Questo documento riguarda le caratteristiche del motore inverter, il principio di applicazione e di controllo del motore inverter, vengono evidenziate le caratteristiche di progettazione e inoltre viene confrontata l'applicazione del motore inverter con convertitore di frequenza e motore comune.
Parole chiave
Tecnologia di controllo della velocità CA; inverter; velocità variabile continua; livello di isolamento; controllo vettoriale; controllo diretto della coppia, motore elettrico, motore VFD, produttore
introduzione
Con il rapido sviluppo dell'elettronica di potenza e di nuovi dispositivi a semiconduttore, la tecnologia di controllo della velocità CA è stata continuamente migliorata e potenziata e gli inverter sono ampiamente utilizzati nei motori CA per la loro buona forma d'onda di uscita e l'eccellente rapporto prestazioni-prezzo.
Ad esempio: acciaierie per laminazione di motori di grandi dimensioni e motori a rulli medi e piccoli, ferrovie e trasporti ferroviari urbani con motori di trazione, motori di ascensori, motori di sollevamento per apparecchiature di sollevamento container, pompe e ventilatori con motore, compressori, elettrodomestici con motore, ecc. hanno utilizzato motori CA a velocità variabile con azionamenti a frequenza variabile e hanno ottenuto buoni risultati.
L'uso del motore a velocità variabile CA rispetto al motore a velocità CC presenta vantaggi significativi.
(1) semplice e facile regolare la velocità, risparmiando energia.
(2) La struttura del motore a induzione CA è semplice, di piccole dimensioni, con inerzia ridotta, basso costo, facile manutenzione, durevole.
3) Può espandere la capacità, realizzare operazioni ad alta velocità e ad alta tensione.
4）Può realizzare un avvio graduale e una frenata rapida.
5) Adattabilità ambientale antiscintilla, protetta contro le esplosioni e forte.
Negli ultimi anni, il dispositivo di trasmissione per il controllo della velocità con conversione di frequenza ha registrato un tasso di crescita annuo compreso tra il 13% e il 16% e ha gradualmente sostituito la maggior parte della tendenza dei dispositivi di trasmissione per il controllo della velocità CC.
Poiché il normale motore asincrono che funziona con frequenza e tensione di alimentazione costanti presenta grandi limitazioni quando applicato al sistema di controllo della velocità a frequenza variabile, per questo motivo è stato progettato lo speciale motore elettrico CA a frequenza variabile progettato in base all'uso dell'occasione e ai requisiti di utilizzo sviluppato.
Esistono principalmente motori inverter a bassa rumorosità e vibrazioni ridotte, motori inverter con caratteristiche di coppia a bassa velocità migliorate, motori inverter ad alta velocità, motori con generatori di misurazione della velocità e motori inverter a controllo vettoriale.
Le caratteristiche principali e il principio di controllo del motore a conversione di frequenza
Il motore speciale di conversione di frequenza ha le seguenti caratteristiche.
(1) Progettazione dell'aumento della temperatura di livello B, produzione di isolamento di livello F.
Adottando il materiale isolante polimerico, il processo di produzione della vernice per immersione sotto pressione e la speciale struttura isolante, la resistenza alla tensione di isolamento dell'avvolgimento elettrico e la resistenza meccanica sono notevolmente migliorate, consentendo il funzionamento ad alta velocità del motore e resistendo all'impatto della corrente ad alta frequenza dell'inverter e danni da tensione all'isolamento.
(2) elevata qualità di bilanciamento, livello di vibrazione R (livello di riduzione delle vibrazioni) precisione di lavorazione delle parti meccaniche
L'uso di cuscinetti speciali ad alta precisione può consentire un funzionamento ad alta velocità alla velocità del motore.
(3) sistema di ventilazione forzata e dissipazione del calore, il tutto utilizzando ventilatori assiali importati ultra silenziosi, di lunga durata e vento forte.
Per proteggere il motore a qualsiasi velocità, ottenere un'efficace dissipazione del calore, è possibile ottenere un funzionamento a lungo termine ad alta o bassa velocità.
4）Rispetto al tradizionale motore di conversione di frequenza,
con una gamma più ampia di regolazione della velocità e una qualità di progettazione più elevata, grazie allo speciale design del campo magnetico, per sopprimere ulteriormente il campo magnetico armonico elevato, al fine di soddisfare l'indice di progettazione di ampia frequenza, risparmio energetico e bassa rumorosità.
5）Con un'ampia gamma di caratteristiche di regolazione della coppia e della velocità di potenza costanti, regolazione regolare della velocità, nessuna pulsazione di coppia.
Con tutti i tipi di convertitori di frequenza si ha una buona corrispondenza dei parametri, con il controllo vettoriale, è possibile realizzare coppia completa a velocità zero, coppia elevata a bassa frequenza e controllo della velocità ad alta precisione, controllo della posizione e controllo della risposta dinamica rapida.
(6) Il motore speciale di conversione di frequenza può essere dotato di freni ed encoder,
in modo da ottenere un parcheggio accurato e realizzare un controllo della velocità ad alta precisione attraverso il controllo della velocità a circuito chiuso.
Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.
(7) Il motore inverter ha una buona versatilità,
le sue dimensioni di installazione sono conformi allo standard IEC ed è intercambiabile con i motori standard generali.
La velocità del motore asincrono è proporzionale alla frequenza quando la velocità di rotazione non cambia molto, quindi cambiando la frequenza dell'alimentazione è possibile modificare la velocità del motore asincrono.
Nella regolazione della frequenza, si prevede che il flusso principale rimanga costante.
Se il flusso principale è maggiore del flusso durante il normale funzionamento, il circuito magnetico sarà sovrasaturato, la corrente di eccitazione aumenterà e il fattore di potenza sarà ridotto.
Se il flusso principale è inferiore al flusso nel funzionamento normale, la coppia del motore verrà ridotta.
All'inizio del 21° secolo, l'inverter utilizzato adotta principalmente la modalità AC-DC (conversione di frequenza VVVF o conversione di frequenza a controllo vettoriale), che prima converte l'alimentazione CA in potenza CC attraverso il raddrizzatore, quindi converte la potenza CC in frequenza e voltaggio.
L'alimentazione CC viene convertita in alimentazione CC dal raddrizzatore e quindi in alimentazione CA con frequenza e tensione controllate per alimentare il motore trifase.
Il circuito dell'inverter è generalmente costituito da quattro parti: raddrizzatore, collegamento CC intermedio, inverter e controllo.
Il raddrizzatore è un raddrizzatore non controllato di tipo a ponte trifase, l'inverter è un inverter di tipo a ponte trifase IGBT con uscita della forma d'onda PWM e il collegamento CC intermedio serve per il filtraggio, l'accumulo di energia CC e il buffering della potenza reattiva.
Motore VFD: applicazione del motore a conversione di frequenza
Il motore di conversione di frequenza è diventato il programma di controllo della velocità tradizionale, può essere ampiamente utilizzato in tutti i ceti sociali con trasmissione a velocità variabile continua.
Soprattutto con l'applicazione sempre più diffusa dell'inverter nel campo del controllo industriale, l'uso del motore inverter si sta espandendo sempre più, a causa della superiorità del motore inverter nel controllo della frequenza rispetto al motore normale, dove viene utilizzato l'inverter ci sono motori inverter.
I benefici sociali dei dispositivi inverter ad alta tensione nazionalizzati sono significativi, principalmente risparmio energetico, risparmio di risorse e riduzione dell’inquinamento ambientale.
Elimina lo shock all'avvio del motore CA e l'impatto sulla rete elettrica e riduce il tasso di guasto del motore elettrico e delle apparecchiature.
Migliorare la precisione del controllo e il grado di automazione.
I vantaggi economici del controllo della velocità con conversione di frequenza sono notevoli.
Per le pompe e i ventilatori centrifughi, il flusso del fluido è proporzionale al lato primario della velocità, la coppia è proporzionale al lato secondario della velocità e la potenza è proporzionale al lato terziario della velocità, la velocità diminuisce e il consumo di potenza del motore diminuisce in tre direzioni, quindi l'effetto di risparmio energetico del controllo della velocità di conversione di frequenza è molto significativo.
Se la portata diminuisce, la velocità di rotazione diminuisce, la corrente diminuisce e il consumo di energia del motore diminuisce, teoricamente risparmiando energia.
Se l'uso originale di serrande, regolazione della valvola, la portata diminuisce, la prevalenza aumenta, la potenza del motore diminuisce, in modo che la regolazione della velocità a frequenza variabile rispetto alle serrande, il risparmio energetico di regolazione del tipo a valvola.
Oltre al risparmio energetico e all'efficienza, per carichi diversi, ci sono alcuni vantaggi economici indiretti, principalmente il fattore di potenza può essere migliorato, per ottenere un avvio graduale, ridurre la coppia di avviamento sui danni elettrici e meccanici al motore, regolare, stabile ed elevato controllo di precisione.
21 ° secolo, il controllo della velocità a frequenza variabile è diventato il programma di controllo della velocità tradizionale, può essere ampiamente utilizzato in tutti gli ambiti della vita, la trasmissione a velocità variabile continua.
Caratteristiche di progettazione dei motori a frequenza variabile
3.1 Progettazione elettromagnetica
I principali parametri prestazionali considerati nella progettazione dei normali motori asincroni sono la capacità di sovraccarico, le prestazioni di avviamento, l'efficienza e il fattore di potenza.
Per quanto riguarda il motore inverter, poiché il tasso di turndown critico è inversamente proporzionale alla frequenza di alimentazione.
Può essere avviato direttamente quando il tasso di turndown critico è vicino a 1.
Pertanto, la capacità di sovraccarico e le prestazioni di avviamento non necessitano più di molta considerazione e la questione chiave da risolvere è come migliorare l'adattabilità del motore all'alimentazione non sinusoidale.
La progettazione elettromagnetica si concentra sui seguenti aspetti:
1) Ridurre il più possibile la resistenza dello statore e del rotore. La riduzione della resistenza dello statore può ridurre il consumo fondamentale di rame per compensare l'aumento del consumo di rame causato da armoniche elevate.
2) Per sopprimere le armoniche elevate nella corrente, l'induttanza del motore CA deve essere aumentata in modo appropriato.
Ma la resistenza alle perdite della fessura del rotore è maggiore, anche il suo effetto pelle è maggiore e aumenta anche il consumo di rame di armoniche elevate.
Pertanto, la dimensione della reattanza di dispersione del motore dovrebbe tenere conto della ragionevolezza dell'adattamento dell'impedenza nell'intero intervallo di velocità.
3) Il circuito magnetico principale del motore dell'inverter è generalmente progettato per essere insaturo, uno è da considerare che le armoniche elevate approfondiranno la saturazione del circuito magnetico e l'altro è da considerare che a bassa frequenza, la tensione di uscita dell'inverter dovrebbe essere aumentata in modo appropriato per migliorare la coppia in uscita.
3.2 Progettazione della struttura
Progettazione della struttura, considerare principalmente anche l'impatto delle caratteristiche di potenza non sinusoidali sulla struttura di isolamento del motore dell'inverter, vibrazioni, modalità di raffreddamento del rumore, ecc., in genere prestare attenzione ai seguenti problemi.
(1) livello di isolamento, generalmente livello F o superiore, per rafforzare l'isolamento verso terra e la resistenza dell'isolamento della linea, in particolare per considerare la capacità dell'isolamento di resistere alla tensione di shock.
(2) Dovremmo considerare pienamente la rigidità dei componenti del motore e l'insieme delle vibrazioni e del rumore del motore e fare del nostro meglio per migliorarne la frequenza intrinseca per evitare il fenomeno di risonanza con ciascuna onda di forza.
(3) Metodo di raffreddamento: generalmente utilizzare il raffreddamento a ventilazione forzata, ovvero la ventola di raffreddamento del motore principale è azionata da un motore indipendente.
(4) Per i motori con capacità superiore a 160 kW devono essere adottate misure per prevenire la corrente all'albero e misure di isolamento dei cuscinetti.
Principalmente, è facile produrre un'asimmetria del circuito magnetico, che produrrà anche corrente d'albero.
Quando le correnti prodotte da altri componenti ad alta frequenza vengono combinate insieme, la corrente dell'albero aumenterà notevolmente, causando danni ai cuscinetti, pertanto è necessario adottare misure di isolamento in generale.
5）Per motori a frequenza variabile a potenza costante, quando la velocità supera 3000 giri/min, è necessario utilizzare un grasso speciale con resistenza alle alte temperature per compensare l'aumento di temperatura del cuscinetto.
La differenza tra motore inverter e motore normale
La maggior parte dei motori domestici ordinari può funzionare solo nella condizione di AC380V/50HZ, i motori ordinari possono ridurre o aumentare la frequenza di utilizzo.
Ma l'autonomia non può essere troppo ampia, altrimenti il motore si surriscalda o addirittura brucia. I motori inverter possono essere utilizzati a qualsiasi velocità entro il suo intervallo di velocità e il motore non verrà danneggiato.
In generale, nel motore a induzione a conversione di frequenza con carico nominale del 100% nell'intervallo dal 10% al 100% di velocità nominale di funzionamento continuo, l'aumento di temperatura non supererà il valore consentito standard del motore.
La maggior parte della dissipazione del calore dei motori ordinari è di tipo autoraffreddante ad aria e la dissipazione del calore del motore dipende dall'agitazione delle due giranti all'estremità del motore.
Quando la velocità del motore è bassa, la dissipazione del calore del motore diventa un problema.
Rispetto ai motori normali, il prezzo dei motori inverter non è molto più alto e i vantaggi sono evidenti.
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.
Oltre 3000 giri/min, per compensare l'aumento di temperatura dei cuscinetti è necessario utilizzare un grasso speciale con resistenza alle alte temperature.
Carico di coppia secondario, quando la velocità viene ridotta, anche la coppia viene ridotta e anche la generazione di calore viene ridotta, adatto per la selezione del motore ordinario per la conversione di frequenza, nella velocità effettiva non è inferiore al 40% della velocità sincrona da utilizzare.
Altri carichi, quando funzionano alla velocità sincrona del 60% e oltre, utilizzano motori normali.
Quando si funziona a una velocità sincrona del 25%-60%, utilizzare un motore asincrono trifase esterno del tipo a gabbia con inverter a raffreddamento forzato, ovvero un motore speciale per la conversione di frequenza.
Quando la velocità è inferiore al 25% della velocità sincrona, utilizzare un motore a raffreddamento completamente forzato. Cioè, motore speciale vettoriale.
La velocità controllata da diversi metodi di controllo della conversione di frequenza è diversa.
L'intervallo di velocità controllato dal metodo di controllo U/F è 150-1470 m/min; l'intervallo di velocità controllato dal controllo vettoriale senza sensore di velocità e controllo diretto della coppia è 60-1500 m/min; l'intervallo di velocità controllato dal controllo vettoriale con sensore di velocità e controllo diretto della coppia, l'intervallo di velocità di controllo è 5-1500 m/min e la stabilità di funzionamento a 5 m/min non è molto buona.
Dopo aver adottato il convertitore di frequenza, il motore può essere avviato a frequenza e tensione molto basse senza corrente di spunto e può utilizzare vari metodi di frenatura forniti dal convertitore di frequenza per una frenata rapida,
che crea le condizioni per avviamenti e frenate frequenti, quindi il sistema meccanico e il sistema elettromagnetico del motore sono sotto l'azione della forza ciclica alternata,
che porta problemi di affaticamento e invecchiamento accelerato alla struttura meccanica e alla struttura isolante.
La tecnologia FM richiede tre aspetti principali del motore: livello di isolamento, raffreddamento forzato e cuscinetti del rotore.
Se la velocità viene regolata verso l'alto oltre la frequenza fondamentale viene considerata anche la resistenza meccanica della struttura del motore.
Conclusione
L'efficienza e l'aumento della temperatura del motore saranno superiori di circa il 10% nell'azionamento con inverter, mentre l'aumento di temperatura sarà inferiore di circa il 20%, soprattutto nella regione a bassa frequenza del controllo vettoriale o del controllo diretto della coppia.
Il motore inverter è migliore del motore normale per le occasioni che richiedono avviamenti frequenti, regolazione della velocità e frenate.
In termini di rumore e vibrazioni elettromagnetici, i motori con inverter presentano un rumore inferiore e vibrazioni elettromagnetiche inferiori rispetto ai motori normali se azionati da inverter.
Poiché il motore dell'inverter è progettato per l'azionamento dell'inverter, può sopportare variazioni di tensione maggiori e la resistenza dell'isolamento del motore dell'inverter è maggiore.
Soprattutto nella modalità di controllo DTC, è un ottimo test per la resistenza dell'isolamento del motore.
La differenza principale è che il motore inverter presenta un'ulteriore dissipazione del calore (ventilazione forzata con ventole assiali separate).
La dissipazione del calore in bassa frequenza, frenatura CC e alcune applicazioni speciali è molto migliore rispetto ai normali motori asincroni CA.
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