W artykule omówiono charakterystykę silnika inwertorowego, zastosowanie i zasadę sterowania silnikiem inwerterowym, podkreślono cechy konstrukcyjne, a także porównano zastosowanie silnika inwerterowego z przetwornicą częstotliwości i wspólnym silnikiem.
Słowa kluczowe
Technologia kontroli prędkości prądu przemiennego; falownik; bezstopniowa zmienna prędkość; poziom izolacji; kontrola wektorowa; bezpośrednia kontrola momentu obrotowego, silnik elektryczny, silnik VFD, producent
Wstęp
Wraz z szybkim rozwojem energoelektroniki i nowych urządzeń półprzewodnikowych, technologia kontroli prędkości prądu przemiennego jest stale udoskonalana i udoskonalana, a falowniki są szeroko stosowane w silnikach prądu przemiennego ze względu na dobry kształt fali wyjściowej i doskonały stosunek wydajności do ceny.
Na przykład: huty do walcowania dużych silników oraz średnich i małych silników walcowych, koleje i miejska komunikacja kolejowa z silnikami trakcyjnymi, silniki wind, silniki podnoszące do urządzeń do podnoszenia kontenerów, pompy i wentylatory z silnikami, sprężarki, sprzęt gospodarstwa domowego z silnikami itp. stosują silniki o zmiennej prędkości prądu przemiennego z napędami o zmiennej częstotliwości i osiągają dobre wyniki.
Zastosowanie silnika o zmiennej częstotliwości prądu przemiennego niż silnika o prędkości prądu stałego ma znaczące zalety.
(1) prosta i łatwa regulacja prędkości, oszczędzająca energię.
(2) Konstrukcja silnika indukcyjnego prądu przemiennego jest prosta, ma niewielkie rozmiary, małą bezwładność, niski koszt, łatwą konserwację i trwałość.
3) Może zwiększyć pojemność, realizować pracę z dużą prędkością i wysokim napięciem.
4) Może realizować łagodny start i szybkie hamowanie.
5) Nieiskrzące, przeciwwybuchowe i o dużej zdolności adaptacji do środowiska.
W ostatnich latach urządzenie do transmisji kontroli prędkości z konwersją częstotliwości osiągnęło roczną stopę wzrostu od 13% do 16% i stopniowo zastąpiło większość trendów w urządzeniach do transmisji kontroli prędkości prądu stałego.
Ponieważ zwykły silnik asynchroniczny pracujący przy zasilaniu o stałej częstotliwości i napięciu ma duże ograniczenia w zastosowaniu do układu sterowania prędkością o zmiennej częstotliwości, z tego powodu opracowano specjalny silnik elektryczny prądu przemiennego o zmiennej częstotliwości, zaprojektowany zgodnie z przeznaczeniem i wymaganiami użytkowania.
Wyróżnia się głównie silniki inwerterowe charakteryzujące się niskim poziomem hałasu i wibracji, silniki inwertorowe z ulepszoną charakterystyką momentu obrotowego przy niskich prędkościach, wysokoobrotowe silniki inwerterowe, silniki z generatorami pomiaru prędkości oraz silniki inwerterowe sterowane wektorowo.
Główne cechy i zasada sterowania silnika konwersji częstotliwości
Specjalny silnik do konwersji częstotliwości ma następujące cechy.
(1) Projekt wzrostu temperatury na poziomie B, produkcja izolacji na poziomie F.
Przyjmując polimerowy materiał izolacyjny i proces produkcji farby zanurzeniowej pod ciśnieniem oraz specjalną konstrukcję izolacji, znacznie poprawiono odporność na napięcie izolacji uzwojenia elektrycznego i wytrzymałość mechaniczną, co pozwala na pracę silnika z dużą prędkością i jest odporny na wpływ prądu o wysokiej częstotliwości falownika i uszkodzenie izolacji przez napięcie.
(2) wysoka jakość wyważenia, poziom wibracji R (poziom redukcji wibracji), precyzja obróbki części mechanicznych
Zastosowanie specjalnych łożysk o wysokiej precyzji umożliwia pracę z dużą prędkością przy prędkości silnika.
(3) system wymuszonej wentylacji i odprowadzania ciepła, wszystkie wykorzystujące importowane wentylatory osiowe, wyjątkowo ciche, o wysokiej żywotności i silnym wietrze.
Aby chronić silnik przy dowolnej prędkości, uzyskać skuteczne odprowadzanie ciepła, można osiągnąć długoterminową pracę z dużą lub niską prędkością.
4) W porównaniu z tradycyjnym silnikiem konwersji częstotliwości,
z szerszym zakresem regulacji prędkości i wyższą jakością konstrukcji, dzięki specjalnej konstrukcji pola magnetycznego, w celu dalszego tłumienia pola magnetycznego o wysokiej harmonicznej, w celu spełnienia wskaźnika projektowego obejmującego szeroką częstotliwość, oszczędność energii i niski poziom hałasu.
5) Szeroki zakres charakterystyk regulacji stałego momentu obrotowego i prędkości mocy, płynna regulacja prędkości, brak pulsacji momentu obrotowego.
Wszystkie rodzaje przetwornic częstotliwości mają dobre dopasowanie parametrów, ze sterowaniem wektorowym, mogą realizować pełny moment obrotowy przy zerowej prędkości, wysoki moment obrotowy przy niskiej częstotliwości i wysoką precyzję sterowania prędkością, sterowanie położeniem i szybką kontrolę odpowiedzi dynamicznej.
(6) Specjalny silnik do konwersji częstotliwości może być wyposażony w hamulce i enkodery,
aby uzyskać dokładne parkowanie i zrealizować wysoce precyzyjną kontrolę prędkości poprzez kontrolę prędkości w pętli zamkniętej.
Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.
(7) Silnik falownika ma dobrą wszechstronność,
jego rozmiar montażowy jest zgodny z normą IEC i jest wymienny z silnikami o ogólnym standardzie.
Prędkość silnika asynchronicznego jest proporcjonalna do częstotliwości, gdy prędkość obrotowa nie zmienia się zbytnio, więc zmiana częstotliwości zasilania może zmienić prędkość silnika asynchronicznego.
Przy regulacji częstotliwości oczekuje się, że główny strumień pozostanie stały.
Jeśli główny strumień jest większy niż strumień podczas normalnej pracy, obwód magnetyczny zostanie przesycony, a prąd wzbudzenia wzrośnie, a współczynnik mocy zmniejszy się.
Jeśli główny strumień jest mniejszy niż strumień podczas normalnej pracy, moment obrotowy silnika zostanie zmniejszony.
Na początku XXI wieku używany falownik przyjmuje głównie tryb AC-DC (konwersja częstotliwości VVVF lub konwersja częstotliwości sterowania wektorowego), który najpierw przekształca zasilacz prądu przemiennego na prąd stały przez prostownik, a następnie przekształca moc prądu stałego na częstotliwość i napięcie.
Zasilanie prądem stałym jest przekształcane na prąd stały za pomocą prostownika, a następnie na prąd przemienny o kontrolowanej częstotliwości i napięciu w celu zasilania silnika trójfazowego.
Obwód falownika składa się zazwyczaj z czterech części: prostownika, pośredniego łącza prądu stałego, falownika i układu sterującego.
Prostownik to trójfazowy niesterowany prostownik mostkowy, falownik to trójfazowy falownik mostkowy IGBT z wyjściem w postaci fali PWM, a pośrednie łącze prądu stałego służy do filtrowania, magazynowania energii prądu stałego i buforowania mocy biernej.
Silnik VFD – zastosowanie silnika z konwersją częstotliwości
Silnik konwersji częstotliwości stał się głównym programem kontroli prędkości i może być szeroko stosowany we wszystkich dziedzinach życia bezstopniowej przekładni o zmiennej prędkości.
Zwłaszcza w obliczu coraz szerszego zastosowania falownika w sterowaniu przemysłowym, zastosowanie silnika inwertorowego staje się coraz szersze, ze względu na przewagę silnika inwertorowego w sterowaniu częstotliwością w porównaniu ze zwykłym silnikiem, w którym stosowany jest falownik.
Korzyści społeczne znacjonalizowanych urządzeń inwerterowych wysokiego napięcia są znaczące, obejmują głównie oszczędność energii, oszczędność zasobów i zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska.
Wyeliminuj wstrząs rozruchowy silnika prądu przemiennego i wpływ na sieć energetyczną oraz zmniejsz awaryjność silnika elektrycznego i sprzętu.
Popraw precyzję sterowania i stopień automatyzacji.
Korzyści ekonomiczne kontroli prędkości z konwersją częstotliwości są niezwykłe.
W przypadku pomp odśrodkowych i wentylatorów przepływ płynu jest proporcjonalny do pierwotnej strony prędkości, moment obrotowy jest proporcjonalny do wtórnej strony prędkości, a moc jest proporcjonalna do trzeciorzędnej strony prędkości, prędkość maleje, a pobór mocy silnika maleje w trzech kierunkach, więc efekt oszczędzania energii wynikający z kontroli prędkości z konwersją częstotliwości jest bardzo znaczący.
Jeśli natężenie przepływu maleje, zmniejsza się prędkość obrotowa, zmniejsza się prąd i zmniejsza się pobór mocy silnika, teoretycznie oszczędzając energię.
Jeśli oryginalne zastosowanie przepustnic, regulacja zaworów, zmniejsza natężenie przepływu, zwiększa się wysokość ciśnienia, zmniejsza się moc silnika, tak że regulacja prędkości ze zmienną częstotliwością niż przepustnice, regulacja typu zaworu oszczędza energię.
Oprócz oszczędności energii i wydajności, dla różnych obciążeń istnieją pewne pośrednie korzyści ekonomiczne, głównie można poprawić współczynnik mocy, aby uzyskać miękki start, zmniejszyć moment rozruchowy przy uszkodzeniach elektrycznych i mechanicznych silnika, płynne, stabilne i wysoce precyzyjne sterowanie.
W XXI wieku sterowanie prędkością ze zmienną częstotliwością stało się głównym programem kontroli prędkości i może być szeroko stosowane we wszystkich dziedzinach życia. Bezstopniowa przekładnia o zmiennej prędkości.
Cechy konstrukcyjne silników o zmiennej częstotliwości
3.1 Konstrukcja elektromagnetyczna
Głównymi parametrami wydajnościowymi uwzględnianymi przy projektowaniu zwykłych silników asynchronicznych są zdolność przeciążeniowa, wydajność rozruchowa, sprawność i współczynnik mocy.
Jeśli chodzi o silnik falownika, ponieważ krytyczna prędkość ograniczania jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości zasilania.
Można go rozpocząć bezpośrednio, gdy krytyczny współczynnik ograniczania jest bliski 1.
Dlatego też przeciążalność i wydajność rozruchowa nie wymagają już większego uwzględnienia, a kluczowym problemem do rozwiązania jest poprawa zdolności adaptacji silnika do zasilania niesinusoidalnego.
Projekt elektromagnetyczny koncentruje się na następujących aspektach:
1) Zmniejsz rezystancję stojana i wirnika tak bardzo, jak to możliwe. Zmniejszenie rezystancji stojana może zmniejszyć podstawowe zużycie miedzi, aby zrekompensować wzrost zużycia miedzi spowodowany wysokimi harmonicznymi.
2) Aby stłumić wysokie harmoniczne prądu, należy odpowiednio zwiększyć indukcyjność silnika prądu przemiennego.
Ale rezystancja wycieku szczeliny wirnika jest większa, a efekt naskórkowania jest również większy, a także wzrasta zużycie miedzi w przypadku wysokich harmonicznych.
Dlatego wielkość reaktancji rozproszenia silnika powinna uwzględniać zasadność dopasowania impedancji w całym zakresie prędkości.
3) Główny obwód magnetyczny silnika falownika jest ogólnie zaprojektowany jako nienasycony, należy wziąć pod uwagę, że wysokie harmoniczne pogłębią nasycenie obwodu magnetycznego, a drugim należy wziąć pod uwagę, że przy niskiej częstotliwości napięcie wyjściowe falownika powinno zostać odpowiednio zwiększone, aby poprawić wyjściowy moment obrotowy.
3.2 Projekt konstrukcji
Projekt konstrukcji, uwzględniający głównie wpływ niesinusoidalnej charakterystyki mocy na strukturę izolacji silnika falownika, wibracje, tryb chłodzenia hałasem itp., ogólnie zwraca uwagę na następujące kwestie.
(1) poziom izolacji, zazwyczaj poziom F lub wyższy, w celu wzmocnienia izolacji do uziemienia i wytrzymałości izolacji zwoju linii, szczególnie w celu uwzględnienia zdolności izolacji do wytrzymywania napięcia udarowego.
(2) Wibracje i hałas silnika. Powinniśmy w pełni wziąć pod uwagę sztywność elementów silnika i całości oraz dołożyć wszelkich starań, aby poprawić jego częstotliwość wrodzoną, aby uniknąć zjawiska rezonansu przy każdej fali siły.
(3) Metoda chłodzenia: zazwyczaj stosuje się chłodzenie z wymuszoną wentylacją, to znaczy główny wentylator chłodzący silnik napędzany jest przez niezależny silnik.
(4) W przypadku silników o mocy powyżej 160 kW należy zastosować środki zapobiegające prądowi na wale oraz środki izolacji łożysk.
Zasadniczo łatwo jest wytworzyć asymetrię obwodu magnetycznego, która będzie również wytwarzać prąd na wale.
Gdy prądy wytwarzane przez inne elementy o wysokiej częstotliwości zostaną połączone razem, prąd na wale zostanie znacznie zwiększony, co doprowadzi do uszkodzenia łożyska, dlatego ogólnie należy podjąć środki izolacyjne.
5) W przypadku silnika o zmiennej częstotliwości o stałej mocy, gdy prędkość przekracza 3000/min, należy zastosować specjalny smar odporny na wysoką temperaturę, aby skompensować wzrost temperatury łożyska.
Różnica między silnikiem inwerterowym a zwykłym silnikiem
Większość zwykłych silników domowych może pracować tylko w warunkach AC380V/50HZ, zwykłe silniki mogą zmniejszać lub zwiększać częstotliwość użytkowania.
Ale zasięg nie może być zbyt duży, w przeciwnym razie silnik nagrzeje się, a nawet spali. Silniki inwerterowe mogą być używane przy dowolnej prędkości w jego zakresie prędkości, a silnik nie ulegnie uszkodzeniu.
Ogólnie rzecz biorąc, silnik indukcyjny z konwersją częstotliwości przy 100% obciążeniu znamionowym w zakresie od 10% do 100% prędkości znamionowej przy pracy ciągłej, wzrost temperatury nie przekroczy standardowej dopuszczalnej wartości silnika.
Większość rozpraszania ciepła w zwykłych silnikach ma charakter samochłodzący powietrzem, a rozpraszanie ciepła przez silnik zależy od ubijania dwóch wirników na końcu silnika.
Gdy prędkość silnika jest niska, rozpraszanie ciepła przez silnik staje się problemem.
W porównaniu ze zwykłymi silnikami cena silników inwerterowych nie jest dużo wyższa, a zalety są oczywiste.
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.
Powyżej 3000 obr./min należy zastosować specjalny smar odporny na wysoką temperaturę, aby skompensować wzrost temperatury łożysk.
Obciążenie wtórne momentem obrotowym, gdy prędkość jest zmniejszona, zmniejsza się również moment obrotowy, a także zmniejsza się wytwarzanie ciepła, co jest odpowiednie dla wyboru zwykłego silnika do konwersji częstotliwości, przy rzeczywistej prędkości wynoszącej nie mniej niż 40% używanej prędkości synchronicznej.
Inne obciążenia, pracujące z prędkością synchroniczną 60% i wyższą, wykorzystują zwykłe silniki.
Podczas pracy z prędkością synchroniczną 25%-60% należy zastosować trójfazowy silnik asynchroniczny klatkowy z wymuszonym chłodzeniem, tj. specjalny silnik do konwersji częstotliwości.
Gdy prędkość jest niższa niż 25% prędkości synchronicznej, należy zastosować silnik z całkowicie wymuszonym chłodzeniem. Oznacza to, że specjalny silnik wektorowy.
Prędkość kontrolowana różnymi metodami kontroli konwersji częstotliwości jest inna.
Zakres prędkości kontrolowanej metodą sterowania U/F wynosi 150-1470m/min; zakres prędkości sterowany wektorowo bez czujnika prędkości i bezpośredniego sterowania momentem wynosi 60-1500m/min; zakres prędkości sterowany jest sterowaniem wektorowym z czujnikiem prędkości i bezpośrednią regulacją momentu obrotowego, zakres prędkości sterowania wynosi 5-1500m/min, a stabilność pracy przy 5m/min nie jest zbyt dobra.
Po zastosowaniu przetwornicy częstotliwości silnik można uruchomić przy bardzo niskiej częstotliwości i napięciu bez prądu rozruchowego i można zastosować różne metody hamowania dostarczane przez przetwornicę częstotliwości w celu szybkiego hamowania,
co stwarza warunki do częstego rozruchu i hamowania, przez co na układ mechaniczny i układ elektromagnetyczny silnika działa cyklicznie zmienna siła,
co powoduje problemy związane ze zmęczeniem i przyspieszonym starzeniem się struktury mechanicznej i struktury izolacji.
Technologia FM wymaga trzech głównych aspektów silnika: poziomu izolacji, wymuszonego chłodzenia i łożysk wirnika.
Jeśli prędkość jest regulowana w górę powyżej częstotliwości podstawowej, brana jest pod uwagę również wytrzymałość mechaniczna konstrukcji silnika.
Wniosek
Sprawność i wzrost temperatury silnika będą o około 10% wyższe w przypadku napędu falownikowego, a wzrost temperatury będzie o około 20% mniejszy, szczególnie w obszarze niskich częstotliwości przy sterowaniu wektorowym lub bezpośrednim sterowaniu momentem.
Silnik inwerterowy jest lepszy od zwykłego silnika w przypadkach, gdy wymagane jest częste uruchamianie, regulacja prędkości i hamowanie.
Jeśli chodzi o hałas i wibracje elektromagnetyczne, silniki inwerterowe charakteryzują się niższym poziomem hałasu i wibracji elektromagnetycznych niż zwykłe silniki napędzane falownikiem.
Ponieważ silnik falownika jest przeznaczony do napędu falownika, może wytrzymać większe zmiany napięcia, a wytrzymałość izolacji silnika falownika jest wyższa.
Szczególnie w trybie sterowania DTC jest to doskonały test wytrzymałości izolacji silnika.
Główna różnica polega na tym, że silnik inwerterowy zapewnia dodatkowe odprowadzanie ciepła (wymuszona wentylacja z oddzielnymi wentylatorami osiowymi).
Rozpraszanie ciepła przy niskiej częstotliwości, hamowaniu prądem stałym i niektórych zastosowaniach specjalnych jest znacznie lepsze niż w przypadku normalnych silników asynchronicznych prądu przemiennego.
Znajdź szczegółowe informacje na temat silnika o zmiennej częstotliwości VFD od profesjonalnego producenta
Silnik Dongchun oferuje szeroką gamę silników elektrycznych stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, takich jak transport, infrastruktura i budownictwo.
Przejdź do treści 
