가변 주파수 모터의 특성 및 응용 2022

추상적인.

본 논문은 인버터 전동기의 특성, 인버터 전동기의 응용 및 제어원리, 설계 특성에 대해 고찰하고, 인버터 전동기와 가변주파수 구동기의 적용을 비교한 것이다.

키워드

AC 속도 제어 기술; 인버터; 무단 변속; 단열 수준; 벡터 제어; 직접 토크 제어, 전기 모터, VFD 모터, 제조업체

소개

전력 전자 장치 및 새로운 반도체 장치의 급속한 발전으로 AC 속도 제어 기술은 지속적으로 개선되고 향상되었으며 인버터는 우수한 출력 파형과 우수한 가격 대비 성능으로 인해 AC 모터에 널리 사용됩니다.

예: 대형 모터 및 중소형 롤러 모터를 압연하는 제철소, 트랙션 모터가 있는 철도 및 도시 철도 운송, 엘리베이터 모터, 컨테이너 리프팅 장비용 리프팅 모터, 모터가 있는 펌프 및 팬, 압축기, 모터가 있는 가전 제품 등 가변 주파수 드라이브와 함께 AC 가변 속도 모터를 사용해 왔으며 좋은 결과를 얻었습니다.

DC 속도 모터보다 AC 가변 주파수 속도 모터를 사용하면 상당한 이점이 있습니다.

(1) 간단하고 쉽게 속도를 조정하여 에너지를 절약합니다.

(2) AC 유도 모터 구조는 간단하고 크기가 작으며 관성이 적고 비용이 저렴하며 유지 보수가 쉽고 내구성이 있습니다.

3) 용량을 확장하고 고속 및 고전압 작동을 실현할 수 있습니다.

4) 부드러운 시작과 빠른 제동을 실현할 수 있습니다.

5) 비점화성, 방폭성, 강한 환경 적응성.

최근 몇 년 동안 주파수 변환 속도 제어 전송 장치는 연간 13% ~ 16%의 성장률을 보였고 점차 DC 속도 제어 전송 장치의 대부분의 추세를 대체했습니다.

일정한 주파수 및 전압 전원으로 작동하는 일반 비동기 모터는 가변 주파수 속도 제어 시스템에 적용할 때 큰 한계가 있으므로, 이러한 이유로 상황 및 사용 요구 사항에 따라 설계된 특수 가변 주파수 AC 전동기는 개발.

주로 저소음 저진동 인버터 모터, 저속 토크 특성을 개선한 인버터 모터, 고속 인버터 모터, 속도 측정 생성기를 탑재한 모터, 벡터 제어 인버터 모터 등이 있다.

주파수 변환 모터의 주요 특징 및 제어 원리

주파수 변환 특수 모터는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.

(1) B 레벨 온도 상승 설계, F 레벨 절연 제조.

폴리머 절연 재료 및 진공 침지 페인트 제조 공정 및 특수 절연 구조를 채택하여 전기 권선 절연 전압 저항 및 기계적 강도가 크게 향상되어 모터의 고속 작동이 가능하고 인버터의 고주파 전류 영향에 저항하고 절연체에 대한 전압 손상.

(2) 높은 균형 품질, 진동 수준 R(진동 감소 수준) 기계 부품 가공 정밀도

특수 고정밀 베어링을 사용하여 모터 속도에 맞춰 고속 작동이 가능합니다.

(3) 강제 환기 및 방열 시스템, 모두 수입 축 팬을 사용하여 매우 조용하고 수명이 길며 강풍입니다.

모든 속도에서 모터를 보호하기 위해 효과적인 방열을 얻고 고속 또는 저속 장기 작동을 달성할 수 있습니다.

4) 전통적인 주파수 변환 모터와 비교하여,

넓은 주파수, 에너지 절약 및 저소음의 설계 지표를 충족시키기 위해 특수 자기장 설계로 더 넓은 범위의 속도 조절 및 더 높은 설계 품질로 고조파 자기장을 더욱 억제합니다.

5) 광범위한 정토크 및 전력 속도 조절 특성, 부드러운 속도 조절, 토크 맥동 없음.

모든 종류의 주파수 변환기는 벡터 제어와 함께 우수한 매개변수 일치를 가지며 제로 속도 전체 토크, 저주파 높은 토크 및 고정밀 속도 제어, 위치 제어 및 빠른 동적 응답 제어를 실현할 수 있습니다.

(6) 주파수 변환 특수 모터는 브레이크와 엔코더를 장착할 수 있으며,

정확한 주차를 확보하고 폐쇄 루프 속도 제어를 통해 고정밀 속도 제어를 실현합니다.

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

(7) 인버터 모터는 범용성이 좋으며,

설치 크기는 IEC 표준을 준수하며 일반 표준 모터와 호환됩니다.

비동기 전동기의 속도는 회전율이 크게 변하지 않을 때 주파수에 비례하므로 전원의 주파수를 바꾸면 비동기 전동기의 속도가 바뀔 수 있다.

주파수 조절에서 주 플럭스는 일정하게 유지될 것으로 예상됩니다.

메인 플럭스가 정상 작동 시 플럭스보다 크면 자기 회로가 과포화되어 여기 전류가 증가하고 역률이 감소합니다.

메인 플럭스가 정상 작동 시 플럭스보다 작으면 모터 토크가 감소합니다.

21세기 초에 주로 사용되는 인버터는 AC-DC 모드(VVVF 주파수 변환 또는 벡터 제어 주파수 변환)를 채택하는데, 이는 먼저 AC 전원 공급 장치를 정류기를 통해 DC 전원으로 변환한 다음 DC 전원을 주파수로 변환하고 전압.

DC 전원 공급기는 정류기에 의해 DC 전원으로 변환된 다음 주파수와 전압이 제어된 AC 전원으로 변환되어 삼상 모터에 공급됩니다.

인버터 회로는 일반적으로 정류기, 중간 DC 링크, 인버터 및 제어의 네 부분으로 구성됩니다.

정류기는 3상 브리지형 비제어 정류기이고 인버터는 PWM 파형 출력이 있는 IGBT 3상 브리지형 인버터이며 중간 DC 링크는 필터링, DC 에너지 저장 및 무효 전력 버퍼링을 위한 것입니다.

VFD 모터 - 주파수 변환 모터 적용

주파수 변환 모터는 주류 속도 제어 프로그램이되었으며 모든 단계의 무단 변속 전송에서 널리 사용될 수 있습니다.

특히 산업용 제어 분야에서 인버터의 적용이 점차 보편화됨에 따라 인버터가 사용되는 일반 모터에 비해 주파수 제어에 있어서 인버터 모터의 우월성으로 인해 인버터 모터의 사용이 점점 확대되고 있습니다.

국유화 된 고전압 인버터 장치의 사회적 이점은 상당하며 주로 에너지 절약, 자원 절약 및 환경 오염 감소입니다.

AC 모터의 시동 충격과 전력망에 대한 영향을 제거하고 전기 모터 및 장비의 고장률을 줄입니다.

제어 정밀도 및 자동화 정도를 향상시킵니다.

주파수 변환 속도 제어의 경제적 이점은 현저합니다.

원심 펌프 및 팬의 경우 유체 흐름은 속도의 1차측에 비례하고 토크는 속도의 2차측에 비례하며 전력은 속도의 3차측에 비례하여 속도가 감소하고 모터 전력 소비가 감소합니다. 세 방향으로 주파수 변환 속도 제어의 절전 효과가 매우 중요합니다.

유량이 감소하면 회전 속도가 감소하고 전류가 감소하여 모터의 전력 소모가 감소하여 이론적으로 에너지를 절약합니다.

댐퍼의 원래 사용, 밸브 조절, 유량 감소, 압력 헤드 증가, 모터 전력 감소, 댐퍼보다 가변 주파수 속도 조절, 밸브 유형 조절 에너지 절약.

에너지 절약 및 효율성 외에도 다양한 부하에 대해 간접적인 경제적 이점이 있습니다. 주로 역률을 개선하여 소프트 스타트를 달성하고 모터의 전기 및 기계적 손상에 대한 시작 토크를 줄이고 부드럽고 안정적이며 높게 할 수 있습니다. 정밀 제어.

21세기, 가변 주파수 속도 제어는 주류 속도 제어 프로그램이 되었으며, 무단 가변 속도 전송의 모든 단계에서 널리 사용될 수 있습니다.

가변 주파수 모터의 설계 특징

3.1 전자기 설계

일반 비동기 모터의 설계에서 고려되는 주요 성능 매개변수는 과부하 용량, 시동 성능, 효율성 및 역률입니다.

인버터 모터의 경우 임계 감소율은 전원 주파수에 반비례하기 때문입니다.

임계 감소율이 1에 가까울 때 바로 시작할 수 있습니다.

따라서 과부하 용량과 시동 성능은 더 이상 크게 고려할 필요가 없으며, 해결해야 할 핵심 문제는 비정현파 전원 공급 장치에 대한 모터의 적응성을 어떻게 향상시키는가입니다.

전자기 설계는 다음 측면에 중점을 둡니다.

1) 가능한 한 고정자 및 회 전자 저항을 줄이고 고정자 저항을 줄이면 기본 구리 소비를 줄여 높은 고조파로 인한 구리 소비 증가를 보상할 수 있습니다.

2) 전류의 높은 고조파를 억제하려면 AC 모터 인덕턴스를 적절하게 증가시켜야 합니다.

그러나 로터 슬롯 누설 저항이 더 크고 표피 효과도 더 크며 고조파의 구리 소비도 증가합니다.

따라서 모터 누설 리액턴스의 크기는 전체 속도 범위에서 임피던스 정합의 합리성을 고려해야 합니다.

3) 인버터 모터의 주 자기 회로는 일반적으로 불포화로 설계됩니다. 하나는 높은 고조파가 자기 회로 포화를 심화시키는 것을 고려하는 것이고 다른 하나는 낮은 주파수에서 인버터의 출력 전압을 적절하게 증가시켜야 한다는 것을 고려하는 것입니다. 출력 토크를 향상시키기 위해.

3.2 구조 설계

구조 설계는 주로 인버터 모터의 절연 구조, 진동, 소음 냉각 모드 등에 대한 비 정현파 전력 특성의 영향을 고려하며 일반적으로 다음 문제에 주의하십시오.

(1) 절연 수준, 일반적으로 F 수준 이상, 특히 충격 전압을 견딜 수 있는 절연 능력을 고려하여 접지 및 라인 턴 절연 강도에 대한 절연을 강화합니다.

(2) 모터의 진동 및 소음, 모터 부품 및 전체의 강성을 충분히 고려하여 각 힘파와의 공진 현상을 피하기 위해 고유 주파수를 개선하기 위해 최선을 다해야 합니다.

(3) 냉각 방법: 일반적으로 강제 환기 냉각을 사용합니다. 즉, 메인 모터 냉각 팬은 독립 모터로 구동됩니다.

(4) 용량이 160KW를 초과하는 전동기에 대해서는 샤프트 전류, 베어링 절연 조치를 방지하는 조치를 취해야 합니다.

주로 샤프트 전류를 생성하는 자기 회로 비대칭을 생성하기 쉽습니다.

다른 고주파 부품에서 생성된 전류가 함께 결합되면 샤프트 전류가 크게 증가하여 베어링 손상으로 이어지므로 일반적으로 절연 조치를 취해야 합니다.

5) 정출력 가변 주파수 모터의 경우 속도가 3000/min을 초과하면 베어링의 온도 상승을 보상하기 위해 고온 저항이 있는 특수 그리스를 사용해야 합니다.

인버터 모터와 일반 모터의 차이점

대부분의 국내 일반 모터는 AC380V/50HZ 조건에서만 작동할 수 있으며 일반 모터는 사용 빈도를 줄이거나 늘릴 수 있습니다.

그러나 범위가 너무 클 수는 없습니다. 그렇지 않으면 모터가 가열되거나 화상을 입을 수 있습니다. 인버터 모터는 속도 범위 내의 모든 속도에서 사용할 수 있으며 모터가 손상되지 않습니다.

일반적으로 10% ~ 100% 정격 속도 범위에서 100% 정격 부하를 갖는 주파수 변환 유도 전동기는 온도 상승이 모터의 표준 허용 값을 초과하지 않습니다.

일반 모터의 방열은 대부분 공냉식이며, 모터의 방열은 모터 끝에 있는 2개의 임펠러의 휘젓기에 따라 달라집니다.

모터의 속도가 낮으면 모터의 방열이 문제가 됩니다.

일반 모터와 비교하여 인버터 모터의 가격은 훨씬 비싸지 않으며 장점은 분명합니다.

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.

3000r/min 이상에서는 베어링의 온도 상승을 보상하기 위해 내열성이 높은 특수 그리스를 사용해야 합니다.

보조 토크 부하, 속도가 감소하면 토크도 감소하고 열 발생도 감소하여 주파수 변환을 위한 일반 모터 선택에 적합하며 실제 속도는 동기 속도의 40% 이상입니다.

다른 부하는 60% 동기 속도 이상에서 실행할 때 일반 모터를 사용합니다.

25%-60% 동기 속도로 실행할 때 외부 강제 냉각 인버터 케이지 유형 3상 비동기 모터, 즉 주파수 변환용 특수 모터를 사용합니다.

속도가 25% 동기 속도 미만인 경우 완전 강제 냉각 모터를 사용하십시오. 즉, 벡터 특수 모터입니다.

다른 주파수 변환 제어 방법에 의해 제어되는 속도는 다릅니다.

U/F 제어 방식으로 제어되는 속도 범위는 150-1470m/min입니다. 속도 센서와 직접 토크 제어 없이 벡터 제어로 제어되는 속도 범위는 60-1500m/min입니다. 속도 센서와 직접 토크 제어를 통한 벡터 제어에 의해 제어되는 속도 범위, 제어 속도 범위는 5-1500m/min이며 5m/min에서의 작동 안정성은 그다지 좋지 않습니다.

주파수 변환기를 채택한 후 모터는 돌입 전류 없이 매우 낮은 주파수와 전압에서 기동할 수 있으며 빠른 제동을 위해 주파수 변환기에서 제공하는 다양한 제동 방법을 사용할 수 있으며,

빈번한 시동 및 제동 조건을 생성하므로 모터의 기계 시스템 및 전자기 시스템은 주기적 교번력의 작용을 받습니다.

기계적 구조 및 절연 구조에 피로 및 가속 노화 문제를 가져옵니다.

FM 기술에는 모터의 세 가지 주요 측면인 절연 수준, 강제 냉각 및 로터 베어링이 필요합니다.

속도가 기본 주파수 이상으로 상향 조정되면 모터 구조의 기계적 강도도 고려됩니다.