เราทุกคนรู้ว่าตัวแปลงความถี่มีส่วนร่วมในงานไฟฟ้าควรฝึกฝนเทคโนโลยีการใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อควบคุมมอเตอร์เป็นวิธีการควบคุมไฟฟ้าที่พบได้ทั่วไป บางคนต้องการที่จะต้องใช้อย่างชำนาญ วันนี้ฉันจะจัดระเบียบและสรุปคะแนนความรู้ที่เกี่ยวข้องด้วยความรู้เนื้อหาหรือการทำซ้ำตื้น ๆ โดยมีเป้าหมายที่จะแบ่งปันความสัมพันธ์ที่ยอดเยี่ยมเหล่านั้นระหว่างตัวแปลงความถี่และมอเตอร์
ก่อนอื่นทำไมต้องใช้อินเวอร์เตอร์เพื่อควบคุมมอเตอร์?
เริ่มต้นด้วยความเข้าใจสั้น ๆ เกี่ยวกับอุปกรณ์ทั้งสองนี้
มอเตอร์เป็นภาระอุปนัยซึ่งขัดขวางการเปลี่ยนแปลงของกระแสและก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในปัจจุบันในระหว่างการเริ่มต้น
ตัวแปลงความถี่คือการใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์พลังงานเปิดและปิดการดำเนินการของแหล่งจ่ายไฟความถี่พลังงานจะถูกแปลงเป็นความถี่อื่นของอุปกรณ์ควบคุมพลังงานไฟฟ้า ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองส่วนของวงจรหนึ่งคือวงจรหลัก (โมดูล rectifier ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์และโมดูลอินเวอร์เตอร์) และอีกวงจรคือวงจรควบคุม (แผงแหล่งจ่ายไฟสลับแผงควบคุม)
เพื่อลดกระแสเริ่มต้นของมอเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมอเตอร์ที่มีพลังงานสูงขึ้นพลังงานที่สูงขึ้นกระแสเริ่มต้นที่สูงขึ้นกระแสเริ่มต้นที่มากเกินไปจะนำภาระที่ใหญ่ขึ้นไปยังแหล่งจ่ายไฟและเครือข่ายการกระจายและตัวแปลงความถี่ สามารถแก้ปัญหาการเริ่มต้นนี้ได้ช่วยให้มอเตอร์เริ่มต้นได้อย่างราบรื่นโดยไม่ทำให้เกิดกระแสเริ่มต้นมากเกินไป
ฟังก์ชั่นอีกอย่างหนึ่งของการใช้ตัวแปลงความถี่คือการควบคุมความเร็วของมอเตอร์หลายครั้งจำเป็นต้องควบคุมความเร็วของมอเตอร์เพื่อให้ได้ผลผลิตที่ดีขึ้นและการควบคุมความเร็วของตัวแปลงความถี่นั้นเป็นไฮไลต์ที่ใหญ่ที่สุดคือตัวแปลงความถี่โดยการเปลี่ยนความถี่ของ แหล่งจ่ายไฟเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์
วิธีการควบคุมตัวแปลงความถี่คืออะไร?
ห้าวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการควบคุมมอเตอร์อินเวอร์เตอร์มีดังนี้:
แรงดันไฟฟ้าอินเวอร์เตอร์อเนกประสงค์อเนกประสงค์ต่ำคือ 380-650 V, กำลังขับคือ 0 {75-400 kw ความถี่ในการทำงานคือ 0-400 Hz และวงจรหลักทั้งหมด -DC-AC Circuit โหมดการควบคุมของมันผ่านสี่ชั่วอายุคนต่อไปนี้
1U/f=C โหมดควบคุมความกว้างพัลส์ไซน์ (SPWM)
โดดเด่นด้วยโครงสร้างวงจรควบคุมอย่างง่ายต้นทุนที่ต่ำกว่าลักษณะทางกลของความแข็งก็ดีกว่าเพื่อให้ตรงกับการส่งผ่านความต้องการความเร็วที่ราบรื่นทั่วไปได้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในสาขาอุตสาหกรรมต่างๆ
อย่างไรก็ตามวิธีการควบคุมนี้ที่ความถี่ต่ำเนื่องจากแรงดันเอาต์พุตที่ต่ำกว่าแรงบิดโดยแรงดันไฟฟ้าความต้านทานสเตเตอร์นั้นมีความสำคัญมากขึ้นเพื่อให้แรงบิดสูงสุดของเอาต์พุตลดลง
นอกจากนี้ลักษณะทางกลของมันไม่ยากเท่ากับมอเตอร์ DC ความจุแรงบิดแบบไดนามิกและประสิทธิภาพความเร็วคงที่ไม่น่าพอใจและประสิทธิภาพของระบบไม่สูงเส้นโค้งการควบคุมจะเปลี่ยนไปตามภาระการตอบสนองแรงบิดช้า การใช้แรงบิดของมอเตอร์ไม่สูงความเร็วต่ำเนื่องจากความต้านทานสเตเตอร์และการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ deadband อินเวอร์เตอร์และการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพการเสื่อมสภาพของเสถียรภาพและอื่น ๆ ดังนั้นจึงมีการศึกษาการควบคุมความเร็วการแปลงความถี่ของเวกเตอร์
วิธีการควบคุม Vection Space Vector (SVPWM)
มันขึ้นอยู่กับหลักฐานของผลการสร้างโดยรวมของรูปคลื่นสามเฟสเพื่อประมาณวิถีการเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กแบบหมุนวงกลมในอุดมคติของช่องว่างอากาศของมอเตอร์เพื่อจุดประสงค์ในการสร้างรูปคลื่นแบบปรับสามเฟสในแต่ละครั้งและควบคุม วิธีการประมาณรูปหลายเหลี่ยมด้านในของวงกลม
มันได้รับการปรับปรุงหลังจากใช้งานจริงเช่นการชดเชยความถี่จะถูกนำเสนอซึ่งสามารถกำจัดข้อผิดพลาดของการควบคุมความเร็ว; แอมพลิจูดโซ่แม่เหล็กถูกประเมินโดยข้อเสนอแนะซึ่งจะช่วยลดอิทธิพลของความต้านทานสเตเตอร์ที่ความเร็วต่ำ และแรงดันเอาต์พุตและกระแสไฟฟ้าถูกปิดเพื่อปรับปรุงความแม่นยำและความเสถียรของการเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตามวงจรควบคุมมีลิงก์มากขึ้นและไม่แนะนำการควบคุมแรงบิดดังนั้นประสิทธิภาพของระบบจึงไม่ได้รับการปรับปรุงโดยพื้นฐาน
วิธีการควบคุมเวกเตอร์ (VC)
การฝึกฝนการควบคุมความถี่การควบคุมเวกเตอร์คือการแปลงสเตเตอร์ปัจจุบัน IA, IB, IC, ของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสในระบบพิกัดสามเฟสเป็น IA1IB1 กระแส AC ปัจจุบันในระบบพิกัดแบบคงที่สองเฟสผ่านสามเฟส-สองเฟส-สองเฟส-สองเฟส-สองเฟส การแปลงเฟสและจากนั้นผ่านการแปลงแบบโรตารี่ตามการวางแนวสนามแม่เหล็กโรเตอร์ซึ่งเทียบเท่ากับระบบพิกัดการหมุนแบบซิงโครนัสในกระแส DC IM1, IT1 (IM1 เท่ากับ (IM1 เทียบเท่ากับกระแสการกระตุ้นของมอเตอร์ DC; IT1 เทียบเท่ากับกระแสเกราะซึ่งเป็นสัดส่วนกับแรงบิด) จากนั้นเลียนแบบวิธีการควบคุมของมอเตอร์ DC เพื่อให้ได้ปริมาณการควบคุม ของมอเตอร์ DC และตระหนักถึงการควบคุมมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสหลังจากการเปลี่ยนแปลงผกผันที่สอดคล้องกันของพิกัด
ในสาระสำคัญมอเตอร์ AC นั้นเทียบเท่ากับมอเตอร์ DC และส่วนประกอบทั้งสองของความเร็วและสนามแม่เหล็กจะถูกควบคุมอย่างอิสระ โดยการควบคุมห่วงโซ่แม่เหล็กโรเตอร์จากนั้นย่อยสลายกระแสสเตเตอร์เพื่อให้ได้ส่วนประกอบแรงบิดและสนามแม่เหล็กผ่านการเปลี่ยนแปลงพิกัดเพื่อให้ตระหนักถึงการควบคุมแบบ orthogonal หรือ decoupled วิธีการควบคุมเวกเตอร์ที่เสนอนั้นมีความสำคัญในการสร้างยุค อย่างไรก็ตามในการใช้งานจริงเนื่องจากห่วงโซ่แม่เหล็กโรเตอร์นั้นยากที่จะสังเกตได้อย่างแม่นยำลักษณะของระบบได้รับผลกระทบอย่างมากจากพารามิเตอร์มอเตอร์และการเปลี่ยนแปลงการหมุนของเวกเตอร์ที่ใช้ในกระบวนการควบคุมของมอเตอร์ DC ที่เทียบเท่า ยากสำหรับผลการควบคุมจริงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ในอุดมคติ
วิธีการควบคุมแรงบิดโดยตรง (DTC)
ในปี 1985 ศาสตราจารย์ DePenbrock แห่งมหาวิทยาลัย Ruhr ในประเทศเยอรมนีเสนอเทคโนโลยีการแปลงความถี่ควบคุมแรงบิดโดยตรงเป็นครั้งแรก เทคโนโลยีนี้ได้แก้ไขข้อบกพร่องของการควบคุมเวกเตอร์ข้างต้นเป็นส่วนใหญ่และได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วด้วยแนวคิดการควบคุมใหม่โครงสร้างระบบที่กระชับและชัดเจนและประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพคงที่
ในปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ประสบความสำเร็จในการใช้กับไดรฟ์ AC ที่มีกำลังสูงสำหรับแรงดึงของหัวรถจักรไฟฟ้า การควบคุมแรงบิดโดยตรงวิเคราะห์แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์ AC โดยตรงในระบบพิกัดสเตเตอร์เพื่อควบคุมห่วงโซ่แม่เหล็กและแรงบิดของมอเตอร์ ไม่จำเป็นต้องเทียบเท่ามอเตอร์ AC กับมอเตอร์ DC ดังนั้นจึงกำจัดการคำนวณที่ซับซ้อนจำนวนมากในการเปลี่ยนแปลงการหมุนของเวกเตอร์ ไม่จำเป็นต้องเลียนแบบการควบคุมมอเตอร์ DC และไม่จำเป็นต้องทำให้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์ AC ง่ายขึ้นสำหรับ decoupling
วิธีการควบคุมเมทริกซ์ AC-AC
อินเวอร์เตอร์ VVVF, อินเวอร์เตอร์ควบคุมเวกเตอร์และอินเวอร์เตอร์ควบคุมแรงบิดโดยตรงเป็นอินเวอร์เตอร์ AC-DC-AC ทุกประเภท ข้อเสียที่พบบ่อยของพวกเขาคือปัจจัยพลังงานที่ป้อนเข้าต่ำกระแสฮาร์มอนิกสูงความต้องการตัวเก็บประจุพลังงานขนาดใหญ่ในวงจร DC และพลังงานการปฏิรูปไม่สามารถป้อนกลับไปยังกริดได้เช่นการดำเนินการสี่ควี่
ด้วยเหตุนี้อินเวอร์เตอร์เมทริกซ์ AC-AC จึงเข้ามา ในขณะที่อินเวอร์เตอร์เมทริกซ์ AC-AC กำจัดลิงก์ DC ระดับกลางจึงกำจัดตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ขนาดใหญ่ขนาดใหญ่ มันสามารถตระหนักถึงปัจจัยพลังงานของ L กระแสอินพุตคือไซน์และสามารถทำงานได้ในสี่ Quadrants ความหนาแน่นพลังงานของระบบมีขนาดใหญ่ เทคโนโลยียังไม่เป็นผู้ใหญ่ แต่ยังคงดึงดูดนักวิชาการหลายคนเพื่อศึกษาในเชิงลึก สาระสำคัญของมันคือการควบคุมกระแสแม่เหล็กและปริมาณอื่น ๆ โดยอ้อม แต่เพื่อให้เกิดแรงบิดโดยตรงเป็นปริมาณที่ควบคุมได้
วิธีเฉพาะคือ:
การควบคุมห่วงโซ่แม่เหล็กสเตเตอร์แนะนำผู้สังเกตการณ์โซ่แม่เหล็กสเตเตอร์เพื่อให้ตระหนักถึงวิธีการเซ็นเซอร์ความเร็วน้อย
การระบุอัตโนมัติ (ID) ขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำของมอเตอร์เพื่อระบุพารามิเตอร์มอเตอร์โดยอัตโนมัติ
คำนวณค่าจริงที่สอดคล้องกับอิมพีแดนซ์สเตเตอร์, การเหนี่ยวนำร่วมกัน, ปัจจัยความอิ่มตัวของแม่เหล็ก, ความเฉื่อย, ฯลฯ คำนวณแรงบิดจริง, ห่วงโซ่แม่เหล็กสเตเตอร์, ความเร็วโรเตอร์สำหรับการควบคุมแบบเรียลไทม์;
การรับรู้ของการควบคุมแบนด์แบนด์สร้างสัญญาณ PWM ตามการควบคุมวงแบนด์ของห่วงโซ่แม่เหล็กและแรงบิดเพื่อควบคุมสถานะการสลับอินเวอร์เตอร์
อินเวอร์เตอร์เมทริกซ์ AC-AC มีการตอบสนองแรงบิดที่รวดเร็ว (<2ms), high speed accuracy (±2%, no PG feedback), high torque accuracy (<+3%); it also has high starting torque and high torque accuracy, especially at low speeds (including 0 speeds), and it can output 150% to 200% torque.
จะควบคุมมอเตอร์โดยตัวแปลงความถี่ได้อย่างไร? พวกเขาเป็นอย่างไรบ้าง?
การเดินสายไฟควบคุมความถี่ตัวแปลงความถี่นั้นค่อนข้างง่ายโดยการเดินสายของคอนแทคก็เกือบจะเหมือนกันสามพลังงานหลักเข้าสู่สายและจากนั้นออกจากเส้นไปยังมอเตอร์ แต่หนึ่งในการตั้งค่าในการควบคุมการควบคุมของ ตัวแปลงความถี่เป็นมากกว่าวิธีที่แตกต่างกัน
ก่อนอื่นมาดูเทอร์มินัลอินเวอร์เตอร์แม้ว่าแบรนด์จะมีมากขึ้นการเดินสายก็แตกต่างกัน แต่เทอร์มินัลอินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่ไม่มากเกินไป โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นอินพุตการสลับบวกและลบใช้เพื่อควบคุมมอเตอร์มากกว่าจุดเริ่มต้นของบวกและลบ เทอร์มินัลตอบรับที่ใช้ในการตอบกลับสถานะการทำงานของมอเตอร์รวมถึงความถี่การทำงานความเร็วสถานะความผิดปกติและอื่น ๆ การควบคุมการตั้งค่าความเร็วตัวแปลงความถี่บางตัวใช้โพเทนชิออมิเตอร์บางตัวใช้กุญแจโดยตรงไม่สามารถเข้าถึงได้
ผ่านการเดินสายทางกายภาพเพื่อควบคุมวิธีการมีอีกวิธีหนึ่งคือไปที่เครือข่ายการสื่อสารตัวแปลงความถี่จำนวนมากในขณะนี้สนับสนุนการควบคุมการสื่อสารคุณสามารถควบคุมมอเตอร์ผ่านสายการสื่อสารเพื่อเริ่มและหยุดส่งต่อและย้อนกลับปรับเปลี่ยน ความเร็ว ฯลฯ ในเวลาเดียวกันข้อมูลข้อเสนอแนะจะถูกส่งผ่านการสื่อสาร
จะเกิดอะไรขึ้นกับแรงบิดเอาท์พุทเมื่อความเร็วในการหมุน (ความถี่) ของมอเตอร์เปลี่ยนไป?
แรงบิดเริ่มต้นและแรงบิดสูงสุดของไดรฟ์อินเวอร์เตอร์นั้นน้อยกว่าไดรฟ์โดยตรงด้วยแหล่งจ่ายไฟความถี่อุตสาหกรรม
มอเตอร์มีแรงกระแทกเริ่มต้นและเร่งความเร็วขนาดใหญ่เมื่อขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายไฟความถี่อุตสาหกรรม แต่แรงกระแทกเหล่านี้จะอ่อนแอลงเมื่อขับเคลื่อนโดยอินเวอร์เตอร์ การเริ่มต้นโดยตรงที่ความถี่อุตสาหกรรมจะสร้างกระแสเริ่มต้นขนาดใหญ่ เมื่อใช้ตัวแปลงความถี่แรงดันเอาต์พุตและความถี่ของตัวแปลงความถี่จะค่อยๆถูกเพิ่มเข้าไปในมอเตอร์ดังนั้นมอเตอร์ที่สตาร์ทกระแสและแรงกระแทกจึงมีขนาดเล็กลง
โดยปกติแล้วแรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์จะลดลงด้วยความถี่ (ลดความเร็ว) ข้อมูลจริงสำหรับการลดลงจะได้รับในคู่มืออินเวอร์เตอร์สำหรับภาพประกอบ
ด้วยการใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีการควบคุมเวกเตอร์ฟลักซ์การขาดแรงบิดที่ความเร็วมอเตอร์ต่ำจะดีขึ้นและมอเตอร์จะสร้างแรงบิดเพียงพอแม้ในโซนความเร็วต่ำ
เมื่อตัวแปลงความถี่ควบคุมความเร็วเป็นความถี่มากกว่า 50 Hz แรงบิดเอาท์พุทของมอเตอร์จะลดลง
โดยปกติแล้วมอเตอร์ได้รับการออกแบบและผลิตสำหรับแรงดันไฟฟ้า 50Hz และแรงบิดที่ได้รับการจัดอันดับของพวกเขายังได้รับในช่วงแรงดันไฟฟ้านี้ ดังนั้นการควบคุมความเร็วต่ำกว่าความถี่ที่กำหนดเรียกว่าการควบคุมความเร็วแรงบิดคงที่ (t=te, p, p<=Pe)
เมื่อความถี่เอาท์พุทของอินเวอร์เตอร์มากกว่าความถี่มากกว่า 50Hz แรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์จะต้องลดลงในความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงสัดส่วนผกผันกับความถี่
เมื่อมอเตอร์ทำงานด้วยความเร็วมากกว่าความถี่มากกว่า 50Hz ต้องพิจารณาขนาดของโหลดมอเตอร์เพื่อป้องกันการขาดแรงบิดออกมอเตอร์
ตัวอย่างเช่นแรงบิดที่ผลิตโดยมอเตอร์ที่ 100 Hz จะลดลงเหลือประมาณ 1/2 ของแรงบิดที่ผลิตที่ 50 Hz
ดังนั้นการควบคุมความเร็วเหนือความถี่ที่กำหนดเรียกว่าการควบคุมความเร็วพลังงานคงที่ (p=ue*ie)
การประยุกต์ใช้ตัวแปลงความถี่สูงกว่า 50Hz
อย่างที่คุณทราบสำหรับมอเตอร์เฉพาะแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับและกระแสไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับจะคงที่
ตัวอย่างเช่นค่าอินเวอร์เตอร์และมอเตอร์ที่ได้รับการจัดอันดับคือ: 15kW/380V/30A มอเตอร์สามารถทำงานได้สูงกว่า 50Hz
เมื่อความเร็ว 50Hz แรงดันเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์คือ 380V กระแสคือ 30A ในเวลานี้ถ้าคุณเพิ่มความถี่เอาต์พุตเป็น 60Hz แรงดันไฟฟ้าสูงสุดและกระแสไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์สามารถเป็น 380V/30A เท่านั้น เห็นได้ชัดว่ากำลังเอาต์พุตยังคงไม่เปลี่ยนแปลงดังนั้นเราจึงเรียกมันว่าการควบคุมความเร็วพลังงานคงที่
สถานการณ์แรงบิดในเวลานี้คืออะไร?
เนื่องจาก p=wt (w; ความเร็วเชิงมุม, t: แรงบิด) เนื่องจาก p ไม่เปลี่ยนแปลง W เพิ่มขึ้นดังนั้นแรงบิดจะลดลงตามลำดับ
นอกจากนี้เรายังสามารถดูได้อีกวิธีหนึ่ง:
แรงดันไฟฟ้าสเตเตอร์ของมอเตอร์ u=e + i * r (i คือกระแส, r คือความต้านทานทางอิเล็กทรอนิกส์ e คือศักยภาพที่เกิดขึ้น)
จะเห็นได้ว่าเมื่อคุณและฉันคงที่ E ก็คงที่เช่นกัน
And E=k*f*X (k: constant; f: frequency; X: magnetic flux), so when f from 50 -->60Hz, x จะลดลงตามลำดับ
สำหรับมอเตอร์ t=k*i*x (k: ค่าคงที่; i: current; x: ฟลักซ์) ดังนั้นแรงบิด t จะลดลงด้วยฟลักซ์ x
Meanwhile, less than 50Hz, the flux (X) is constant when U/f=E/f is constant because I*R is very small. Torque T is proportional to current. This is why the overcurrent capability of an inverter is usually used to describe its overload (torque) capability and is called constant torque speed regulation (constant rated current -->แรงบิดสูงสุดคงที่)
สรุป: แรงบิดเอาท์พุทของมอเตอร์ลดลงเมื่อความถี่เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์เพิ่มขึ้นจาก 50Hz หรือมากกว่า
ปัจจัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับแรงบิดออก
การสร้างความร้อนและความสามารถในการกระจายความร้อนเป็นตัวกำหนดความสามารถในการส่งออกของอินเวอร์เตอร์ซึ่งส่งผลต่อความสามารถแรงบิดออกของอินเวอร์เตอร์
ความถี่ของพาหะ: กระแสไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับโดยอินเวอร์เตอร์ทั่วไปเป็นความถี่ของพาหะสูงสุดอุณหภูมิสูงสุดสามารถมั่นใจได้ว่าค่าเอาต์พุตต่อเนื่องลดความถี่ของพาหะกระแสมอเตอร์จะไม่ได้รับผลกระทบ แต่ความร้อนของส่วนประกอบจะลดลง
อุณหภูมิโดยรอบ: เช่นเดียวกับที่จะไม่เพิ่มค่าการป้องกันอินเวอร์เตอร์เมื่อตรวจพบอุณหภูมิโดยรอบที่จะลดลง
ระดับความสูง: ความสูงที่เพิ่มขึ้นมีผลต่อการกระจายความร้อนและประสิทธิภาพของฉนวน โดยทั่วไปต่ำกว่า 1,000m สามารถเพิกเฉยได้สูงกว่าทุก 1,000 เมตรเพื่อลดความจุ 5%