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우리 모두는 주파수 변환기가 전기 작업에서 숙달되어야 하는 기술이며, 모터를 제어하기 위해 주파수 변환기를 사용하는 것이 전기 제어의 일반적인 방법이라는 것을 알고 있습니다. 일부는 또한 숙련도가 필요합니다.
오늘은 우리의 제한된 지식으로 관련 지식을 요약하고 정리하겠습니다. 내용은 반복적일 수 있지만 목표는 주파수 변환기와 모터 사이의 놀라운 관계를 모든 사람과 공유하는 것입니다.
우선, 모터를 제어하기 위해 주파수 변환기를 사용하는 이유는 무엇입니까?
먼저 이 두 장치에 대해 간략하게 알아보겠습니다.
모터는 전류 변화를 방해하는 유도성 부하입니다. 시동 중에는 전류에 큰 변화가 발생합니다.
주파수 변환기는 전력 반도체 장치의 온-오프 동작을 사용하여 제어 목적으로 전원 공급 장치 주파수를 다른 전기 에너지 주파수로 변환하는 장치입니다. 이는 주로 주 회로(정류기 모듈, 전해 콘덴서 및 인버터 모듈)와 제어 회로(스위칭 전원 공급 장치 보드 및 제어 회로 보드)의 두 부분으로 구성됩니다.
전기 모터의 시동 전류를 줄이기 위해, 특히 출력이 높은 모터의 경우 출력이 증가할수록 시동 전류도 증가합니다. 과도한 시동 전류는 배전 네트워크에 더 큰 부담을 가져올 수 있습니다. 그러나 주파수 변환기는 과도한 시동 전류를 발생시키지 않고 원활한 시동을 허용함으로써 이 문제를 해결할 수 있습니다.
주파수 변환기를 사용하는 또 다른 기능은 모터의 속도 조절입니다. 대부분의 경우 더 나은 생산 효율성을 달성하려면 모터 속도를 제어해야 합니다. 주파수 변환기는 소스 주파수를 변경하여 속도를 조절하는 기능으로 항상 알려져 왔습니다.
주파수 변환기의 제어 방법은 무엇입니까?
주파수 변환기로 모터를 제어하는 데 가장 일반적으로 사용되는 5가지 방법은 다음과 같습니다.
저전압 범용 주파수 변환기 출력 전압은 380-650V, 출력 전력은 0.75-400kW, 작동 주파수는 0-400Hz이며 주 회로는 AC-DC-AC 회로를 채택합니다. 그 제어 방법은 4세대를 거쳤습니다.
U/f=C를 사용한 정현파 펄스 폭 변조(SPWM) 제어 방법
그 특징은 간단한 제어 회로 구조, 저렴한 비용, 우수한 기계적 경도이며 일반 변속기의 원활한 속도 조절 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 그것은 다양한 산업 분야에서 널리 사용되었습니다.
그러나 낮은 주파수에서는 낮은 출력 전압과 고정자 저항 강하에 대한 토크의 중요한 영향으로 인해 최대 출력 토크가 감소합니다.
게다가 기계적 특성도 결국 DC 모터만큼 어렵지 않습니다.
동적 토크 성능과 정적 속도 조절 성능은 아직 만족스럽지 않습니다. 시스템 성능도 높지 않습니다. 제어 곡선은 부하 변화에 따라 변경됩니다. 토크 응답이 느립니다. 모터 토크 활용률이 높지 않습니다. 고정자 저항과 인버터 데드존 효과로 인해 저속에서 성능이 저하되고 안정성이 저하되는 등의 현상이 발생합니다. 따라서 사람들은 벡터 제어 가변 주파수 속도 조절을 연구해 왔습니다.
공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM) 제어 방법
이는 모터 에어 갭의 이상적인 원형 회전 자기장 궤적을 근사화하는 것을 목표로 3상 파형의 전반적인 생성 효과를 기반으로 합니다. 3상 변조 파형을 생성하고 내접다각형을 이용하여 원에 근사시켜 제어합니다.
실제 사용 후 속도 제어 오류를 제거하기 위해 주파수 보상을 도입하여 개선되었습니다. 저속에서 고정자 저항의 영향을 제거하기 위해 피드백을 통해 자속 진폭을 추정하는 단계; 출력 전압 및 전류에 대한 폐쇄 루프를 통해 동적 정확도와 안정성을 향상시킵니다.
그러나 제어 회로 링크가 많고 토크 조정이 도입되지 않아 시스템 성능이 근본적으로 향상되지 않았습니다.
벡터 제어(VC) 방법
벡터 제어에서 가변 주파수 속도 조절 방법은 비동기 전동기의 고정자 전류 Ia, Ib, Ic를 3상-2상 변환을 통해 정지 좌표계 하에서 2상 교류 전류 Ia1Ib1로 변환하는 것입니다. 그런 다음 회전자 자계 방향 회전 변환을 통해 동기 회전 좌표계에서 DC 전류 Im1 및 It1로 변환됩니다(여기서 Im1은 DC 모터의 여자 전류에 해당하고 It1은 토크에 비례하는 전기자 전류에 해당). DC 모터의 제어량은 제어 방법을 모방하여 얻습니다. 해당 좌표 역변환이 수행된 후 비동기 모터 제어가 달성될 수 있습니다.
본질적으로 AC 모터는 DC 모터와 동일하며 속도 및 자기장 구성 요소에 대해 독립적인 제어가 개별적으로 적용됩니다. 먼저 회전자 자속을 제어한 다음 고정자 전류를 토크 및 자기장 구성 요소로 분해한 다음 좌표 변환을 통해 직교 또는 분리 제어를 수행합니다. 벡터 제어 방법의 제안은 획기적이었지만 시스템 특성에 큰 영향을 미치는 회전자 자속을 정확하게 관찰하는 것이 어려웠고, 등가 DC 모터 제어에 사용되는 복잡한 벡터 회전 변환으로 인해 실제 결과를 압박하여 이상적인 분석 결과를 얻기가 어려웠기 때문에 실제로는 어려웠습니다.
구체적인 방법은 다음과 같습니다.
센서리스 제어를 달성하기 위해 고정자 자속 관측기를 도입하여 고정자 자속을 제어합니다.
자동 식별(ID)은 모터의 정확한 수학적 모델을 기반으로 모터 매개변수를 자동으로 식별합니다.
고정자 임피던스, 상호 인덕턴스, 자기 포화 계수, 관성 등에 해당하는 실제 값을 기반으로 실제 토크, 고정자 자속 및 회전자 속도를 실시간으로 계산합니다.
인버터의 스위칭 상태를 제어하기 위한 자속 및 토크에 따라 PWM 신호를 생성하여 Band-Band 제어를 구현합니다.
매트릭스형 AC 주파수 변환기는 토크 응답이 빠릅니다(<2ms), 고속 정확도(±2%, PG 피드백 없음), 높은 토크 정확도(<+3%); 동시에 더 높은 시동 토크와 높은 토크 정확도를 가지며, 특히 저속(0속도 포함)에서 정격 토크의 150%~200%를 출력할 수 있습니다.
주파수 변환기는 모터를 어떻게 제어합니까? 그것들은 어떻게 연결되어 있습니까?
모터를 제어하기 위해 주파수 변환기를 배선하는 것은 접촉기 배선과 유사하게 비교적 간단합니다. 3개의 주전원선이 연결되어 모터로 출력됩니다. 그러나 주파수 변환기를 제어하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
먼저 주파수 변환기의 단자 연결을 살펴보겠습니다. 주파수 변환기에는 브랜드가 많고 배선 방법도 다르지만 대부분 유사한 단자 연결을 사용합니다. 일반적으로 모터의 시동 및 역회전을 제어하는 데 사용되는 정회전 및 역회전용 스위치 입력이 포함됩니다. 작동 주파수, 속도, 오류 상태 등과 같은 작동 상태에 대한 피드백을 제공하는 데 사용되는 피드백 단자; 다양한 유형의 변환기에 따라 전위차계 또는 버튼을 사용하여 조정할 수 있는 속도 설정 제어 장치입니다.
제어는 물리적 배선이나 통신 네트워크를 통해 이루어질 수 있습니다. 이제 많은 가변 주파수 드라이브가 통신 제어를 지원하므로 모터 시작/정지, 정회전/역회전, 속도 조정 및 피드백 정보가 통신 라인을 통해 전송될 수 있습니다.
모터의 회전 속도(주파수)가 변경되면 출력 토크는 어떻게 됩니까?
주파수 변환기로 구동할 때의 시동 토크와 최대 토크는 주전원으로 직접 구동할 때보다 작아야 합니다.
모터가 주전원으로 구동되면 시동 및 가속 충격이 큽니다. 그러나 주파수 변환기로 전원을 공급할 경우 이러한 영향은 약해집니다. 주전원 주파수에서 직접 시동하면 큰 시동 전류가 생성됩니다. 주파수 변환기를 사용할 때 변환기의 출력 전압과 주파수가 모터에 점차적으로 추가되므로 시동 전류와 모터에 미치는 영향이 더 작습니다.
일반적으로 주파수가 감소(속도가 감소)하면 모터에서 생성되는 토크도 감소합니다. 이러한 감소에 대한 실제 데이터는 일부 주파수 변환기 설명서에서 찾을 수 있습니다.
자속제어 인버터를 이용한 벡터 제어 방식을 이용하여 모터의 부족한 저속 토크를 개선하여 저속에서도 충분한 토크를 출력할 수 있습니다.
가변 주파수 드라이브(VFD)를 사용하여 50Hz보다 큰 주파수로 조정하면 모터의 출력 토크가 감소합니다.
기존 모터는 50Hz 전압 표준에 따라 설계 및 제조되었습니다. 정격 토크도 이 전압 범위 내에서 제공됩니다. 따라서 정격 주파수 이하의 속도 조절을 정토크 속도 조절(T=Te,P)이라고 합니다.<=페).
VFD 출력 주파수가 50Hz를 초과하면 모터에서 생성된 토크 간의 선형 관계는 주파수 증가에 비례하여 감소합니다.
50Hz 이상의 속도로 운전할 때는 전기 모터의 부하 크기로 인해 출력 토크가 부족하지 않도록 주의해야 합니다.
예를 들어, 100Hz에서 작동하는 전기 모터의 생성된 토크는 50Hz에서 작동하는 동안 생성된 토크에 비해 약 절반으로 감소합니다.
따라서 정격 주파수 이상의 속도 조절을 정전력 속도 조절(P=Ue*Ie)이라고 합니다.
50Hz 이상 주파수 변환기 적용
우리가 알고 있듯이 특정 모터의 경우 정격 전압과 전류는 일정합니다.
주파수 변환기와 모터의 정격 값이 모두 15kW/380V/30A인 경우 모터는 50Hz 이상의 주파수에서 작동할 수 있습니다.
속도가 50Hz일 때 주파수 변환기의 출력 전압은 380V이고 전류는 30A입니다. 출력 주파수를 60Hz로 높이면 주파수 변환기의 최대 출력 전압과 전류는 여전히 380V/30A에 불과합니다. 당연히 출력 전력은 변하지 않으므로 이를 정전력 속도 조절이라고 합니다.
이 경우 토크는 어떻습니까?
P=wT(P: 전력, w: 각속도, T: 토크)이므로, P가 일정하게 유지되지만 w가 증가하면 T도 그에 따라 감소합니다.
또 다른 관점에서 볼 수도 있습니다:
모터의 고정자 전압 U=E+I*R(I: 전류; R: 전기 저항; E: 유도 기전력),
U와 I가 변하지 않으면 E도 변하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.
그리고 E=k에프X(k: 상수; f: 주파수; X:자속). 따라서 f가 50에서 변경되면-->60Hz,X는 그에 따라 감소합니다.
모터의 경우 T=K나X(K: 상수; I: 전류; X: 자속). 따라서 자속 X가 감소하면 T도 그에 따라 감소합니다.
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-->최대 토크는 변경되지 않습니다.)
결론: 주파수 변환기의 출력 주파수가 50Hz 이상에서 증가하면 모터의 출력 토크가 감소합니다.
출력 토크와 관련된 기타 요소
냉난방 능력은 인버터의 출력 전류 능력을 결정하며, 이에 따라 인버터의 출력 토크 능력에 영향을 미칩니다.
캐리어 주파수 : 일반 인버터에서 표시하는 정격 전류는 최고 캐리어 주파수 및 최고 주위 온도에서 연속적으로 출력할 수 있는 값을 기준으로 합니다. 캐리어 주파수를 줄여도 모터 전류에는 영향을 미치지 않습니다. 그러나 구성 요소의 발열은 감소합니다.
주변 온도: 낮은 주변 온도를 감지할 때 인버터의 보호 전류 값을 높이는 것과 마찬가지로 불필요합니다.
고도: 고도가 높아지면 열 방출과 단열 성능 모두에 영향을 미칩니다. 일반적으로 1000m 이하에서는 무시할 수 있으며 이 수준 이상에서는 1000m당 5%의 정전용량 감소로 충분합니다.
가변 주파수 드라이브로 제어되는 모터의 주파수를 조정하는 방법은 무엇입니까?
위의 요약에서 우리는 모터를 제어하기 위해 가변 주파수 드라이브를 사용해야 하는 이유와 작동 방식을 배웠습니다. 가변 주파수 드라이브에 의한 모터 제어는 두 가지 점으로 요약될 수 있습니다. 첫째, 가변 주파수 드라이브로 모터의 시동 전압 및 주파수를 제어하여 원활한 시동 및 정지를 달성합니다. 둘째, 가변 주파수 드라이브를 사용하여 주파수를 변경하여 모터 속도를 조정합니다.
네티즌들이 제기한 실질적인 질문이 있었습니다. 가변 주파수 드라이브로 일반 모터를 제어할 때 조정할 수 있는 가장 낮은 주파수는 무엇입니까? 현재는 60Hz로 조정되어 있는데 리더님이 계속해서 Hz수를 늘려달라고 하더군요. 100Hz로 조정할 계획입니다. 혹시 100Hz로 조정해보신 분 계신가요? (비슷한 상황에서 고려해야 할 요소는 무엇입니까?)
네티즌들의 반응을 살펴보자.
네티즌 lpl53: 산업용 세탁기는 200HZ에 도달했지만 전류는 높지 않습니다.
Netizen26584: 연삭기의 모터는 일반적으로 100-110…
네티즌 82252031: 모터에 전력이 충분하고 과도한 전류가 없으면 작동할 수 있습니다. 그러나 모터 베어링의 온도, 비정상적인 소음 및 진동을 측정하는 데 주의를 기울여야 합니다. 하나의 가변 주파수 구동 모터는 오랫동안 70-80Hz로 작동합니다. 6극 모터는 시도하기 쉽지만 2극 모터는 주의가 필요합니다.
네티즌 fsjnzhouyan: 이는 모터에 사용되는 규소강판의 품질에 따라 달라집니다. 이전 사용 사례에서는 일반적으로 약 85Hz까지 문제가 없었습니다. 그러나 많은 모터는 자기 포화로 인해 약 90Hz까지 조정한 후에도 정격 속도에 도달하지 못합니다.
네티즌 ZCMY: 모터 베어링을 고속 베어링으로 교체하는 것이 가장 좋습니다. 또한 진동을 테스트하고 팬이나 워터 펌프와 같은 부하에 적합한지 확인하십시오.
네티즌 mengx9806: Dongyuan의 전기 기계 시리즈 A1000 가변 주파수 드라이브를 사용하여 1210HZ까지 조정한 적이 있습니다. 문제가 생기면 사소한 문제가 발생할 수 있지만 2년 동안 큰 문제 없이 2년 연속 문제 없이 작동했습니다.
네티즌 68957：180까지 조정해봤는데 아주 잠깐만 실행됐어요.
네티즌 1531214350: 예전에 세탁기를 수리한 적이 있는데 모터는 평범한 거였어요. 탈수 중에는 150HZ에서 작동했습니다.
Ya de Ya: 일반 모터의 주파수가 정격 주파수보다 20% 높으면 속도 차이가 증가합니다. 주파수가 증가함에 따라 이 속도 차이도 증가합니다.
네티즌 kdrjl: AC 인덕션 모터의 기본 구조와 용도에 대한 이해가 아직 부족한 것 같습니다. 유도 전동기 조절을 위한 최고 속도 제한은 가변 주파수 드라이브에 있지 않습니다. 일반적으로 일반 가변 주파수 드라이브는 V/F 모드에서 400Hz 이상의 주파수에서 작동합니다. 예를 들어 Siemens의 가변 주파수 드라이브는 600Hz에서 작동합니다. 벡터 제어의 경우 최대 작동 주파수 제한은 200-300Hz이고 서보 제어의 경우 더 높은 제한이 있습니다. 따라서 가변 주파수 드라이브를 사용하여 유도 전동기의 속도를 최대 100Hz까지 조절하려는 경우 이 문제에 대한 기술적 장애나 의심이 없습니다.
케이지 구조와 같은 유도 전동기 회전자의 기계적 구조는 설계의 최대 회전 속도와 관련된 기계적 강도를 결정합니다. 회전 속도가 빠를수록 원심력이 커집니다. 따라서 일반적으로 최대 회전속도를 기준으로 설계사양을 만족시키며, 기계적 강도가 무한히 클 수는 없습니다. 로터 베어링에도 최대 회전 제한이 있습니다. 따라서 이 값을 초과하여 작동할 경우 이러한 제한이 무엇인지 이해하고 필요한 경우 고속 베어링으로 교체해야 합니다.
마지막으로, 로터의 동적 균형 디버깅 및 설정은 제조업체가 지정한 매개변수를 초과해서는 안 됩니다.
요약하면, 100Hz를 초과하는 가변 주파수 구동 응용을 통해 유도 전동기의 속도를 조절할 때는 먼저 제조업체와 협의하여 가능한지 여부를 문의하거나 대신 맞춤형 모터를 요청하여 고속 조건에서의 신뢰성을 보장하는 것이 중요합니다. 제조업체를 거치지 않기로 결정한 경우 먼저 로터의 동적 균형 테스트를 결정한 다음 베어링의 최대 회전 속도를 확인해야 합니다.
이 값을 초과하는 경우 현장 요구 사항을 충족할 수 있는 고속 베어링으로 교체해야 합니다. 발열 문제도 고려해야 합니다.
마지막으로 경험에 따르면 100kW 미만의 출력을 갖는 유도 모터는 100Hz 이내의 주파수에서 작동하는 데 상대적으로 적합해야 합니다. 그러나 100kW를 초과하는 제품은 기존의 범용 제품을 선택하는 것보다 맞춤 제작하는 것이 가장 좋습니다.
네티즌 lvpretend : 주로 모터 자체에 따라 다릅니다. 원래 고출력 2극 모터라면 주의가 필요합니다. 산업용 세탁기는 빈번한 과속 작동의 예이지만 정격 속도는 일반적으로 낮습니다. 대부분 6극 모터입니다. 4극 모터가 최대 120Hz에 도달하는 것을 본 적이 있습니다.
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