可変周波数モーターの特徴と用途 2022

抽象的な。

この論文は、インバータ モータの特性、インバータ モータのアプリケーションと制御原理について説明し、設計上の特徴を強調し、また、可変周波数ドライブを備えたインバータ モータのアプリケーションと一般的なモータを比較します。

キーワード

AC速度制御技術。インバータ。無段階可変速度。断熱レベル。ベクトル制御。ダイレクト トルク コントロール、電気モーター、VFD モーター、メーカー

導入

パワーエレクトロニクスと新しい半導体デバイスの急速な発展に伴い、AC速度制御技術は継続的に改善および強化されており、インバータはその良好な出力波形と優れた性能価格比によりACモータに広く使用されています。

例: 大型モーターおよび中型および小型ローラーモーターを圧延する製鉄所、トラクションモーターを備えた鉄道および都市鉄道交通、エレベーターモーター、コンテナ昇降装置用の昇降モーター、モーターを備えたポンプおよびファン、コンプレッサー、モーターを備えた家電製品など。は、可変周波数ドライブを備えた AC 可変速モーターを使用しており、良好な結果を達成しています。

AC 可変周波数速度モーターを使用すると、DC 速度モーターよりも大きな利点があります。

(1) 速度調整が簡単で省エネ。

(2) AC 誘導モータの構造はシンプル、小型、慣性が小さく、低コスト、メンテナンスが容易、耐久性があります。

3）容量を拡大でき、高速・高電圧動作を実現します。

4）ソフトスタートと素早いブレーキングを実現します。

5) 非火花性、防爆性、および強力な環境適応性。

近年、周波数変換速度制御伝送装置は年間成長率 13% ～ 16% に達し、徐々に DC 速度制御伝送装置のトレンドの大部分を置き換えています。

一定の周波数と電圧の電源で動作する通常の非同期モーターは、可変周波数速度制御システムに適用するには大きな制限があるため、用途と使用要件に応じて設計された特別な可変周波数交流電動機が開発されました。発展した。

主に、低騒音・低振動を実現したインバータモータ、低速トルク特性を改善したインバータモータ、高速インバータモータ、速度測定用発電機付きモータ、ベクトル制御インバータモータなどがあります。

周波数変換モータの主な特長と制御原理

周波数変換専用モータは以下のような特徴があります。

(1) Bレベル昇温設計、Fレベル絶縁製造。

高分子絶縁材料と真空浸漬塗装の製造プロセスと特殊な絶縁構造を採用し、電気巻線の絶縁耐電圧性と機械的強度が大幅に向上し、モーターの高速動作とインバーターの高周波電流の影響に耐えることができます。電圧による絶縁の損傷。

(2) 高いバランス品質、振動レベルR(振動低減レベル)の機械部品加工精度

特殊高精度ベアリングの使用により、モーターの高速回転が可能です。

(3) 強制換気と放熱システム、すべて輸入軸流ファンを使用しており、超静音、高寿命、強風です。

あらゆる速度でモーターを保護し、効果的な放熱を実現し、高速または低速の長時間動作を実現できます。

4）従来の周波数変換モーターと比較して、

高調波磁界をさらに抑制する特殊磁界設計により、広周波数・省エネ・低ノイズの設計指標を満たし、速度調整範囲の拡大と高い設計品質を実現しました。

5）広範囲の一定トルクと出力速度調整特性を備え、スムーズな速度調整、トルク脈動がありません。

あらゆる種類の周波数変換器はパラメータマッチングが良好で、ベクトル制御により、ゼロ速度フルトルク、低周波高トルク、高精度の速度制御、位置制御、高速動的応答制御を実現できます。

(6) 周波数変換専用モーターにブレーキ、エンコーダーを搭載可能、

閉ループ速度制御による正確な駐車と高精度の速度制御を実現します。

Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.

(7) インバータモータは汎用性が高く、

取付サイズはIEC規格に準拠しており、一般的な標準モータと互換性があります。

非同期モーターの速度は、回転数があまり変わらない場合は周波数に比例するため、電源の周波数を変えると非同期モーターの速度が変化します。

周波数調整では、主磁束は一定に維持されることが期待されます。

主磁束が通常運転時の磁束よりも大きい場合、磁気回路が過飽和となり励磁電流が増加し、力率が低下します。

主磁束が通常運転時の磁束よりも小さい場合、モーターのトルクが低下します。

21 世紀初頭、インバータは主に AC-DC モード (VVVF 周波数変換またはベクトル制御周波数変換) を採用しています。このモードでは、最初に AC 電源が整流器を介して DC 電力に変換され、次に DC 電力が周波数に変換され、電圧。

DC 電源は、整流器によって DC 電力に変換され、その後、周波数と電圧が制御された AC 電力に変換されて、三相モーターに供給されます。

インバータの回路は一般に、整流器、中間 DC リンク、インバータ、制御の 4 つの部分で構成されます。

整流器は三相ブリッジ型の非制御整流器で、インバータは PWM 波形出力を備えた IGBT 三相ブリッジ型インバータで、中間 DC リンクはフィルタリング、DC エネルギー貯蔵、および無効電力のバッファリングに使用されます。

VFDモーター - 周波数変換モーター応用

周波数変換モータは速度制御プログラムの主流となっており、あらゆる分野の無段変速機に広く使用できます。

特に産業用制御分野におけるインバータの普及に伴い、インバータモータは通常のモータに比べて周波数制御に優れているため、インバータモータの使用が拡大しています。

国有化された高電圧インバータ装置の社会的利益は大きく、主にエネルギーの節約、資源の節約、環境汚染の削減です。

ACモーターの起動ショックや電力網への影響を排除し、電動モーターや機器の故障率を低減します。

制御精度と自動化度を向上させます。

周波数変換速度制御の経済的利点は顕著です。

遠心ポンプやファンの場合、流体の流量は速度の1次側に比例し、トルクは速度の2次側に比例し、動力は速度の3次側に比例し、速度が低下し、モータの消費電力が減少します。 3方向に動作するため、周波数変換速度制御による省電力効果は非常に大きくなります。

流量が減少すると、回転速度が低下し、電流が減少し、モーターの消費電力が減少し、理論的には省エネになります。

ダンパー、バルブ調整を本来使用すると、流量が減少し、圧力ヘッドが増加し、モーター出力が減少するため、ダンパー、バルブタイプの調整よりも可変周波数速度調整が省エネになります。

エネルギーの節約と効率に加えて、さまざまな負荷に対して、いくつかの間接的な経済的利点があります。主に力率が改善され、ソフトスタートを実現し、モーターへの電気的および機械的損傷による始動トルクを軽減し、スムーズで安定した高電圧を実現します。精密な制御。

21世紀、可変周波数速度制御は速度制御プログラムの主流となり、あらゆる分野の無段変速機に広く使用できます。

可変周波数モーターの設計上の特徴

3.1 電磁設計

通常の非同期モーターの設計で考慮される主な性能パラメーターは、過負荷容量、始動性能、効率、力率です。

インバーターモーターに関しては、臨界ターンダウン率は電源周波数に反比例します。

クリティカルターンダウン率が1に近い場合、直接開始できます。

したがって、過負荷耐量や始動性能はあまり考慮する必要がなくなり、非正弦波電源に対するモータの適応性をいかに向上させるかが重要な課題となります。

電磁設計は次の側面に重点を置いています。

1) ステータとロータの抵抗をできる限り低減します。ステータ抵抗を低減すると、高調波による銅消費量の増加を補うために基本的な銅消費量を減らすことができます。

2) 電流の高調波を抑制するには、AC モーターのインダクタンスを適切に大きくする必要があります。

ただし、ロータースロットの漏れ抵抗が大きくなり、その表皮効果も大きくなり、高調波の銅消費量も増加します。

したがって、モータの漏れリアクタンスの大きさは、全速度範囲におけるインピーダンス整合の妥当性を考慮する必要があります。

3) インバータモータの主磁気回路は一般に飽和しないように設計されています。1 つは高調波により磁気回路の飽和が深くなることを考慮すること、もう 1 つは低周波ではインバータの出力電圧を適切に増加させる必要があることを考慮することです。出力トルクを向上させるためです。

3.2 構造設計

構造設計では、主にインバータ モータの絶縁構造、振動、騒音冷却モードなどへの非正弦波電力特性の影響も考慮し、一般に次の問題に注意を払います。

(1) 絶縁レベル、一般的には F レベル以上で、対地絶縁およびラインターン絶縁強度を強化し、特に衝撃電圧に耐える絶縁能力を考慮します。

(2) モータの振動や騒音については、モータ部品および全体の剛性を十分に考慮し、力波ごとの共振現象を避けるために固有振動数の向上に努める必要があります。

(3) 冷却方法: 通常は強制通風冷却を使用します。つまり、メイン モーターの冷却ファンは独立したモーターによって駆動されます。

(4) 容量 160KW を超える電動機については、軸電流防止対策、軸受絶縁対策を講じてください。

主に磁気回路の非対称性が生じやすく、軸電流も発生します。

他の高周波部品から発生する電流が加わると軸電流が大幅に増加し、軸受の損傷につながるため、一般的には絶縁対策を講じる必要があります。

5）定出力可変周波数モータの場合、回転数が3000/minを超える場合には、軸受の温度上昇を補うために耐熱性のある特殊グリースを使用してください。

インバーターモーターと通常のモーターの違い

国内の一般的なモーターのほとんどはAC380V/50HZの条件でしか動作できません。一般的なモーターは使用頻度を減らしたり増やしたりすることができます。

ただし、範囲が大きすぎるとモーターが加熱したり、燃えてしまったりすることがあります。インバータモータは速度範囲内であればどの速度でも使用でき、モータを損傷することがありません。

一般に、周波数変換型誘導電動機は、100%定格負荷で定格回転数10%～100%の範囲で連続運転しても、温度上昇は電動機の標準許容値を超えることはありません。

一般的なモーターの放熱のほとんどは空冷式であり、モーターの放熱はモーター先端の2枚の羽根車の撹拌によって決まります。

モーターの回転数が低い場合、モーターの放熱が問題となります。

通常のモーターと比較して、インバーターモーターの価格はそれほど高価ではなく、利点は明らかです。

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.

3000r/minを超える場合は、ベアリングの温度上昇を補償するために、高温耐性のある特殊グリースを使用する必要があります。

二次トルク負荷は、速度が低下するとトルクも低下し、発熱も低下するため、周波数変換用の通常のモータの選択に適しており、実際の速度は使用する同期速度の40％以上です。

他の負荷は、同期速度 60% 以上で動作する場合、通常のモーターを使用します。

25%～60%の同期速度で運転する場合は、外部強制冷却インバータかご型三相非同期モータ、つまり周波数変換用の特殊モータを使用してください。

同期速度25%以下の場合は完全強制空冷モータをご使用ください。つまりベクトル特殊モーターです。

異なる周波数変換制御方法により制御される速度は異なります。

U/F制御方式による速度制御範囲は150～1470m/minです。速度センサーのないベクトル制御と直接トルク制御による速度制御範囲は60～1500m/minです。速度センサによるベクトル制御と直接トルク制御により制御される速度範囲は5～1500m/minであり、5m/minでの動作の安定性はあまり良くありません。

周波数コンバータを採用した後、モータは突入電流なしで非常に低い周波数と電圧で起動でき、周波数コンバータによって提供されるさまざまなブレーキ方式を使用して高速ブレーキを行うことができます。

これにより、始動と制動が頻繁に行われる状況が発生し、モーターの機械システムと電磁システムには周期的な交流力が作用します。

これは、機械構造や絶縁構造に疲労や老化の促進の問題をもたらします。

FM テクノロジーでは、モーターの 3 つの主要な側面、すなわち絶縁レベル、強制冷却、ローター ベアリングが必要です。

速度が基本周波数を超えて上方に調整される場合、モーター構造の機械的強度も考慮されます。

結論

インバータ駆動ではモータの効率と温度上昇が約10％向上し、特にベクトル制御やダイレクトトルク制御の低周波領域での温度上昇が約20％小さくなります。

インバーターモーターは、頻繁な始動、速度調整、ブレーキが必要な場合に、通常のモーターよりも優れています。

電磁騒音や電磁振動に関しては、インバータモータは通常のモータに比べてインバータ駆動時の騒音や電磁振動が小さくなります。

インバータモータはインバータ駆動用に設計されているため、より大きな電圧変化に耐えられ、絶縁強度も高くなります。

特に DTC 制御モードでは、モーターの絶縁強度をテストするのに最適です。

主な違いは、インバーター モーターには追加の熱放散機能 (別個の軸流ファンによる強制換気) があることです。

低周波、DC ブレーキ、および一部の特殊な用途での熱放散は、通常の AC 非同期モーターよりもはるかに優れています。

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