Este documento trata sobre las características del motor del inversor, el principio de aplicación y control del motor del inversor, se resaltan las características de diseño y también se comparan la aplicación del motor del inversor con accionamiento de frecuencia variable y motor común.
Palabras clave
Tecnología de control de velocidad de CA; inversor; Velocidad variable sin paso; nivel de aislamiento; control de vector; Control de par directo, motor eléctrico, motor VFD, fabricante
Introducción
Con el rápido desarrollo de la electrónica de potencia y los nuevos dispositivos semiconductores, la tecnología de control de velocidad de CA se ha mejorado y mejorado continuamente, y los inversores se usan ampliamente en motores de CA por su buena forma de onda de salida y su excelente relación rendimiento-precio.
Por ejemplo: acerías para laminación de motores grandes y motores de rodillos medianos y pequeños, ferrocarriles y tránsito ferroviario urbano con motores de tracción, motores elevadores, motores elevadores para equipos elevadores de contenedores, bombas y ventiladores con motores, compresores, electrodomésticos con motores, etc. han estado utilizando motores de CA de velocidad variable con variadores de frecuencia y lograron buenos resultados.
El uso de un motor de velocidad de frecuencia variable de CA en lugar de un motor de velocidad de CC tiene ventajas significativas.
(1) simple y fácil de ajustar la velocidad, ahorrando energía.
(2) La estructura del motor de inducción de CA es simple, de tamaño pequeño, pequeña inercia, bajo costo, fácil mantenimiento y duradero.
3）Puede ampliar la capacidad, realizar operaciones de alta velocidad y alto voltaje.
4）Puede realizar un arranque suave y un frenado rápido.
5) Adaptabilidad ambiental fuerte, a prueba de explosiones y sin chispas.
En los últimos años, el dispositivo de transmisión de control de velocidad de conversión de frecuencia a una tasa de crecimiento anual del 13% al 16%, y ha reemplazado gradualmente la mayor parte de la tendencia del dispositivo de transmisión de control de velocidad de CC.
As the ordinary asynchronous motor working with constant frequency and voltage power supply has great limitations when applied to the variable frequency speed control system, for this reason, the special variable frequency AC electric motor designed according to the use of the occasion and use requirements has been developed.
There are mainly inverter motors for low noise and low vibration, inverter motors with improved low-speed torque characteristics, high-speed inverter motors, motors with speed measurement generators and vector-controlled inverter motors.
The main features and control principle of frequency conversion motor
Frequency conversion special motor has the following characteristics.
(1) B-level temperature rise design, F-level insulation manufacturing.
Adoptar el material de la pintura de la pintura de la presión de la presión de la presión del polímero y la presión de vacío y la estructura especial de aislamiento, la resistencia del voltaje de aislamiento del devanado eléctrico y la resistencia mecánica se mejoran en gran medida, lo que es capaz de operar a alta velocidad del motor y resistiendo el impacto de corriente de alta frecuencia del inversor y el inversor y Daño de voltaje al aislamiento.
(2) Calidad de alto equilibrio, Nivel de vibración R (Nivel de reducción de vibración) Precisión de procesamiento de piezas mecánicas
El uso de rodamientos especiales de alta precisión puede ser una operación de alta velocidad a la velocidad del motor.
(3) Sistema de ventilación forzada y disipación de calor, todos utilizando ventiladores axiales importados ultra quitéticos, vida alta y viento fuerte.
Para proteger el motor a cualquier velocidad, obtenga una disipación de calor efectiva, puede lograr una operación a largo plazo de alta o baja velocidad.
4）En comparación con el motor de conversión de frecuencia tradicional,
con un rango más amplio de regulación de velocidad y una mayor calidad de diseño, por el diseño de campo magnético especial, para suprimir aún más el campo magnético armónico alto, para cumplir con el índice de diseño de frecuencia amplia, ahorro de energía y bajo nivel de ruido.
5）Con una amplia gama de características de regulación de velocidad de potencia y par constante, regulación de velocidad suave, sin pulsación de par.
With all kinds of frequency converters have good parameter matching, with vector control, can realize zero speed full torque, low frequency high torque and high precision speed control, position control and fast dynamic response control.
(6) Frequency conversion special motor can be equipped with brakes and encoders,
so as to obtain accurate parking and realize high-precision speed control through closed-loop speed control.
Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.
(7) The inverter motor has good versatility,
its installation size conforms to IEC standard and is interchangeable with general standard motors.
La velocidad del motor asincrónico es proporcional a la frecuencia cuando la velocidad de rotación no cambia mucho, por lo que cambiar la frecuencia de la fuente de alimentación puede cambiar la velocidad del motor asincrónico.
En la regulación de la frecuencia, se espera que el flujo principal permanezca constante.
Si el flujo principal es más grande que el flujo en el funcionamiento normal, el circuito magnético se saturará sobresaturado y la corriente de excitación aumentará, y el factor de potencia se reducirá.
Si el flujo principal es más pequeño que el flujo en el funcionamiento normal, el par motor se reducirá.
A principios del siglo XXI, el inversor utilizado adopta principalmente el modo AC-DC (conversión de frecuencia VVVF o conversión de frecuencia de control de vectores), que primero convierte la fuente de alimentación de CA a la alimentación de CC a través del rectificador, y luego convierte la potencia de CC en frecuencia y frecuencia Voltaje.
La fuente de alimentación de CC se convierte en alimentación de CC por rectificador, y luego a la alimentación de CA con frecuencia controlada y voltaje para suministrar el motor trifásico.
El circuito del inversor generalmente consta de cuatro partes: rectificador, enlace de CC intermedio, inversor y control.
El rectificador es un rectificador no controlado de tipo puente trifásico, el inversor es un inversor tipo puente trifásico IGBT con salida de forma de onda PWM, y el enlace de CC intermedio es para filtrar, almacenar energía de CC y amortiguar la potencia reactiva.
VFD Motor - Aplicación del motor de conversión de frecuencia
El motor de conversión de frecuencia se ha convertido en el programa de control de velocidad convencional, puede usarse ampliamente en todos los ámbitos de la vida de la transmisión de velocidad variable sin pasos.
Especially with the increasingly widespread application of inverter in the field of industrial control, the use of inverter motor is increasingly expanding, due to the superiority of inverter motor in frequency control compared to ordinary motor, where the inverter is used there are inverter motor.
Los beneficios sociales de los dispositivos inversores de alto voltaje nacionalizados son significativos, principalmente el ahorro de energía, el ahorro de recursos y la reducción de la contaminación ambiental.
Elimine el choque de arranque del motor de CA y el impacto en la red eléctrica, y reduzca la tasa de fallas del motor eléctrico y el equipo.
Mejorar la precisión del control y el grado de automatización.
Los beneficios económicos del control de velocidad de conversión de frecuencia son notables.
For centrifugal pumps and fans, fluid flow is proportional to the primary side of the speed, torque is proportional to the secondary side of the speed, and power is proportional to the tertiary side of the speed, the speed decreases, and motor power consumption decreases in three directions, so the power saving effect of frequency conversion speed control is very significant.
If the flow rate decreases, the rotational speed decreases, the current decreases, and the power consumption of the motor decreases, theoretically saving energy.
If the original use of dampers, valve regulation, the flow rate decreases, the pressure head increases, the motor power decreases, so that the variable frequency speed regulation than the dampers, valve type regulation energy saving.
In addition to energy saving and efficiency, for different loads, there are some indirect economic benefits, mainly power factor can be improved, to achieve soft start, reduce the starting torque on the electrical and mechanical damage to the motor, smooth, stable and high precision control.
21st century, variable frequency speed control has become the mainstream speed control program, can be widely used in all walks of life stepless variable speed transmission.
Design features of variable frequency motors
3.1 Electromagnetic design
The main performance parameters considered in the design of ordinary asynchronous motors are overload capacity, starting performance, efficiency and power factor.
As for the inverter motor, since the critical turndown rate is inversely proportional to the power supply frequency.
It can be started directly when the critical turndown rate is close to 1.
Por lo tanto, la capacidad de sobrecarga y el rendimiento inicial ya no necesitan mucha consideración, y el tema clave a resolver es cómo mejorar la adaptabilidad del motor a la fuente de alimentación no sinusoidal.
El diseño electromagnético se centra en los siguientes aspectos:
1) Reduzca la resistencia del estator y el rotor tanto como sea posible, reducir la resistencia del estator puede reducir el consumo fundamental de cobre para compensar el aumento del consumo de cobre causado por altos armónicos.
2) Para suprimir los altos armónicos en la corriente, la inductancia del motor de CA debe aumentarse adecuadamente.
Pero la resistencia a la fuga de la ranura del rotor es mayor, y su efecto de la piel también es mayor, y el consumo de cobre de altos armónicos también aumenta.
Por lo tanto, el tamaño de la reactancia de fuga del motor debe tener en cuenta la razonabilidad de la coincidencia de impedancia en todo el rango de velocidad.
3) El principal circuito magnético del motor del inversor generalmente está diseñado para no saturarse, uno debe considerar que los armónicos altos profundizarán la saturación del circuito magnético, y el otro debe considerar que a baja frecuencia, el voltaje de salida del inversor debe aumentar adecuadamente Para mejorar el par de salida.
3.2 Diseño de estructura
El diseño de la estructura, también considere el impacto de las características de potencia no sinusoidales en la estructura de aislamiento del motor del inversor, vibración, modo de enfriamiento de ruido, etc., generalmente presta atención a los siguientes problemas.
(1) insulation level, generally F level or higher, to strengthen the insulation to ground and line turn insulation strength, especially to consider the ability of insulation to withstand shock voltage.
(2) La vibración y el ruido del motor, debemos considerar completamente la rigidez de los componentes del motor y el conjunto, y hacer todo lo posible para mejorar su frecuencia inherente para evitar el fenómeno de resonancia con cada onda de fuerza.
(3) Método de enfriamiento: generalmente use enfriamiento por ventilación forzada, es decir, el ventilador de enfriamiento del motor principal es impulsado por un motor independiente.
(4) Medidas para evitar la corriente del eje, deben adoptarse medidas de aislamiento de los cojinetes para motores con una capacidad superior a 160 KW.
Principalmente, es fácil producir asimetría en el circuito magnético, lo que también producirá corriente en el eje.
Cuando las corrientes producidas por otros componentes de alta frecuencia se combinan, la corriente del eje aumentará considerablemente, lo que provocará daños en los rodamientos, por lo que se deben tomar medidas de aislamiento en general.
5）Para motores de frecuencia variable de potencia constante, cuando la velocidad supera los 3000/min, se debe usar grasa especial con resistencia a altas temperaturas para compensar el aumento de temperatura del rodamiento.
The difference between inverter motor and ordinary motor
La mayoría de los motores ordinarios domésticos solo pueden funcionar bajo la condición de AC380V/50HZ, los motores ordinarios pueden reducir o aumentar la frecuencia de uso.
Pero el rango no puede ser demasiado grande, de lo contrario, el motor se calentará o incluso se quemará. Los motores inverter se pueden usar a cualquier velocidad dentro de su rango de velocidad y el motor no se dañará.
In general, frequency conversion induction motor with 100% rated load in the range of 10% to 100% rated speed continuous operation, the temperature rise will not exceed the motor's standard allowable value.
Most of the heat dissipation of ordinary motors is air self-cooling type, and the motor heat dissipation depends on the churning of the two impellers at the end of the motor.
When the speed of the motor is low, the heat dissipation of the motor becomes a problem.
En comparación con los motores ordinarios, el precio de los motores de los inversores no es mucho más costoso, y las ventajas son obvias.
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.
Más de 3000R/min, se debe utilizar una grasa especial con alta resistencia a la temperatura para compensar el aumento de la temperatura de los rodamientos.
La carga de par secundaria, cuando se reduce la velocidad, el par también se reduce y la generación de calor también se reduce, adecuada para la selección del motor ordinario para la conversión de frecuencia, en la velocidad real no es inferior al 40% de la velocidad sincrónica para usar.
Otras cargas, cuando se ejecutan a 60% de velocidad sincrónica y superior, usan motores ordinarios.
Cuando se ejecute a una velocidad sincrónica 25% -60%, use un motor asincrónico trifásico de inversor de enfriamiento forzado externo, es decir, un motor especial para conversión de frecuencia.
Cuando la velocidad esté por debajo del 25% de velocidad sincrónica, use un motor de enfriamiento completamente forzado. Es decir, vector Motor especial.
La velocidad controlada por diferentes métodos de control de conversión de frecuencia es diferente.
El rango de velocidad controlado por el método de control U/F es 150-1470m/min; El rango de velocidad controlado por control de vectores sin sensor de velocidad y control de par directo es de 60-1500 m/min; El rango de velocidad controlado por control vectorial con el sensor de velocidad y el control de torque directo, el rango de velocidad de control es de 5-1500 m/min, y la estabilidad de la operación a 5 m/min no es muy buena.
After adopting frequency converter, the motor can be started at very low frequency and voltage without inrush current, and can use various braking methods supplied by the frequency converter for fast braking,
which creates conditions for frequent starting and braking, thus the mechanical system and electromagnetic system of the motor are under the action of cyclic alternating force,
which brings fatigue and accelerated aging problems to the mechanical structure and insulation structure.
The FM technology requires three main aspects of the motor: insulation level, forced cooling and rotor bearings.
If the speed is regulated upwards beyond the fundamental frequency, the mechanical strength of the motor structure is also considered.
Conclusión
El aumento de la eficiencia y la temperatura del motor será aproximadamente un 10% más alto en el impulso del inversor, y el aumento de la temperatura será aproximadamente un 20% más pequeño, especialmente en la región de baja frecuencia de control de vectores o control de torque directo.
El motor del inversor es mejor que el motor ordinario para las ocasiones que necesitan arranque frecuente, regulación de velocidad y frenado.
En términos de ruido electromagnético y vibración, los motores de los inversores tienen un ruido más bajo y menos vibración electromagnética que los motores ordinarios cuando los inversores impulsan.
Dado que el motor del inversor está diseñado para la unidad del inversor, puede soportar mayores cambios de voltaje y la resistencia a aislamiento del motor del inversor es mayor.
Especialmente en el modo de control DTC, es una gran prueba para la resistencia al aislamiento del motor.
La principal diferencia, el motor del inversor tiene disipación de calor adicional (ventilación forzada con ventiladores axiales separados).
La disipación de calor en baja frecuencia, frenado de CC y algunas aplicaciones especiales es mucho mejor que los motores asíncronos de CA normales.
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