Doorgaan naar artikel 
We weten allemaal dat de frequentieomvormer een technologie is die men moet beheersen bij elektrisch werk, en het gebruik van een frequentieomvormer om motoren te besturen is een gebruikelijke methode bij elektrische besturing; sommige vereisen ook vaardigheid.
Vandaag zullen we relevante kennis samenvatten en organiseren met onze beperkte kennis. De inhoud kan repetitief zijn, maar het doel is om de prachtige relatie tussen frequentieomvormers en motoren met iedereen te delen.
Allereerst: waarom zou u een frequentieomvormer gebruiken om de motor te besturen?
Laten we deze twee apparaten eerst kort begrijpen.
De motor is een inductieve belasting die stroomveranderingen belemmert. Tijdens het opstarten zal dit een grote stroomverandering veroorzaken.
Een frequentieomvormer is een apparaat dat de aan-uit-actie van vermogenshalfgeleiderapparaten gebruikt om de voedingsfrequentie voor controledoeleinden om te zetten in een andere frequentie van elektrische energie. Het bestaat hoofdzakelijk uit twee delen: het hoofdcircuit (gelijkrichtermodule, elektrolytische condensator en invertermodule) en het stuurcircuit (schakelvoedingskaart en besturingsprintplaat).
Om de startstroom van de elektromotor te verminderen, vooral bij motoren met een hoger vermogen, naarmate het vermogen toeneemt, neemt ook de startstroom toe. Een te hoge startstroom kan het elektriciteitsdistributienetwerk zwaarder belasten. Een frequentieomvormer kan dit probleem echter oplossen door een soepele start mogelijk te maken zonder overmatige startstromen te veroorzaken.
Een andere functie van het gebruik van een frequentieomvormer is de snelheidsregeling voor motoren. In veel gevallen is het regelen van het motortoerental noodzakelijk om een betere productie-efficiëntie te bereiken. Frequentieomvormers staan altijd bekend om hun vermogen om de snelheid te regelen door de bronfrequentie te veranderen.
Wat zijn de besturingsmethoden van frequentieomvormers?
De vijf meest gebruikte manieren om motoren met frequentieomvormers aan te sturen zijn als volgt:
De uitgangsspanning van de laagspanningsfrequentieomvormer voor algemeen gebruik is 380-650V, het uitgangsvermogen is 0,75-400 kW, de werkfrequentie is 0-400 Hz en het hoofdcircuit maakt gebruik van een AC-DC-AC-circuit. De controlemethode heeft vier generaties doorgemaakt.
Sinusoïdale pulsbreedtemodulatie (SPWM)-besturingsmethode met U/f=C
De kenmerken zijn een eenvoudige regelcircuitstructuur, lage kosten, goede mechanische hardheid en kunnen voldoen aan de vereisten voor soepele snelheidsregeling van algemene transmissie. Het wordt veel gebruikt in verschillende industrieën.
Bij lage frequenties neemt het maximale uitgangskoppel echter af als gevolg van de lagere uitgangsspanning en de aanzienlijke invloed van het koppel op de daling van de statorweerstand.
Bovendien zijn de mechanische eigenschappen ervan toch niet zo moeilijk als die van DC-motoren.
Het dynamische koppelvermogen en de statische snelheidsregeling zijn nog niet bevredigend. De systeemprestaties zijn ook niet hoog; de regelcurve zal veranderen bij veranderingen in de belasting; koppelrespons is traag; De benuttingsgraad van het motorkoppel is niet hoog; de prestaties nemen af bij lage snelheden als gevolg van statorweerstand en dode zone-effecten van de omvormer terwijl de stabiliteit verslechtert enz.. Daarom hebben mensen vectorgestuurde snelheidsregeling met variabele frequentie onderzocht.
Controlemethode voor ruimtevectorpulsbreedtemodulatie (SVPWM).
Het is gebaseerd op het algehele generatie-effect van een driefasige golfvorm, met als doel het ideale cirkelvormige roterende magnetische veldtraject van de luchtspleet van de motor te benaderen. Het genereert een driefasige modulatiegolfvorm en bestuurt deze door een cirkel te benaderen met behulp van een ingeschreven veelhoek.
Na praktisch gebruik werden verbeteringen aangebracht door frequentiecompensatie te introduceren om snelheidsregelfouten te elimineren; het schatten van de fluxamplitude door middel van feedback om de invloed van statorweerstand bij lage snelheden te elimineren; en het sluiten van lussen voor uitgangsspanning en -stroom om de dynamische nauwkeurigheid en stabiliteit te verbeteren.
Er zijn echter veel schakelingen in de stuurcircuits, er is geen koppelaanpassing geïntroduceerd, dus de systeemprestaties zijn niet fundamenteel verbeterd.
Vectorcontrole (VC)-methode
De methode voor snelheidsregeling met variabele frequentie bij vectorbesturing is het omzetten van de statorstromen Ia, Ib, Ic van asynchrone motoren in tweefasige wisselstromen Ia1Ib1 onder stationaire coördinatensystemen door middel van driefasige naar tweefasige transformatie. Vervolgens worden ze omgezet in gelijkstroomstromen Im1 en It1 onder synchrone roterende coördinatensystemen door rotatietransformatie van de rotorveldoriëntatie (waarbij Im1 overeenkomt met de bekrachtigingsstroom in gelijkstroommotoren; It1 komt overeen met de ankerstroom evenredig met het koppel). De regelhoeveelheid voor DC-motoren wordt verkregen door hun regelmethoden te imiteren. Nadat overeenkomstige inverse coördinatentransformaties zijn uitgevoerd, kan asynchrone motorbesturing worden bereikt.
In wezen zijn AC-motoren gelijkwaardig aan DC-motoren en wordt onafhankelijke regeling afzonderlijk toegepast voor snelheids- en magnetische veldcomponenten. Door eerst de rotorflux te regelen en vervolgens de statorstroom te ontbinden in koppel- en magnetische veldcomponenten, gevolgd door orthogonale of ontkoppelde regeling via coördinatentransformaties. Het voorstel van de vectorbesturingsmethode was revolutionair maar in de praktijk moeilijk vanwege problemen bij het nauwkeurig waarnemen van de rotorflux, wat een grote invloed heeft op de systeemeigenschappen, evenals complexe vectorrotatietransformaties die worden gebruikt tijdens gelijkwaardige DC-motorbesturingen, waardoor de daadwerkelijke resultaten moeilijk te bereiken zijn om ideale analytische resultaten te bereiken.
De specifieke methode is:
Controleer de magnetische statorflux door een waarnemer voor de statormagnetische flux te introduceren om sensorloze controle te bereiken;
Automatische identificatie (ID) is afhankelijk van nauwkeurige wiskundige modellen van de motor om motorparameters automatisch te identificeren;
Bereken het werkelijke koppel, de magnetische statorflux en de rotorsnelheid in realtime op basis van werkelijke waarden die overeenkomen met de statorimpedantie, wederzijdse inductie, magnetische verzadigingsfactoren, traagheid, enz.;
Realiseer band-bandregeling door PWM-signalen te genereren op basis van de magnetische flux en het koppel voor het regelen van de schakelstatus van de omvormer.
Matrix-type AC-frequentieomvormer heeft een snelle koppelrespons (<2 ms), hoge snelheidsnauwkeurigheid (±2%, geen PG-feedback), hoge koppelnauwkeurigheid (<+3%); tegelijkertijd heeft het ook een hoger startkoppel en een hoge koppelnauwkeurigheid, vooral bij lage snelheden (inclusief 0-snelheid), kan het 150% ~ 200% van het nominale koppel leveren.
Hoe bestuurt de frequentieomvormer de motor? Hoe zijn ze met elkaar verbonden?
Het bedraden van de frequentieomvormer om een motor te besturen is relatief eenvoudig, vergelijkbaar met het bedraden van een contactor. Drie hoofdvoedingsdraden worden aangesloten en vervolgens naar de motor uitgevoerd. Er zijn echter verschillende manieren om de frequentieomvormer te besturen.
Laten we eerst eens kijken naar de klemaansluitingen van de frequentieomvormer. Hoewel er veel merken en verschillende bedradingsmethoden voor frequentieomvormers zijn, hebben de meeste vergelijkbare aansluitklemmen. Ze bevatten over het algemeen schakelingangen voor voorwaartse en achterwaartse rotatie die worden gebruikt om het starten en omkeren van motoren te regelen; feedbackterminals die worden gebruikt om feedback te geven over de bedrijfsstatus, zoals bedrijfsfrequentie, snelheid, foutstatus enz.; snelheidsregelaars die kunnen worden aangepast met behulp van potentiometers of knoppen, afhankelijk van verschillende soorten converters.
Controle kan worden bereikt via fysieke bedrading of communicatienetwerken. Veel frequentieregelaars ondersteunen nu communicatiebesturing, waardoor het starten/stoppen van de motor, het vooruit/achteruit draaien, de snelheidsaanpassing en feedbackinformatie via de communicatielijn kunnen worden verzonden.
Wat gebeurt er met het uitgangskoppel als de rotatiesnelheid (frequentie) van de motor verandert?
Het startkoppel en het maximale koppel moeten bij aandrijving door een frequentieomvormer kleiner zijn dan bij directe aandrijving via netvoeding.
Wanneer de motor wordt aangedreven door netstroom, is er een grote start- en acceleratie-impact. Bij voeding door een frequentieomvormer zijn deze effecten echter zwakker. Directe start op de netfrequentie produceert een grote startstroom. Bij gebruik van een frequentieomvormer worden de uitgangsspanning en frequentie van de omvormer geleidelijk aan de motor toegevoegd, waardoor de aanloopstroom en impact op de motor kleiner zijn.
Normaal gesproken neemt het door de motor gegenereerde koppel ook af naarmate de frequentie afneemt (de snelheid neemt af). De feitelijke gegevens voor deze daling zijn te vinden in enkele handleidingen voor frequentieomvormers.
Door gebruik te maken van een vectorbesturingsmethode met een magnetische fluxregelinverter kan het onvoldoende koppel bij lage snelheden van motoren worden verbeterd, zodat zelfs bij lage snelheden voldoende koppel kan worden geleverd.
Bij aanpassing aan frequenties groter dan 50 Hz met een frequentieregelaar (VFD) zal het uitgangskoppel van de motor afnemen.
Conventionele motoren zijn ontworpen en vervaardigd volgens de 50 Hz-spanningsnormen; hun nominale koppels worden ook binnen dit spanningsbereik gegeven. Daarom wordt snelheidsregeling onder de nominale frequenties snelheidsregeling met constant koppel genoemd (T=Te,P<=Pe).
Naarmate de VFD-uitgangsfrequenties hoger zijn dan 50 Hz, neemt de lineaire relatie tussen de geproduceerde koppels van motoren proportioneel af met toenemende frequenties.
Bij snelheden boven 50 Hz moet er rekening mee worden gehouden dat er onvoldoende uitgangskoppels optreden als gevolg van de belasting van elektromotoren.
Het geproduceerde koppel van een elektromotor die op 100 Hz werkt, zou bijvoorbeeld met ongeveer de helft afnemen in vergelijking met het koppel dat wordt geproduceerd terwijl hij op 50 Hz werkt.
Daarom wordt snelheidsregeling boven de nominale frequenties snelheidsregeling met constant vermogen genoemd (P=Ue*Ie).
Toepassing van frequentieomvormer boven 50 Hz
Zoals we weten, zijn voor een specifieke motor de nominale spanning en stroom constant.
Als de nominale waarden van zowel de frequentieomvormer als de motor 15 kW/380 V/30 A bedragen, kan de motor werken op frequenties boven 50 Hz.
Wanneer de snelheid 50 Hz is, is de uitgangsspanning van de frequentieomvormer 380 V en de stroom 30 A. Als we de uitgangsfrequentie verhogen naar 60 Hz, zullen de maximale uitgangsspanning en -stroom van de frequentieomvormer nog steeds slechts 380 V/30 A bedragen. Aangezien het uitgangsvermogen onveranderd blijft, wordt dit uiteraard constante vermogenssnelheidsregeling genoemd.
Hoe zit het in dit geval met het koppel?
Omdat P = wT (P: vermogen; w: hoeksnelheid; T: koppel), als P constant blijft maar w toeneemt, zal T dienovereenkomstig afnemen.
We kunnen het ook vanuit een ander perspectief bekijken:
De statorspanning U=E+I*R (I: stroom; R: elektrische weerstand; E: geïnduceerde elektromotorische kracht) van een motor,
Het is duidelijk dat wanneer U en I ongewijzigd blijven, E ook ongewijzigd blijft.
En E=kFX (k: constant; f: frequentie; X: magnetische flux). Dus als f verandert van 50-->60Hz,X neemt overeenkomstig af.
Voor een motor geldt T=KIX(K:constant;I:stroom;X:magnetische flux). Daarom zal T, naarmate de magnetische flux X afneemt, ook dienovereenkomstig afnemen.
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-->maximumkoppel blijft ongewijzigd).
Conclusie: Wanneer de uitgangsfrequentie van een frequentieomvormer hoger wordt dan 50 Hz, zal het uitgangskoppel van de motor afnemen.
Andere factoren die verband houden met het uitgangskoppel
Het verwarmings- en koelvermogen bepaalt het uitgangsstroomvermogen van de omvormer en beïnvloedt daarmee het uitgangskoppelvermogen van de omvormer.
Draaggolffrequentie: De nominale stroom aangegeven door algemene omvormers is gebaseerd op de waarde die continu kan worden afgegeven bij de hoogste draaggolffrequentie en de hoogste omgevingstemperatuur. Het verlagen van de draaggolffrequentie heeft geen invloed op de motorstroom. De verwarming van de componenten zal echter afnemen.
Omgevingstemperatuur: Net zoals het verhogen van de beveiligingsstroomwaarde van de omvormer bij het detecteren van lage omgevingstemperaturen niet nodig is.
Hoogte: Het vergroten van de hoogte beïnvloedt zowel de warmteafvoer als de isolatieprestaties. Over het algemeen kan dit onder de 1000 meter worden genegeerd, en een capaciteitsreductie van 5% per 1000 meter boven dit niveau is voldoende.
Hoe kan ik de frequentie van de motor aanpassen die wordt bestuurd door een frequentieregelaar?
In de bovenstaande samenvatting hebben we geleerd waarom het nodig is om een frequentieregelaar te gebruiken om de motor te besturen en hoe deze werkt. De besturing van de motor door de frequentieomvormer kan in twee punten worden samengevat: ten eerste, het regelen van de startspanning en -frequentie van de motor met de frequentieomvormer om een soepele start en stop te bereiken; ten tweede, het aanpassen van de snelheid van de motor door de frequentie te veranderen door gebruik te maken van een frequentieregelaar.
Er was een praktische vraag die door internetgebruikers werd opgeworpen: wat is de laagste frequentie die kan worden aangepast bij het aansturen van een gewone motor met een frequentieregelaar? Momenteel is het aangepast naar 60 Hz en de leider vroeg me om het Hz-nummer verder te verhogen. Het plan is om deze aan te passen naar 100Hz. Heeft iemand dit al eens aangepast naar 100 Hz? (Met welke factoren moet in soortgelijke situaties rekening worden gehouden?)
Laten we eens kijken hoe internetgebruikers reageren:
Netizen lpl53: We hebben 200HZ bereikt op industriële wasmachines, maar de stroom is niet hoog.
Netizen26584: De motor van de slijpmachine ligt over het algemeen tussen 100-110…
Netizen 82252031: Als er voldoende stroom is en er geen overmatige stroom in de motor zit, kan deze werken. Er moet echter aandacht worden besteed aan het meten van de temperatuur van motorlagers, abnormaal geluid en trillingen. Eén motor met variabele frequentie draait lange tijd op 70-80 Hz; zespolige motoren zijn eenvoudig uit te proberen, terwijl tweepolige motoren voorzichtigheid vereisen.
Netizen fsjnzhouyan: Dit hangt af van de kwaliteit van de siliciumstaalplaten die in motoren worden gebruikt. In eerdere gebruikssituaties waren er meestal geen problemen tot ongeveer 85 Hz; veel motoren kunnen hun nominale snelheid echter niet bereiken nadat ze zijn aangepast tot ongeveer 90 Hz vanwege magnetische verzadiging.
Netizen ZCMY: Het is het beste als u uw motorlagers vervangt door hogesnelheidslagers. Test ook op trillingen en zorg ervoor dat ze geschikt zijn voor belastingen zoals ventilatoren of waterpompen.
Netizen mengx9806: Ik heb het ooit aangepast tot 1210HZ met behulp van Dongyuan's elektrische machineserie A1000 variabele frequentieaandrijving, die twee jaar achter elkaar zonder problemen draaide zonder dat er grote problemen optraden, hoewel er kleine problemen kunnen optreden als er iets misgaat.
Netizen 68957: Ik heb geprobeerd het aan te passen tot 180, maar het werkte maar een korte tijd.
Netizen 1531214350: Ik heb eerder wasmachines gerepareerd en de motor was een gewone. Tijdens het centrifugeren draaide het op 150 Hz.
Ya de Ya: Als de frequentie van een gewone motor 20% hoger is dan de nominale frequentie, neemt het snelheidsverschil toe; naarmate de frequentie toeneemt, neemt ook dit snelheidsverschil toe.
Netizen kdrjl: Het lijkt erop dat er nog steeds te weinig kennis bestaat over de basisstructuur en het gebruik van AC-inductiemotoren. De hoogste snelheidslimiet voor het regelen van inductiemotoren ligt niet bij frequentieregelaars. Over het algemeen werken reguliere frequentieregelaars op frequenties die niet lager zijn dan 400 Hz in de V/F-modus (de frequentieregelaar van Siemens werkt bijvoorbeeld op 600 Hz). Voor vectorbesturing is de maximale werkfrequentielimiet 200-300 Hz, terwijl servobesturing zelfs nog hogere limieten kent. Als u de snelheid van uw inductiemotor tot 100 Hz wilt regelen met behulp van een frequentieregelaar, zijn er daarom geen technische obstakels of twijfels hierover.
De mechanische structuur van een inductiemotorrotor - zoals de kooistructuur - bepaalt de mechanische sterkte die verband houdt met de maximale rotatiesnelheid van het ontwerp; hoe sneller het draait, hoe groter de middelpuntvliedende kracht wordt. Daarom voldoet het over het algemeen aan ontwerpspecificaties op basis van hun maximale rotatiesnelheden, en hun mechanische sterkte kan niet oneindig groot zijn. De rotorlagers hebben ook een maximale rotatielimiet. Als u deze waarden overschrijdt, moet u dus begrijpen wat deze limieten zijn en deze indien nodig vervangen door hogesnelheidslagers.
Tenslotte mag het debuggen en instellen van de dynamische balans van de rotor de door de fabrikant aangegeven parameters niet overschrijden.
Samenvattend: bij het regelen van de snelheid van een inductiemotor via een frequentieregelaartoepassing van meer dan 100 Hz is het belangrijk eerst met de fabrikanten te overleggen of dit mogelijk is, of in plaats daarvan aangepaste motoren aan te vragen, om de betrouwbaarheid onder omstandigheden met hoge snelheden te garanderen. Als u besluit om niet via de fabrikanten te gaan, moet u eerst de dynamische balanstest van de rotor bepalen en vervolgens de maximale rotatiesnelheid van het lager bevestigen.
Als deze deze waarde overschrijdt, moet u ze vervangen door hogesnelheidslagers die aan de eisen ter plaatse kunnen voldoen. U moet ook rekening houden met problemen met de warmteafvoer.
Ten slotte zouden inductiemotoren met een vermogen van minder dan 100 kW, gebaseerd op ervaring, relatief geschikt moeten zijn om te draaien op frequenties binnen 100 Hz; Die van meer dan 100 kW kunnen echter het beste worden aangepast in plaats van te kiezen voor conventionele producten voor algemeen gebruik.
Netizen doet alsof: het hangt vooral van de motor zelf af. Als het oorspronkelijk een tweepolige motor met hoog vermogen is, is voorzichtigheid geboden. Industriële wasmachines zijn voorbeelden van veelvuldig gebruik van te hoge toerentallen, maar hun nominale snelheden zijn over het algemeen laag - meestal zespolige motoren. Ik heb gezien dat vierpolige motoren tot 120 Hz reiken.
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met de professionele fabrikant van elektromotoren - Dongchun motor China rechtstreeks
