנה (VFD), מומנט המוצא של המנוע יקטן.

מנועים קונבנציונליים מתוכננים ומיוצרים לפי תקני מתח 50Hz; המומנטים הנקובים שלהם ניתנים גם הם בטווח מתח זה. לכן, ויסות מהירות מתחת לתדרים מדורגים נקרא ויסות מהירות מומנט קבוע (T=Te,P<=Pe).

מכיוון שתדרי מוצא VFD עולים על 50Hz, הקשר הליניארי בין מומנטים המופקים ממנועים מצטמצם באופן פרופורציונלי עם הגדלת התדרים.

כאשר פועל במהירויות מעל 50Hz, יש לקחת בחשבון למנוע התרחשות מומנטים לא מספקים של מוצא עקב גודל העומס על מנועים חשמליים.

לדוגמה, המומנט המופק של מנוע חשמלי הפועל ב-100 הרץ יקטן בכמחצית בהשוואה למומנט המופק בזמן עבודה ב-50 הרץ.

לכן, ויסות מהירות מעל תדרים מדורגים נקרא ויסות מהירות הספק קבוע (P=Ue*Ie).

יישום ממיר תדרים מעל 50Hz

כידוע, עבור מנוע ספציפי, המתח והזרם המדורג שלו קבועים.

אם הערכים הנקובים של ממיר התדרים והמנוע הם 15kW/380V/30A, המנוע יכול לפעול בתדרים מעל 50Hz.

כאשר המהירות היא 50Hz, מתח המוצא של ממיר התדרים הוא 380V והזרם הוא 30A. אם נעלה את תדר המוצא ל-60Hz, אזי מתח המוצא והזרם המרביים של ממיר התדרים עדיין יהיו רק 380V/30A. ברור, מכיוון שהספק המוצא נשאר ללא שינוי, זה נקרא ויסות מהירות הספק קבוע.

מה לגבי מומנט במקרה זה?

מכיוון ש-P=wT (P: כוח; w: מהירות זוויתית; T: מומנט), אם P נשאר קבוע אבל w גדל, אז T יקטן בהתאם.

אנחנו יכולים להסתכל על זה גם מנקודת מבט אחרת:

מתח הסטטור U=E+I*R (I: זרם; R: התנגדות חשמלית; E: כוח חשמלי מושרה) של מנוע,

ניתן לראות שכאשר U ואני נשארים ללא שינוי, גם E נשאר ללא שינוי.

ו-E=kוX (k: קבוע; f: תדר; X: שטף מגנטי). לכן כאשר f משתנה מ-50-->60Hz,X יורד בהתאם.

עבור מנוע, T=KאניX(K: קבוע; I: זרם; X: שטף מגנטי). לכן ככל שהשטף המגנטי X יורד, גם T יקטן בהתאם.

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-->המומנט המרבי נשאר ללא שינוי).

סיכום: כאשר תדר המוצא של ממיר תדרים עולה מלמעלה מ-50Hz, מומנט המוצא של המנוע יקטן.

גורמים נוספים הקשורים למומנט הפלט

יכולת החימום והקירור קובעת את יכולת זרם המוצא של המהפך, ובכך משפיעה על יכולת מומנט המוצא של המהפך.

תדר הספק: הזרם הנקוב שמצוין על ידי ממירים כלליים מבוסס על הערך שניתן להפיק באופן רציף בתדר הנשא הגבוה ביותר ובטמפרטורת הסביבה הגבוהה ביותר. הפחתת תדר הנשא לא תשפיע על זרם המנוע. עם זאת, חימום הרכיבים יקטן.

טמפרטורת סביבה: בדיוק כמו הגדלת ערך זרם ההגנה של המהפך כאשר זיהוי טמפרטורת סביבה נמוכה היא מיותרת.

גוֹבַה: הגדלת הגובה משפיעה הן על פיזור החום והן על ביצועי הבידוד. בדרך כלל, ניתן להתעלם ממנו מתחת ל-1000 מטר, והפחתת קיבול של 5% ל-1000 מטר מעל רמה זו מספיקה.

כיצד להתאים את תדר המנוע הנשלט על ידי כונן תדר משתנה?

בסיכום לעיל, למדנו מדוע יש צורך להשתמש בכונן תדר משתנה כדי לשלוט במנוע וכיצד הוא פועל. ניתן לסכם את השליטה במנוע על ידי כונן התדר המשתנה בשתי נקודות: ראשית, שליטה במתח התנעה ותדירות המנוע באמצעות כונן התדר המשתנה כדי להשיג התחלה ועצירה חלקה; שנית, התאמת מהירות המנוע על ידי שינוי התדר שלו באמצעות כונן תדר משתנה.

עלתה שאלה מעשית על ידי גולשים ברשת: מהו התדר הנמוך ביותר שניתן לכוונן בעת ​​שליטה במנוע רגיל עם כונן תדר משתנה? נכון לעכשיו, הוא הותאם ל-60Hz והמנהיג ביקש ממני להמשיך ולהגדיל את מספר ה-Hz. התכנון הוא להתאים אותו ל-100Hz. מישהו אי פעם התאים אותו ל-100Hz? (במצבים דומים, אילו גורמים יש לקחת בחשבון?)

בוא נראה איך מגיבים גולשים ברשת:

Netizen lpl53: הגענו ל-200HZ במכונות כביסה תעשייתיות, אך הזרם אינו גבוה.

Netizen26584: המנוע של מכונת השחזה הוא בדרך כלל בין 100-110 ...

Netizen 82252031: אם יש מספיק כוח ואין זרם מוגזם במנוע, זה יכול לעבוד. עם זאת, יש לשים לב למדידת הטמפרטורה של מיסבי המנוע, רעש חריג ורעידות. מנוע אחד מונע בתדר משתנה פועל ב-70-80Hz במשך זמן רב; קל לנסות מנועים עם שישה קוטבים בעוד שמנועים דו-קוטביים דורשים זהירות.

Netizen fsjnzhouyan: זה תלוי באיכות של יריעות פלדת סיליקון המשמשות במנועים. במקרים קודמים של שימוש, בדרך כלל לא היו בעיות עד סביבות 85Hz; עם זאת מנועים רבים אינם יכולים להגיע למהירות המדורגת שלהם לאחר כוונון עד 90Hz עקב רוויה מגנטית.

Netizen ZCMY: עדיף שתחליף את מיסבי המנוע שלך במיסבים מהירים. בדקו גם רעידות וודאו שהן מתאימות לעומסים כמו מאווררים או משאבות מים.

Netizen mengx9806: פעם כיוונתי את זה עד 1210HZ באמצעות כונן תדר משתנה מסדרת המכונות החשמליות A1000 של Dongyuan, שפעל ללא בעיות במשך שנתיים ברציפות מבלי שהתרחשו בעיות גדולות למרות שבעיות קלות עלולות להתעורר אם משהו ישתבש.

Netizen 68957：ניסיתי להתאים אותו עד 180, אבל הוא פעל רק לזמן קצר.

Netizen 1531214350: תיקנתי בעבר מכונות כביסה והמנוע היה רגיל. הוא פעל ב-150HZ במהלך ייבוש ספין.

יא דה יא: אם התדר של מנוע רגיל גבוה מהתדר הנקוב שלו ב-20%, אזי הפרש המהירות יגדל; ככל שהתדר גדל, כך גדל גם הבדל המהירות הזה.

Netizen kdrjl: נראה שעדיין יש מעט מדי הבנה לגבי המבנה הבסיסי והשימוש במנועי אינדוקציה AC. מגבלת המהירות הגבוהה ביותר לוויסות מנועי אינדוקציה אינה נמצאת בכוננים בתדר משתנה. באופן כללי, כוננים בתדר משתנה רגיל פועלים בתדרים שאינם נמוכים מ-400Hz במצב V/F (לדוגמה, כונן תדר משתנה של סימנס פועל ב-600Hz). עבור בקרת וקטור, מגבלת תדר ההפעלה המקסימלית היא 200-300Hz בעוד לבקרת סרוו יש מגבלות גבוהות עוד יותר. לכן, אם אתה רוצה לווסת את מהירות מנוע האינדוקציה שלך עד 100Hz באמצעות כונן בתדר משתנה, אין מכשולים טכניים או ספקות בעניין זה.

המבנה המכני של רוטור מנוע אינדוקציה - כמו מבנה הכלוב שלו - קובע את החוזק המכני שלו הקשור למהירות הסיבוב המקסימלית של התכנון שלו; ככל שהוא מסתובב מהר יותר, הכוח הצנטריפוגלי הופך להיות גדול יותר. לכן, הוא בדרך כלל עונה על מפרטי התכנון המבוססים על מהירויות הסיבוב המקסימליות שלהם, והחוזקות המכאניות שלהם לא יכולות להיות גדולות לאין שיעור. למיסבי הרוטור יש גם מגבלת סיבוב מקסימלית. אז כאשר רצים מעבר לערכים אלו, עליך להבין מהן המגבלות הללו ולהחליף אותם במיסבים מהירים במידת הצורך.

לבסוף, איתור באגים והגדרת האיזון הדינמי של הרוטור לא יעלו על הפרמטרים המיועדים ליצרן.

לסיכום, בעת ויסות מהירות של מנוע אינדוקציה באמצעות יישום כונן בתדר משתנה העולה על 100 הרץ, חשוב תחילה להתייעץ עם היצרנים האם ניתן לעשות זאת או לבקש מנועים מותאמים במקום זאת, כדי להבטיח אמינות בתנאים מהירים. להחליט לא לעבור דרך יצרנים, תחילה עליך לקבוע את מבחן האיזון הדינמי של הרוטור ולאחר מכן לאשר את מהירות הסיבוב המרבית של המיסב.

אם הוא חורג מערך זה, עליך להחליף אותם במיסבים מהירים שיכולים לעמוד בדרישות באתר. אתה גם צריך לשקול בעיות של פיזור חום.

לבסוף, בהתבסס על הניסיון, מנועי אינדוקציה עם הספק מתחת ל-100kW צריכים להיות מתאימים יחסית להפעלה בתדרים בטווח של 100Hz; עם זאת, אלה העולים על 100kW מותאמים בצורה הטובה ביותר במקום לבחור מוצרים רגילים לשימוש כללי.

Netizen lvpretend: זה תלוי בעיקר במנוע עצמו. אם במקור מדובר במנוע דו-קוטבי עם הספק גבוה, יש לנקוט זהירות. מכונות כביסה תעשייתיות הן דוגמאות לפעולה תכופה של מהירות יתר, אך המהירויות הנקובות שלהן בדרך כלל נמוכות - בעיקר מנועים בעלי שישה קוטבים. ראיתי מנועים עם ארבעה קוטבים מגיעים עד 120 הרץ.

מידע נוסף, אנא צור קשר עם יצרן מנועים חשמליים מקצועי - מנוע דונגצ'ון סין ישירות