Egenskaper och tillämpningar av motorer med variabel frekvens 2022

Abstrakt.

Det här dokumentet handlar om egenskaperna hos växelriktarmotorn, tillämpnings- och styrprincipen för växelriktarmotorn, designegenskaperna framhävs, och även tillämpningen av växelriktarmotor med variabel frekvensdrift och gemensam motor jämförs.

Nyckelord

AC-hastighetskontrollteknik; inverter; steglös variabel hastighet; isoleringsnivå; vektorkontroll; direkt vridmomentkontroll, elmotor, VFD-motor, tillverkare

Introduktion

Med den snabba utvecklingen av kraftelektronik och nya halvledarenheter har AC-hastighetskontrolltekniken kontinuerligt förbättrats och förbättrats, och växelriktare används i stor utsträckning i AC-motorer för deras goda uteffektvågform och utmärkta prestanda-prisförhållande.

Till exempel: stålverk för valsning av stora motorer och medelstora och små rullmotorer, järnvägar och stadstrafik med dragmotorer, hissmotorer, lyftmotorer för containerlyftutrustning, pumpar och fläktar med motorer, kompressorer, hushållsapparater med motorer, etc. har använt AC-motorer med variabel hastighet med frekvensomriktare och uppnått goda resultat.

Användningen av AC-motor med variabel frekvens än DC-hastighetsmotor har betydande fördelar.

(1) enkel och lätt att justera hastigheten, spara energi.

(2) AC-induktionsmotorstrukturen är enkel, liten storlek, liten tröghet, låg kostnad, lätt underhåll, hållbar.

3） Det kan utöka kapaciteten, realisera höghastighets- och högspänningsdrift.

4） Det kan realisera mjukstart och snabb inbromsning.

5) Gnistfri, explosionssäker och stark miljöanpassning.

Under de senaste åren har frekvensomvandlingen hastighetskontroll överföringsenhet till 13% till 16% årlig tillväxttakt, och har gradvis ersatt det mesta av trenden för DC hastighetskontroll överföringsenhet.

Eftersom den vanliga asynkronmotorn som arbetar med konstant frekvens och spänningsförsörjning har stora begränsningar när den appliceras på styrsystemet för variabla frekvenshastigheter, har av denna anledning den speciella växelströmsmotorn med variabel frekvens utformad enligt tillfällets användning och användningskrav. tagit fram.

Det finns främst växelriktarmotorer för lågt brus och låga vibrationer, växelriktarmotorer med förbättrade låghastighetsvridmomentegenskaper, höghastighetsväxelriktarmotorer, motorer med varvtalsmätningsgeneratorer och vektorstyrda växelriktarmotorer.

Huvuddragen och styrprincipen för frekvensomvandlingsmotorn

Frekvenskonvertering specialmotor har följande egenskaper.

(1) B-nivå temperaturökningsdesign, F-nivå isoleringstillverkning.

Genom att använda polymerisoleringsmaterial och vakuumtrycksdoppande färgtillverkningsprocess och speciell isoleringsstruktur förbättras den elektriska lindningsisoleringens spänningsresistans och mekaniska styrka avsevärt, vilket är kapabelt till höghastighetsdrift av motorn och motstår den högfrekventa strömpåverkan från omriktaren och spänningsskador på isoleringen.

(2) hög balanskvalitet, vibrationsnivå R (vibrationsreduceringsnivå) bearbetningsprecision för mekaniska delar

Användningen av speciella högprecisionslager kan vara höghastighetsdrift i motorns hastighet.

(3) påtvingad ventilation och värmeavledningssystem, alla använder importerade axialfläktar ultratyst, hög livslängd, stark vind.

För att skydda motorn i vilken hastighet som helst, få effektiv värmeavledning, kan uppnå höghastighets- eller låghastighetsdrift på lång sikt.

4）Jämfört med den traditionella frekvensomvandlingsmotorn,

med ett bredare utbud av hastighetsreglering och högre designkvalitet, genom den speciella magnetfältsdesignen, för att ytterligare undertrycka det höga harmoniska magnetfältet, för att möta designindexet för bred frekvens, energibesparing och lågt brus.

5） Med ett brett utbud av konstant vridmoment och effekthastighetsregleringsegenskaper, mjuk hastighetsreglering, ingen vridmomentpulsering.

Med alla typer av frekvensomvandlare har bra parametermatchning, med vektorkontroll, kan realisera nollhastighet fullt vridmoment, lågfrekvent högt vridmoment och hög precision hastighetskontroll, positionskontroll och snabb dynamisk responskontroll.

(6) Frekvensomvandlingsspecialmotor kan utrustas med bromsar och kodare,

för att erhålla exakt parkering och realisera högprecisionshastighetskontroll genom sluten hastighetskontroll.

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

(7) Invertermotorn har god mångsidighet,

dess installationsstorlek överensstämmer med IEC-standarden och är utbytbar med generella standardmotorer.

Hastigheten på asynkronmotorn är proportionell mot frekvensen när rotationshastigheten inte ändras mycket, så att ändra frekvensen på strömförsörjningen kan ändra hastigheten på asynkronmotorn.

Vid frekvensreglering förväntas huvudflödet förbli konstant.

Om huvudflödet är större än flödet i normal drift kommer magnetkretsen att övermättas och excitationsströmmen kommer att öka och effektfaktorn minskas.

Om huvudflödet är mindre än flödet vid normal drift kommer motorns vridmoment att minska.

I början av 2000-talet antar växelriktaren som används huvudsakligen AC-DC-läget (VVVF-frekvensomvandling eller vektorstyrningsfrekvensomvandling), som först omvandlar växelströmsförsörjningen till likström genom likriktaren och sedan omvandlar likströmmen till frekvens och Spänning.

DC-strömförsörjningen omvandlas till DC-ström av likriktare och sedan till AC-ström med kontrollerad frekvens och spänning för att försörja trefasmotorn.

Växelriktarens krets består i allmänhet av fyra delar: likriktare, mellanliggande DC-länk, växelriktare och styrning.

Likriktaren är en okontrollerad likriktare av trefas bryggtyp, växelriktaren är en IGBT trefas bryggtypsväxelriktare med PWM-vågformsutgång, och den mellanliggande likströmslänken är för filtrering, DC-energilagring och buffring av reaktiv effekt.

VFD-motor - frekvensomvandlingsmotorapplikation

Frekvensomvandlingsmotor har blivit det vanliga hastighetskontrollprogrammet, kan användas i stor utsträckning i alla samhällsskikt steglös överföring med variabel hastighet.

Speciellt med den allt mer utbredda tillämpningen av växelriktare inom området industriell styrning, ökar användningen av växelriktarmotor alltmer, på grund av växelriktarmotorns överlägsenhet i frekvensstyrning jämfört med vanlig motor, där växelriktaren används finns växelriktarmotorer.

De sociala fördelarna med nationaliserade högspänningsväxelriktare är betydande, främst energibesparing, resursbesparing och minskning av miljöföroreningar.

Eliminera växelströmsmotorns startchock och påverkan på elnätet och minska felfrekvensen för elmotorn och utrustningen.

Förbättra kontrollprecisionen och automationsgraden.

De ekonomiska fördelarna med frekvensomvandlingshastighetskontroll är anmärkningsvärda.

För centrifugalpumpar och fläktar är vätskeflödet proportionellt mot den primära sidan av varvtalet, vridmomentet är proportionellt mot den sekundära sidan av hastigheten, och effekten är proportionell mot den tertiära sidan av hastigheten, hastigheten minskar och motorns effektförbrukning minskar i tre riktningar, så den energibesparande effekten av frekvensomvandlingshastighetskontroll är mycket betydande.

Om flödeshastigheten minskar, minskar rotationshastigheten, strömmen minskar och motorns effektförbrukning minskar, vilket teoretiskt sparar energi.

Om den ursprungliga användningen av spjäll, ventilreglering, flödeshastigheten minskar, tryckhöjden ökar, motoreffekten minskar, så att den variabla frekvenshastighetsregleringen än spjällen, ventiltyp reglering energibesparing.

Förutom energibesparing och effektivitet, för olika belastningar, finns det några indirekta ekonomiska fördelar, främst effektfaktor kan förbättras, för att uppnå mjukstart, minska startvridmomentet på den elektriska och mekaniska skadan på motorn, smidig, stabil och hög precisionskontroll.

2000-talet, varvtalsreglering med variabel frekvens har blivit det vanliga hastighetskontrollprogrammet, kan användas i stor utsträckning i alla samhällsskikt steglös överföring med variabel hastighet.

Designegenskaper hos motorer med variabel frekvens

3.1 Elektromagnetisk design

De viktigaste prestandaparametrarna som beaktas vid konstruktionen av vanliga asynkronmotorer är överbelastningskapacitet, startprestanda, effektivitet och effektfaktor.

När det gäller invertermotorn, eftersom den kritiska nedkopplingshastigheten är omvänt proportionell mot strömförsörjningsfrekvensen.

Den kan startas direkt när den kritiska nedläggningshastigheten är nära 1.

Därför behöver överbelastningskapaciteten och startprestandan inte längre beaktas mycket, och nyckelfrågan som ska lösas är hur man kan förbättra motorns anpassningsförmåga till den icke-sinusformade strömförsörjningen.

Den elektromagnetiska designen fokuserar på följande aspekter:

1) Minska stator- och rotorresistansen så mycket som möjligt, minskning av statorresistansen kan minska den grundläggande kopparförbrukningen för att kompensera för ökningen av kopparförbrukningen orsakad av höga övertoner.

2) För att undertrycka de höga övertonerna i strömmen måste AC-motorns induktans ökas på lämpligt sätt.

Men rotorslitsens läckagemotstånd är större, och dess hudeffekt är också större, och kopparförbrukningen av höga övertoner ökar också.

Därför bör storleken på motorläckagereaktansen ta hänsyn till rimligheten av impedansmatchning i hela hastighetsområdet.

3) Den huvudsakliga magnetiska kretsen i växelriktarmotorn är generellt utformad för att vara omättad, en är att överväga att höga övertoner kommer att fördjupa den magnetiska kretsmättnaden, och den andra är att överväga att vid låg frekvens bör växelriktarens utspänning ökas på lämpligt sätt för att förbättra det utgående vridmomentet.

3.2 Konstruktionsdesign

Strukturdesign, överväg huvudsakligen också effekterna av icke-sinusformade kraftegenskaper på isoleringsstrukturen hos växelriktarmotorn, vibrationer, bullerkylningsläge etc., var i allmänhet uppmärksam på följande frågor.

(1) isoleringsnivå, i allmänhet F-nivå eller högre, för att stärka isoleringen till jord och linjesvängisoleringsstyrka, särskilt för att överväga isoleringens förmåga att motstå stötspänning.

(2) Motorns vibrationer och buller, vi bör fullt ut överväga styvheten hos motorkomponenterna och helheten och göra vårt bästa för att förbättra dess inneboende frekvens för att undvika resonansfenomenet med varje kraftvåg.

(3) Kylmetod: använd i allmänhet forcerad ventilationskylning, det vill säga att huvudmotorns kylfläkt drivs av en oberoende motor.

(4) Åtgärder för att förhindra axelström, lagerisoleringsåtgärder bör vidtas för motorer med kapacitet över 160KW.

Främst är det lätt att producera magnetisk kretsasymmetri, vilket också kommer att producera axelström.

När strömmarna som produceras av andra högfrekventa komponenter kombineras, kommer axelströmmen att öka kraftigt, vilket kommer att leda till lagerskador, så isoleringsåtgärder bör vidtas i allmänhet.

5） För motorer med variabel frekvens med konstant effekt, när hastigheten överstiger 3000/min, bör specialfett med hög temperaturbeständighet användas för att kompensera för temperaturökningen i lagret.

Skillnaden mellan invertermotor och vanlig motor

De flesta vanliga inhemska motorer kan endast köras under villkoren AC380V/50HZ, vanliga motorer kan minska eller öka användningsfrekvensen.

Men intervallet kan inte vara för stort, annars kommer motorn att värmas upp eller till och med brinna. Invertermotorer kan användas vid vilken hastighet som helst inom dess hastighetsområde, och motorn kommer inte att skadas.

I allmänhet, frekvensomvandlingsinduktionsmotor med 100 % nominell belastning i intervallet 10 % till 100 % nominell hastighet kontinuerlig drift, kommer temperaturökningen inte att överstiga motorns standardvärde.

Det mesta av värmeavledningen för vanliga motorer är av luftsjälvkylande typ, och motorns värmeavledning beror på att de två pumphjulen körs i änden av motorn.

När motorns hastighet är låg blir motorns värmeavledning ett problem.

Jämfört med vanliga motorer är priset på invertermotorer inte mycket dyrare, och fördelarna är uppenbara.

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.

Över 3000r/min bör specialfett med hög temperaturbeständighet användas för att kompensera för temperaturökningen i lagren.

Sekundär vridmomentbelastning, när hastigheten minskas, minskas vridmomentet också, och värmegenereringen minskas också, lämplig för val av vanlig motor för frekvensomvandling, i den faktiska hastigheten är inte mindre än 40% av den synkrona hastigheten att använda.

Andra belastningar, vid körning med 60 % synkronhastighet och över, använd vanliga motorer.

När du kör med 25%-60% synkron hastighet, använd extern växelriktarbur typ för forcerad kylning, typ trefas asynkronmotor, d.v.s. specialmotor för frekvensomvandling.

När hastigheten är under 25 % synkronhastighet, använd en helt forcerad kylmotor. Det vill säga vektor specialmotor.

Hastigheten som styrs av olika frekvensomvandlingskontrollmetoder är olika.

Hastighetsintervallet som styrs av U/F-kontrollmetoden är 150-1470 m/min; intervallet för varvtal som styrs av vektorstyrning utan hastighetssensor och direkt vridmomentkontroll är 60-1500m/min; hastighetsintervallet som styrs av vektorstyrning med hastighetssensor och direkt vridmomentkontroll, intervallet för reglerhastighet är 5-1500m/min, och driftstabiliteten vid 5m/min är inte särskilt bra.

Efter att ha antagit frekvensomformaren kan motorn startas med mycket låg frekvens och spänning utan inkopplingsström, och kan använda olika bromsmetoder som tillhandahålls av frekvensomformaren för snabb bromsning,

vilket skapar förutsättningar för frekvent start och bromsning, så att motorns mekaniska system och elektromagnetiska system påverkas av cyklisk växelkraft,

vilket leder till trötthet och accelererade åldringsproblem till den mekaniska strukturen och isoleringsstrukturen.

FM-tekniken kräver tre huvudaspekter av motorn: isoleringsnivå, forcerad kylning och rotorlager.

Om hastigheten regleras uppåt bortom grundfrekvensen beaktas även motorstrukturens mekaniska styrka.

Slutsats

Motorns verkningsgrad och temperaturökning kommer att vara cirka 10 % högre i växelriktardrift, och temperaturökningen kommer att vara cirka 20 % mindre, särskilt i lågfrekvensområdet för vektorstyrning eller direkt vridmomentkontroll.

Invertermotorn är bättre än den vanliga motorn för de tillfällen som behöver frekvent start, hastighetsreglering och bromsning.

När det gäller elektromagnetiskt brus och vibrationer har invertermotorer lägre ljud och mindre elektromagnetiska vibrationer än vanliga motorer när de drivs av inverter.

Eftersom växelriktarmotorn är konstruerad för växelriktardrift kan den motstå större spänningsförändringar och isoleringshållfastheten hos växelriktarmotorn är högre.

Speciellt i DTC-styrläge är det ett bra test för motorns isoleringsstyrka.

Den största skillnaden är att invertermotorn har extra värmeavledning (tvungen ventilation med separata axialfläktar).

Värmeavledningen i lågfrekventa, DC-bromsar och vissa speciella tillämpningar är mycket bättre än vanliga asynkrona AC-motorer.

Hitta detaljerna om VFD Frequency Variable Motor från professionell tillverkare