В этой статье рассматриваются характеристики инверторного двигателя, применение и принцип управления инверторным двигателем, выделяются конструктивные характеристики, а также сравнивается применение инверторного двигателя с частотно-регулируемым приводом и обычным двигателем.
Ключевые слова
Технология управления скоростью переменного тока; инвертор; бесступенчатая регулировка скорости; уровень изоляции; векторный контроль; прямое управление крутящим моментом, электродвигатель, двигатель с ЧРП, производитель
Введение
С быстрым развитием силовой электроники и новых полупроводниковых устройств технология управления скоростью переменного тока постоянно совершенствуется и совершенствуется, а инверторы широко используются в двигателях переменного тока из-за их хорошей формы выходного сигнала и отличного соотношения производительности и цены.
Например: сталелитейные заводы для прокатки больших двигателей и средних и малых роликовых двигателей, железные дороги и городской железнодорожный транспорт с тяговыми двигателями, двигатели лифтов, подъемные двигатели для оборудования для подъема контейнеров, насосы и вентиляторы с двигателями, компрессоры, бытовая техника с двигателями и т. д. использовали двигатели переменного тока с регулируемой скоростью с частотно-регулируемыми приводами и добились хороших результатов.
Использование двигателя переменного тока с регулируемой частотой вращения по сравнению с двигателем постоянного тока имеет значительные преимущества.
(1) просто и легко регулировать скорость, экономя энергию.
(2) Структура асинхронного двигателя переменного тока проста, имеет небольшие размеры, малую инерцию, низкую стоимость, простоту обслуживания и долговечность.
3) Он может увеличить емкость, реализовать работу на высокой скорости и при высоком напряжении.
4) Он может реализовать плавный пуск и быстрое торможение.
5) Безыскровость, взрывобезопасность и высокая адаптируемость к окружающей среде.
В последние годы устройство передачи управления скоростью преобразования частоты увеличилось с 13% до 16% в год и постепенно заменило большую часть тенденции устройства передачи управления скоростью постоянного тока.
Поскольку обычный асинхронный двигатель, работающий от источника питания с постоянной частотой и напряжением, имеет большие ограничения при применении к системе управления скоростью с переменной частотой, по этой причине был разработан специальный электродвигатель переменного тока с переменной частотой, разработанный в соответствии с условиями и требованиями использования. развитый.
Существуют в основном инверторные двигатели с низким уровнем шума и вибрации, инверторные двигатели с улучшенными характеристиками крутящего момента на низких скоростях, высокоскоростные инверторные двигатели, двигатели с генераторами измерения скорости и инверторные двигатели с векторным управлением.
Основные характеристики и принцип управления двигателем с преобразованием частоты
Специальный двигатель с преобразованием частоты имеет следующие характеристики.
(1) Расчет повышения температуры на уровне B, производство изоляции на уровне F.
Принятие полимерного изоляционного материала и процесса производства краски для погружения под вакуумом, а также специальной структуры изоляции, сопротивление изоляции электрической обмотки напряжению и механическая прочность значительно улучшены, что позволяет двигателю работать на высокой скорости и противостоять воздействию высокочастотного тока инвертора и повреждение изоляции напряжением.
(2) высокое качество балансировки, уровень вибрации R (уровень подавления вибрации) точность обработки механических деталей
The use of special high-precision bearings, can be high-speed operation in motor's speed.
(3) система принудительной вентиляции и отвода тепла, все с использованием импортных осевых вентиляторов, сверхтихий, долговечный, сильный ветер.
Чтобы защитить двигатель на любой скорости, получить эффективное рассеивание тепла, можно добиться высокой скорости или низкой скорости в течение длительного времени.
4) По сравнению с традиционным двигателем с преобразованием частоты,
с более широким диапазоном регулирования скорости и более высоким качеством конструкции, за счет специальной конструкции магнитного поля, для дальнейшего подавления магнитного поля с высокой гармоникой, чтобы соответствовать расчетному показателю широкой частоты, энергосбережения и низкого уровня шума.
5) Широкий диапазон характеристик регулирования постоянного крутящего момента и мощности, плавное регулирование скорости, отсутствие пульсации крутящего момента.
Со всеми типами преобразователей частоты имеют хорошее согласование параметров, с векторным управлением, могут реализовать полный крутящий момент при нулевой скорости, низкочастотный высокий крутящий момент и высокоточное управление скоростью, управление положением и быстрое управление динамическим откликом.
(6) Специальный двигатель с преобразованием частоты может быть оснащен тормозами и энкодерами,
чтобы получить точную парковку и реализовать высокоточное управление скоростью с помощью управления скоростью с обратной связью.
Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.
(7) Инверторный двигатель обладает хорошей универсальностью,
его установочный размер соответствует стандарту IEC и взаимозаменяем со стандартными двигателями.
Скорость асинхронного двигателя пропорциональна частоте, когда скорость вращения не сильно меняется, поэтому изменение частоты источника питания может изменить скорость асинхронного двигателя.
Ожидается, что при регулировании частоты основной поток останется постоянным.
Если основной поток больше, чем поток при нормальной работе, магнитная цепь будет перенасыщена, ток возбуждения увеличится, а коэффициент мощности уменьшится.
Если основной поток меньше потока при нормальной работе, крутящий момент двигателя уменьшится.
В начале 21 века используемый инвертор в основном использует режим переменного тока в постоянный (преобразование частоты VVVF или преобразование частоты с векторным управлением), который сначала преобразует источник питания переменного тока в мощность постоянного тока через выпрямитель, а затем преобразует мощность постоянного тока в частоту и Напряжение.
Источник питания постоянного тока преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя, а затем в переменный ток с регулируемой частотой и напряжением для питания трехфазного двигателя.
Схема инвертора обычно состоит из четырех частей: выпрямителя, промежуточного звена постоянного тока, инвертора и блока управления.
Выпрямитель представляет собой трехфазный неуправляемый выпрямитель мостового типа, инвертор представляет собой трехфазный мостовой инвертор IGBT с выходным сигналом ШИМ, а промежуточное звено постоянного тока предназначено для фильтрации, накопления энергии постоянного тока и буферизации реактивной мощности.
VFD motor - Frequency conversion motor application
Двигатель преобразования частоты стал основной программой управления скоростью, может широко использоваться во всех сферах жизни бесступенчатая трансмиссия с переменной скоростью.
Особенно с все более распространенным применением инвертора в области промышленного управления использование инверторного двигателя все больше расширяется из-за превосходства инверторного двигателя в частотном регулировании по сравнению с обычным двигателем, где используется инвертор. инверторный двигатель.
Социальные преимущества национализированных высоковольтных инверторных устройств значительны, в основном это энергосбережение, экономия ресурсов и снижение загрязнения окружающей среды.
Устраните пусковой удар двигателя переменного тока и воздействие на электросеть, а также уменьшите частоту отказов электродвигателя и оборудования.
Улучшить точность управления и степень автоматизации.
Экономические преимущества управления скоростью преобразования частоты значительны.
Для центробежных насосов и вентиляторов расход жидкости пропорционален первичной стороне скорости, крутящий момент пропорционален вторичной стороне скорости, а мощность пропорциональна третичной стороне скорости, скорость уменьшается, а потребляемая мощность двигателя уменьшается. в трех направлениях, поэтому эффект энергосбережения от управления скоростью преобразования частоты очень значителен.
Если скорость потока уменьшается, скорость вращения уменьшается, ток уменьшается, а потребляемая мощность двигателя уменьшается, теоретически экономя энергию.
Если первоначальное использование демпферов, регулировка клапана, скорость потока уменьшается, напор увеличивается, мощность двигателя уменьшается, так что регулирование скорости с переменной частотой, чем демпферы, регулировка типа клапана энергосбережения.
В дополнение к энергосбережению и эффективности, для различных нагрузок существуют некоторые косвенные экономические выгоды, в основном можно улучшить коэффициент мощности, чтобы добиться плавного пуска, уменьшить пусковой момент при электрическом и механическом повреждении двигателя, плавный, стабильный и высокий прецизионный контроль.
В 21 веке управление скоростью с переменной частотой стало основной программой управления скоростью, может широко использоваться во всех сферах жизни бесступенчатая трансмиссия с переменной скоростью.
Конструктивные особенности частотно-регулируемых двигателей
3.1 Электромагнитная конструкция
Основными рабочими параметрами, учитываемыми при проектировании обычных асинхронных двигателей, являются перегрузочная способность, пусковые характеристики, КПД и коэффициент мощности.
Что касается инверторного двигателя, то критическая скорость изменения обратно пропорциональна частоте питающей сети.
Он может быть запущен непосредственно, когда критическая скорость изменения близка к 1.
Therefore, the overload capacity and starting performance no longer need much consideration, and the key issue to be solved is how to improve the motor's adaptability to the non-sinusoidal power supply.
Электромагнитный дизайн фокусируется на следующих аспектах:
1) Максимально уменьшите сопротивление статора и ротора. Снижение сопротивления статора может снизить основное потребление меди, чтобы компенсировать увеличение потребления меди, вызванное высокими гармониками.
2) Для подавления высших гармоник тока необходимо соответствующим образом увеличить индуктивность двигателя переменного тока.
Но сопротивление утечки пазов ротора больше, и его скин-эффект также больше, а потребление меди высокими гармониками также увеличивается.
Поэтому величина реактивного сопротивления рассеяния двигателя должна учитывать целесообразность согласования импедансов во всем диапазоне скоростей.
3) Основная магнитная цепь инверторного двигателя, как правило, спроектирована так, чтобы быть ненасыщенной, одна из них должна учитывать, что высокие гармоники будут углублять насыщение магнитной цепи, а другая — учитывать, что при низкой частоте выходное напряжение инвертора должно быть соответствующим образом увеличено. для улучшения выходного крутящего момента.
3.2 Конструкция конструкции
Конструкция конструкции, в основном, также учитывает влияние несинусоидальных характеристик мощности на структуру изоляции инверторного двигателя, вибрацию, шумовой режим охлаждения и т. Д., Обычно обращают внимание на следующие вопросы.
(1) уровень изоляции, как правило, уровень F или выше, чтобы усилить изоляцию по отношению к земле и прочности изоляции линии, особенно с учетом способности изоляции выдерживать ударное напряжение.
(2) Вибрация и шум двигателя, мы должны полностью учитывать жесткость компонентов двигателя и всего, и сделать все возможное, чтобы улучшить его собственную частоту, чтобы избежать явления резонанса с каждой силовой волной.
(3) Метод охлаждения: обычно используется охлаждение с принудительной вентиляцией, то есть вентилятор охлаждения основного двигателя приводится в действие независимым двигателем.
(4) Для двигателей мощностью более 160 кВт должны быть приняты меры по предотвращению тока вала, меры по изоляции подшипников.
В основном, легко создать асимметрию магнитной цепи, которая также будет создавать ток вала.
Когда токи, создаваемые другими высокочастотными компонентами, объединяются вместе, ток вала будет значительно увеличиваться, что приведет к повреждению подшипника, поэтому в целом следует принять меры по изоляции.
5）Для двигателей с постоянной мощностью и переменной частотой, когда скорость превышает 3000 об/мин, следует использовать специальную смазку с высокой термостойкостью, чтобы компенсировать повышение температуры подшипника.
Отличие инверторного двигателя от обычного двигателя
Большинство обычных отечественных двигателей могут работать только при условии переменного тока 380 В/50 Гц, обычные двигатели могут уменьшать или увеличивать частоту использования.
Но диапазон не может быть слишком большим, иначе мотор нагреется или даже сгорит. Инверторные двигатели можно использовать на любой скорости в пределах своего диапазона скоростей, и двигатель не будет поврежден.
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.
Большая часть тепловыделения обычных двигателей имеет воздушное самоохлаждение, а тепловыделение двигателя зависит от вращения двух крыльчаток на конце двигателя.
Когда скорость двигателя низкая, отвод тепла от двигателя становится проблемой.
По сравнению с обычными двигателями цена инверторных двигателей ненамного дороже, а преимущества очевидны.
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.
Свыше 3000 об/мин следует использовать специальную смазку с высокой термостойкостью, чтобы компенсировать повышение температуры подшипников.
Вторичная нагрузка по крутящему моменту, когда скорость уменьшается, крутящий момент также уменьшается, а также уменьшается тепловыделение, что подходит для выбора обычного двигателя для преобразования частоты, при фактической скорости не менее 40% синхронной скорости для использования.
Другие нагрузки, работающие с синхронной скоростью 60 % и выше, используют обычные двигатели.
При работе с синхронной скоростью 25%-60% используйте внешний трехфазный асинхронный двигатель инверторного типа с принудительным охлаждением, т. е. специальный двигатель для преобразования частоты.
Когда скорость ниже 25% синхронной скорости, используйте двигатель с полностью принудительным охлаждением. То есть векторный спецмотор.
Скорость, контролируемая различными методами управления преобразованием частоты, отличается.
Диапазон скорости, контролируемой методом управления U/F, составляет 150-1470 м/мин; диапазон скоростей, управляемых векторным управлением без датчика скорости и прямого управления моментом, составляет 60-1500 м/мин; диапазон скорости контролируется векторным управлением с датчиком скорости и прямым управлением крутящим моментом, диапазон скорости управления составляет 5-1500 м/мин, а стабильность работы при 5 м/мин не очень хорошая.
После использования преобразователя частоты двигатель можно запускать при очень низкой частоте и напряжении без пускового тока, а также можно использовать различные методы торможения, предоставляемые преобразователем частоты, для быстрого торможения.
что создает условия для частых пусков и торможений, при этом механическая система и электромагнитная система двигателя находятся под действием циклической переменной силы,
что приводит к проблемам усталости и ускоренного старения механической конструкции и конструкции изоляции.
Технология FM требует трех основных аспектов двигателя: уровень изоляции, принудительное охлаждение и подшипники ротора.
Если скорость регулируется выше основной частоты, также учитывается механическая прочность конструкции двигателя.
Заключение
КПД и повышение температуры двигателя будут примерно на 10 % выше при инверторном приводе, а повышение температуры будет примерно на 20 % меньше, особенно в низкочастотной области векторного управления или прямого управления крутящим моментом.
Инверторный двигатель лучше, чем обычный двигатель, для случаев, когда требуется частый запуск, регулирование скорости и торможение.
Что касается электромагнитного шума и вибрации, инверторные двигатели имеют более низкий уровень шума и меньшую электромагнитную вибрацию, чем обычные двигатели, когда они управляются инвертором.
Поскольку инверторный двигатель предназначен для инверторного привода, он может выдерживать большие изменения напряжения, а прочность изоляции инверторного двигателя выше.
Особенно в режиме управления DTC это отличная проверка прочности изоляции двигателя.
Основное отличие, инверторный двигатель имеет дополнительный теплоотвод (принудительная вентиляция с отдельными осевыми вентиляторами).
Теплоотвод при низкой частоте, торможении постоянным током и некоторых специальных приложениях намного лучше, чем у обычных асинхронных двигателей переменного тока.
Узнайте подробности о частотно-регулируемом двигателе VFD от профессионального производителя.
Dongchun Motor предлагает широкий ассортимент электродвигателей, которые используются в различных отраслях, таких как транспорт, инфраструктура и строительство.
