El convertidor de frecuencia es una tecnología que se debe dominar al realizar trabajos eléctricos. El uso de un convertidor de frecuencia para controlar el motor es un método común en el control eléctrico; algunos también requieren competencia en su uso.
1.En primer lugar, ¿por qué utilizar un convertidor de frecuencia para controlar un motor?
El motor es una carga inductiva, lo que dificulta el cambio de corriente y producirá un gran cambio de corriente al arrancar.
El inversor es un dispositivo de control de energía eléctrica que utiliza la función de encendido y apagado de dispositivos semiconductores de potencia para convertir la fuente de alimentación de frecuencia industrial en otra frecuencia. Se compone principalmente de dos circuitos, uno es el circuito principal (módulo rectificador, condensador electrolítico y módulo inversor) y el otro es el circuito de control (placa de alimentación conmutada, placa de circuito de control).
Para reducir la corriente de arranque del motor, especialmente el motor con mayor potencia, cuanto mayor es la potencia, mayor es la corriente de arranque. Una corriente de arranque excesiva supondrá una mayor carga para la red de suministro y distribución de energía. El convertidor de frecuencia puede resolver este problema de arranque y permitir que el motor arranque suavemente sin provocar una corriente de arranque excesiva.
Otra función del uso de un convertidor de frecuencia es ajustar la velocidad del motor. En muchos casos, es necesario controlar la velocidad del motor para obtener una mejor eficiencia de producción, y la regulación de velocidad del convertidor de frecuencia siempre ha sido su mayor punto culminante. El convertidor de frecuencia controla la velocidad del motor cambiando la frecuencia de la fuente de alimentación.
2. ¿Cuáles son los métodos de control del inversor?
Los cinco métodos más utilizados para controlar motores con inversor son los siguientes:
A. Método de control de modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM)
Sus características son una estructura de circuito de control simple, bajo costo, buena dureza mecánica y puede cumplir con los requisitos de regulación de velocidad suave de la transmisión general. Ha sido ampliamente utilizado en diversos campos de la industria.
Sin embargo, a bajas frecuencias, debido al bajo voltaje de salida, el par se ve significativamente afectado por la caída de voltaje de la resistencia del estator, lo que reduce el par máximo de salida.
Además, sus características mecánicas no son tan fuertes como las de los motores de CC, y su capacidad de par dinámico y su rendimiento de regulación de velocidad estática no son satisfactorios. Además, el rendimiento del sistema no es alto, la curva de control cambia con la carga, la respuesta del par es lenta, la tasa de utilización del par del motor no es alta y el rendimiento disminuye a baja velocidad debido a la existencia de resistencia del estator y del inversor muerto. efecto de zona y la estabilidad se deteriora. Por lo tanto, la gente ha estudiado la regulación de velocidad de frecuencia variable del control vectorial.
B. Método de control del vector espacial de voltaje (SVPWM)
Se basa en el efecto de generación general de la forma de onda trifásica, con el propósito de aproximarse a la trayectoria ideal del campo magnético giratorio circular del entrehierro del motor, generando una forma de onda de modulación trifásica a la vez y controlándola de la manera de polígono inscrito que se aproxima al círculo.
Después del uso práctico, se ha mejorado, es decir, se ha introducido compensación de frecuencia para eliminar el error de control de velocidad; estimar la amplitud del flujo mediante retroalimentación para eliminar la influencia de la resistencia del estator a baja velocidad; cerrar el voltaje de salida y el bucle de corriente para mejorar la precisión y la estabilidad dinámicas. Sin embargo, hay muchos enlaces de circuitos de control y no se introduce ningún ajuste de par, por lo que el rendimiento del sistema no ha mejorado fundamentalmente.
C. Método de control de vectores (VC)
La esencia es hacer que el motor de CA sea equivalente a un motor de CC y controlar de forma independiente la velocidad y el campo magnético. Al controlar el flujo del rotor, la corriente del estator se descompone para obtener los componentes del par y del campo magnético, y la transformación de coordenadas se utiliza para lograr un control ortogonal o desacoplado. La introducción del método de control de vectores tiene una importancia trascendental. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, dado que el flujo del rotor es difícil de observar con precisión, las características del sistema se ven muy afectadas por los parámetros del motor, y la transformación de rotación vectorial utilizada en el proceso de control del motor de CC equivalente es relativamente compleja, lo que dificulta el proceso real. efecto de control para lograr el resultado de análisis ideal.
D. Método de control directo de par (DTC)
En 1985, el profesor DePenbrock de la Universidad del Ruhr en Alemania propuso por primera vez la tecnología de conversión de frecuencia de control directo del par. Esta tecnología ha resuelto en gran medida las deficiencias del control vectorial mencionado anteriormente y se ha desarrollado rápidamente con ideas de control novedosas, una estructura de sistema clara y concisa y un excelente rendimiento dinámico y estático.
En la actualidad, esta tecnología se ha aplicado con éxito a la tracción de transmisión de CA de alta potencia de locomotoras eléctricas. El control directo de par analiza directamente el modelo matemático de los motores de CA en el sistema de coordenadas del estator y controla el flujo magnético y el par del motor. No es necesario equiparar los motores de CA con los motores de CC, lo que elimina muchos cálculos complejos en la transformación de rotación vectorial; no necesita imitar el control de los motores de CC, ni simplificar el modelo matemático de los motores de CA para su desacoplamiento.
E. Método de control Matrix AC-AC
La conversión de frecuencia VVVF, la conversión de frecuencia de control vectorial y la conversión de frecuencia de control de par directo son todos tipos de conversión de frecuencia AC-DC-AC. Sus desventajas comunes son el bajo factor de potencia de entrada, la gran corriente armónica, el gran condensador de almacenamiento de energía requerido para el circuito de CC y la energía regenerativa no puede retroalimentarse a la red eléctrica, es decir, no puede operar en cuatro cuadrantes.
Por esta razón surgió la conversión de frecuencia matricial AC-AC. Dado que la conversión de frecuencia de matriz CA-CA elimina el enlace de CC intermedio, elimina el condensador electrolítico grande y costoso. Puede alcanzar un factor de potencia de 1, una corriente de entrada sinusoidal y puede funcionar en cuatro cuadrantes, y el sistema tiene una alta densidad de potencia. Aunque esta tecnología aún no está madura, todavía atrae a muchos académicos a realizar investigaciones en profundidad. Su esencia no es controlar indirectamente la corriente, el flujo magnético y otras cantidades, sino utilizar directamente el par como cantidad controlada para lograrlo.
3. ¿Cómo controla un convertidor de frecuencia un motor? ¿Cómo están conectados los dos?
El cableado del inversor para controlar el motor es relativamente simple, similar al cableado del contactor, con tres líneas de alimentación principales que entran y salen del motor, pero la configuración es más complicada y las formas de controlar el inversor también son diferente.
En primer lugar, para el terminal del inversor, aunque existen muchas marcas y diferentes métodos de cableado, los terminales de cableado de la mayoría de los inversores no son muy diferentes. Generalmente dividido en entradas de interruptor de avance y retroceso, se utiliza para controlar el arranque de avance y retroceso del motor. Los terminales de retroalimentación se utilizan para retroalimentar el estado operativo del motor,incluyendo frecuencia de operación, velocidad, estado de falla, etc.
Para el control de la configuración de velocidad, algunos convertidores de frecuencia usan potenciómetros, algunos usan botones directamente, todos los cuales se controlan mediante cableado físico. Otra forma es utilizar una red de comunicación. Muchos convertidores de frecuencia ahora admiten control de comunicación. La línea de comunicación se puede utilizar para controlar el arranque y parada, la rotación hacia adelante y hacia atrás, el ajuste de velocidad, etc. del motor. Al mismo tiempo, la información de retroalimentación también se transmite a través de la comunicación.
4. ¿Qué sucede con el par de salida de un motor cuando cambia su velocidad de rotación (frecuencia)?
El par de arranque y el par máximo cuando son impulsados por un convertidor de frecuencia son menores que cuando son impulsados directamente por una fuente de alimentación.
El motor tiene un gran impacto en el arranque y la aceleración cuando se alimenta con una fuente de alimentación, pero estos impactos son más débiles cuando se alimenta con un convertidor de frecuencia. El arranque directo con una fuente de alimentación generará una gran corriente de arranque. Cuando se utiliza un convertidor de frecuencia, el voltaje de salida y la frecuencia del convertidor de frecuencia se agregan gradualmente al motor, por lo que la corriente de arranque del motor y el impacto son menores. Por lo general, el par generado por el motor disminuye a medida que disminuye la frecuencia (disminuye la velocidad). Los datos reales de la reducción se explicarán en algunos manuales del convertidor de frecuencia.
El motor habitual está diseñado y fabricado para un voltaje de 50 Hz y su par nominal también se proporciona dentro de este rango de voltaje. Por lo tanto, la regulación de velocidad por debajo de la frecuencia nominal se denomina regulación de velocidad de par constante. (T=Te, P<=Pe)
Cuando la frecuencia de salida del convertidor de frecuencia es superior a 50 Hz, el par generado por el motor disminuye en una relación lineal inversamente proporcional a la frecuencia.
Cuando el motor funciona a una frecuencia superior a 50 Hz, se debe considerar el tamaño de la carga del motor para evitar un par de salida insuficiente del motor.
Por ejemplo, el par generado por el motor a 100 Hz se reduce a aproximadamente la mitad del par generado a 50 Hz.
Por lo tanto, la regulación de velocidad por encima de la frecuencia nominal se denomina regulación de velocidad de potencia constante. (P=Ue*Es decir).
5.Aplicación de convertidor de frecuencia por encima de 50 Hz.
Para un motor específico, su tensión nominal y su corriente nominal son constantes.
Por ejemplo, si los valores nominales del inversor y del motor son ambos: 15kW/380V/30A, el motor puede funcionar por encima de 50Hz.
Cuando la velocidad es de 50 Hz, el voltaje de salida del inversor es de 380 V y la corriente es de 30 A. En este momento, si la frecuencia de salida aumenta a 60 Hz, el voltaje y la corriente de salida máximos del inversor solo pueden ser 380 V/30 A. Obviamente, la potencia de salida permanece sin cambios, por eso lo llamamos regulación de velocidad de potencia constante.
¿Cómo es el torque en este momento?
Debido a que P = wT (w; velocidad angular, T: par), dado que P permanece sin cambios y w aumenta, el par disminuirá en consecuencia.
También podemos verlo desde otro ángulo:
El voltaje del estator del motor es U=E+I*R (I es corriente, R es resistencia electrónica y E es potencial inducido).
Se puede observar que cuando U y I no cambian, E tampoco cambia.
Y E=k*f*X (k: constante; f: frecuencia; X: flujo magnético), por lo que cuando f cambia de 50–>60 Hz, X disminuirá en consecuencia.
Para el motor, T=K*I*X (K: constante; I: corriente; X: flujo magnético), por lo que el par T disminuirá a medida que disminuya el flujo magnético X.
Al mismo tiempo, cuando es inferior a 50 Hz, dado que I*R es muy pequeño, cuando U/f=E/f no cambia, el flujo magnético (X) es constante. El par T es proporcional a la corriente. Es por eso que la capacidad de sobrecorriente del inversor generalmente se usa para describir su capacidad de sobrecarga (par), y se llama regulación de velocidad de par constante (la corriente nominal permanece sin cambios–>el par máximo permanece sin cambios)
Conclusión: cuando la frecuencia de salida del inversor aumenta por encima de 50 Hz, el par de salida del motor disminuirá.
6.Otros factores relacionados con el par de salida
La capacidad de generación y disipación de calor determina la capacidad de corriente de salida del inversor, lo que afecta la capacidad de par de salida del inversor.
1. Frecuencia portadora: la corriente nominal marcada en el inversor es generalmente el valor que puede garantizar una salida continua a la frecuencia portadora más alta y la temperatura ambiente más alta. La reducción de la frecuencia portadora no afectará la corriente del motor. Sin embargo, se reducirá la generación de calor de los componentes.
2. Temperatura ambiente: Al igual que el valor de corriente de protección del inversor, no aumentará cuando se detecte que la temperatura ambiente es relativamente baja.
3. Altitud: El aumento de altitud tiene un impacto en la disipación de calor y el rendimiento del aislamiento. Generalmente, se puede ignorar por debajo de los 1000 m y la capacidad se puede reducir en un 5% por cada 1000 metros por encima.
7. ¿Cuál es la frecuencia adecuada para que un convertidor de frecuencia controle un motor?
En el resumen anterior, hemos aprendido por qué se utiliza el inversor para controlar el motor y también hemos entendido cómo el inversor controla el motor. El inversor controla el motor, que se puede resumir de la siguiente manera:
Primero, el inversor controla el voltaje de arranque y la frecuencia del motor para lograr un arranque y una parada suaves;
En segundo lugar, el inversor se utiliza para ajustar la velocidad del motor y la velocidad del motor se ajusta cambiando la frecuencia.
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Hora de publicación: 09-sep-2024