So steuern Sie den Motor mit einem Frequenzumrichter

Frequenzumrichter sind eine Technologie, die bei Elektroarbeiten beherrscht werden sollte. Die Verwendung eines Frequenzumrichters zur Motorsteuerung ist eine gängige Methode in der elektrischen Steuerung. einige erfordern auch Kenntnisse in der Anwendung.

1. Warum einen Frequenzumrichter zur Steuerung eines Motors verwenden?

Der Motor ist eine induktive Last, die die Stromänderung behindert und beim Starten eine große Stromänderung hervorruft.

Der Wechselrichter ist ein Gerät zur Steuerung der elektrischen Energie, das die Ein-Aus-Funktion von Leistungshalbleiterbauelementen nutzt, um die Industriefrequenz-Stromversorgung in eine andere Frequenz umzuwandeln. Es besteht hauptsächlich aus zwei Schaltkreisen, einem ist der Hauptstromkreis (Gleichrichtermodul, Elektrolytkondensator und Wechselrichtermodul) und der andere ist der Steuerkreis (Schaltnetzteilplatine, Steuerplatine).

Um den Anlaufstrom des Motors zu reduzieren, insbesondere bei Motoren mit höherer Leistung, gilt: Je größer die Leistung, desto größer der Anlaufstrom. Ein zu hoher Anlaufstrom führt zu einer stärkeren Belastung des Stromversorgungs- und Verteilungsnetzes. Der Frequenzumrichter kann dieses Startproblem lösen und einen reibungslosen Motorstart ermöglichen, ohne einen übermäßigen Anlaufstrom zu verursachen.

Eine weitere Funktion des Frequenzumrichters besteht darin, die Drehzahl des Motors anzupassen. In vielen Fällen ist es notwendig, die Drehzahl des Motors zu steuern, um eine bessere Produktionseffizienz zu erreichen, und die Drehzahlregelung des Frequenzumrichters war schon immer das größte Highlight. Der Frequenzumrichter steuert die Motordrehzahl durch Änderung der Frequenz der Stromversorgung.

2.Welche Wechselrichter-Steuerungsmethoden gibt es?

Die fünf am häufigsten verwendeten Methoden zur Umrichtersteuerung von Motoren sind folgende:

A. Steuermethode mit sinusförmiger Pulsweitenmodulation (SPWM).

Seine Merkmale sind eine einfache Struktur des Steuerkreises, niedrige Kosten, gute mechanische Härte und die Fähigkeit, die Anforderungen einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsregelung allgemeiner Getriebe zu erfüllen. Es ist in verschiedenen Bereichen der Industrie weit verbreitet.

Bei niedrigen Frequenzen wird das Drehmoment jedoch aufgrund der niedrigen Ausgangsspannung erheblich durch den Spannungsabfall am Statorwiderstand beeinflusst, wodurch das maximale Ausgangsdrehmoment verringert wird.

Darüber hinaus sind seine mechanischen Eigenschaften nicht so stark wie die von Gleichstrommotoren und seine dynamische Drehmomentkapazität und statische Geschwindigkeitsregelungsleistung sind nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus ist die Systemleistung nicht hoch, die Steuerkurve ändert sich mit der Last, die Drehmomentreaktion ist langsam, die Motordrehmomentauslastung ist nicht hoch und die Leistung nimmt bei niedriger Drehzahl aufgrund des Vorhandenseins eines Statorwiderstands und eines toten Wechselrichters ab Zoneneffekt und die Stabilität verschlechtert sich. Aus diesem Grund hat man sich mit der Geschwindigkeitsregelung mit variabler Frequenz und Vektorsteuerung beschäftigt.

B. Spannungsraumvektor-Steuerungsmethode (SVPWM).

Es basiert auf dem Gesamterzeugungseffekt der dreiphasigen Wellenform mit dem Ziel, sich der idealen kreisförmigen rotierenden Magnetfeldbahn des Motorluftspalts zu nähern, jeweils eine dreiphasige Modulationswellenform zu erzeugen und diese auf diese Weise zu steuern eines eingeschriebenen Polygons, das sich dem Kreis annähert.

Nach der praktischen Anwendung wurde es verbessert, das heißt, es wurde eine Frequenzkompensation eingeführt, um den Fehler der Geschwindigkeitsregelung zu beseitigen; Schätzen der Flussamplitude durch Rückkopplung, um den Einfluss des Statorwiderstands bei niedriger Drehzahl zu eliminieren; Schließen der Ausgangsspannungs- und Stromschleife, um die dynamische Genauigkeit und Stabilität zu verbessern. Es gibt jedoch viele Steuerkreisverbindungen und es wird keine Drehmomentanpassung eingeführt, sodass die Systemleistung nicht grundlegend verbessert wurde.

C. Methode der Vektorsteuerung (VC).

Das Wesentliche besteht darin, den Wechselstrommotor einem Gleichstrommotor gleichzusetzen und die Geschwindigkeit und das Magnetfeld unabhängig zu steuern. Durch die Steuerung des Rotorflusses wird der Statorstrom zerlegt, um die Drehmoment- und Magnetfeldkomponenten zu erhalten, und die Koordinatentransformation wird verwendet, um eine orthogonale oder entkoppelte Steuerung zu erreichen. Die Einführung der Vektorkontrollmethode ist von epochaler Bedeutung. Da es jedoch in praktischen Anwendungen schwierig ist, den Rotorfluss genau zu beobachten, werden die Systemeigenschaften stark von den Motorparametern beeinflusst, und die im äquivalenten Gleichstrommotorsteuerungsprozess verwendete Vektorrotationstransformation ist relativ komplex, was die tatsächliche Umsetzung erschwert Kontrolleffekt, um das ideale Analyseergebnis zu erzielen.

D. Methode der direkten Drehmomentregelung (DTC).

Im Jahr 1985 schlug Professor DePenbrock von der Ruhr-Universität in Deutschland erstmals die Frequenzumwandlungstechnologie mit direkter Drehmomentsteuerung vor. Diese Technologie hat die Mängel der oben genannten Vektorsteuerung weitgehend behoben und wurde mit neuartigen Steuerungsideen, einer prägnanten und klaren Systemstruktur sowie einer hervorragenden dynamischen und statischen Leistung schnell weiterentwickelt.

Derzeit wird diese Technologie erfolgreich für die Hochleistungs-Wechselstromübertragung von Elektrolokomotiven eingesetzt. Die direkte Drehmomentregelung analysiert direkt das mathematische Modell von Wechselstrommotoren im Statorkoordinatensystem und steuert den magnetischen Fluss und das Drehmoment des Motors. Es ist nicht erforderlich, Wechselstrommotoren mit Gleichstrommotoren gleichzusetzen, wodurch viele komplexe Berechnungen bei der Vektorrotationstransformation entfallen. Es muss weder die Steuerung von Gleichstrommotoren nachgeahmt werden, noch muss das mathematische Modell von Wechselstrommotoren zur Entkopplung vereinfacht werden.

E. Matrix-AC-AC-Steuerungsmethode

VVVF-Frequenzumwandlung, Vektorsteuerungsfrequenzumwandlung und direkte Drehmomentsteuerungsfrequenzumwandlung sind alle Arten der AC-DC-AC-Frequenzumwandlung. Ihre gemeinsamen Nachteile sind ein niedriger Eingangsleistungsfaktor, ein großer Oberschwingungsstrom, ein großer Energiespeicherkondensator, der für den Gleichstromkreis erforderlich ist, und regenerative Energie kann nicht in das Stromnetz zurückgespeist werden, d. h. sie kann nicht in vier Quadranten betrieben werden.

Aus diesem Grund entstand die Matrix-AC-AC-Frequenzumwandlung. Da bei der Matrix-Wechselstrom-Wechselstrom-Frequenzumwandlung der Zwischen-Gleichstromzwischenkreis entfällt, entfällt auch der große und teure Elektrolytkondensator. Es kann einen Leistungsfaktor von 1, einen sinusförmigen Eingangsstrom und einen Betrieb in vier Quadranten erreichen, und das System verfügt über eine hohe Leistungsdichte. Obwohl diese Technologie noch nicht ausgereift ist, lockt sie immer noch viele Wissenschaftler zu intensiver Forschung. Sein Wesen besteht nicht darin, Strom, Magnetfluss und andere Größen indirekt zu steuern, sondern das Drehmoment direkt als gesteuerte Größe zu nutzen, um dies zu erreichen.

3.Wie steuert ein Frequenzumrichter einen Motor? Wie sind die beiden miteinander verbunden?

Die Verkabelung des Wechselrichters zur Steuerung des Motors ist relativ einfach, ähnlich der Verkabelung des Schützes, wobei drei Hauptstromleitungen in den Motor ein- und wieder ausgehen, aber die Einstellungen sind komplizierter, und auch die Möglichkeiten zur Steuerung des Wechselrichters sind komplizierter anders.

Zunächst einmal zum Wechselrichteranschluss: Obwohl es viele Marken und unterschiedliche Verkabelungsmethoden gibt, unterscheiden sich die Verkabelungsanschlüsse der meisten Wechselrichter nicht wesentlich. Im Allgemeinen unterteilt in Vorwärts- und Rückwärtsschaltereingänge, die zur Steuerung des Vorwärts- und Rückwärtsstarts des Motors verwendet werden. Rückmeldeklemmen werden zur Rückmeldung des Betriebsstatus des Motors verwendet.einschließlich Betriebsfrequenz, Geschwindigkeit, Fehlerstatus usw.

Zur Steuerung der Geschwindigkeitseinstellung verwenden einige Frequenzumrichter Potentiometer, andere direkt Tasten, die alle über eine physische Verkabelung gesteuert werden. Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung eines Kommunikationsnetzwerks. Viele Frequenzumrichter unterstützen mittlerweile die Kommunikationssteuerung. Über die Kommunikationsleitung können Start und Stopp, Vorwärts- und Rückwärtsdrehung, Geschwindigkeitsanpassung usw. des Motors gesteuert werden. Gleichzeitig werden durch Kommunikation auch Rückmeldungen übermittelt.

4.Was passiert mit dem Ausgangsdrehmoment eines Motors, wenn sich seine Drehzahl (Frequenz) ändert?

Das Anlaufdrehmoment und das maximale Drehmoment sind bei Antrieb über einen Frequenzumrichter kleiner als bei direktem Antrieb über ein Netzteil.

Der Motor hat einen großen Anlauf- und Beschleunigungseffekt, wenn er von einer Stromversorgung gespeist wird, aber dieser Einfluss ist schwächer, wenn er von einem Frequenzumrichter gespeist wird. Beim Direktstart mit einem Netzteil wird ein großer Anlaufstrom erzeugt. Wenn ein Frequenzumrichter verwendet wird, werden die Ausgangsspannung und die Frequenz des Frequenzumrichters schrittweise zum Motor addiert, sodass der Anlaufstrom und die Auswirkungen des Motors geringer sind. Normalerweise nimmt das vom Motor erzeugte Drehmoment mit abnehmender Frequenz (abnehmender Drehzahl) ab. Die tatsächlichen Daten der Reduzierung werden in einigen Handbüchern für Frequenzumrichter erläutert.

Der übliche Motor ist für eine Spannung von 50 Hz ausgelegt und gefertigt, auch sein Nenndrehmoment wird in diesem Spannungsbereich angegeben. Daher wird die Drehzahlregelung unterhalb der Nennfrequenz als Drehzahlregelung mit konstantem Drehmoment bezeichnet. (T=Te, P<=Pe)

Wenn die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters größer als 50 Hz ist, nimmt das vom Motor erzeugte Drehmoment in einem linearen Verhältnis umgekehrt proportional zur Frequenz ab.

Wenn der Motor mit einer Frequenz von mehr als 50 Hz läuft, muss die Größe der Motorlast berücksichtigt werden, um ein unzureichendes Motorausgangsdrehmoment zu verhindern.

Beispielsweise wird das vom Motor bei 100 Hz erzeugte Drehmoment auf etwa die Hälfte des bei 50 Hz erzeugten Drehmoments reduziert.

Daher wird die Drehzahlregelung oberhalb der Nennfrequenz als Drehzahlregelung mit konstanter Leistung bezeichnet. (P=Ue*Ie).

5.Anwendung des Frequenzumrichters über 50 Hz

Für einen bestimmten Motor sind seine Nennspannung und sein Nennstrom konstant.

Wenn beispielsweise die Nennwerte des Wechselrichters und des Motors beide 15 kW/380 V/30 A betragen, kann der Motor über 50 Hz betrieben werden.

Bei einer Drehzahl von 50 Hz beträgt die Ausgangsspannung des Wechselrichters 380 V und der Strom 30 A. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Ausgangsfrequenz auf 60 Hz erhöht wird, können die maximale Ausgangsspannung und der maximale Ausgangsstrom des Wechselrichters nur 380 V/30 A betragen. Offensichtlich bleibt die Ausgangsleistung unverändert, weshalb wir von einer Drehzahlregelung mit konstanter Leistung sprechen.

Wie hoch ist das Drehmoment zu diesem Zeitpunkt?

Da P=wT(w; Winkelgeschwindigkeit, T: Drehmoment), da P unverändert bleibt und w zunimmt, nimmt das Drehmoment entsprechend ab.

Wir können es auch aus einem anderen Blickwinkel betrachten:

Die Statorspannung des Motors beträgt U=E+I*R (I ist Strom, R ist elektronischer Widerstand und E ist induziertes Potential).

Es ist ersichtlich, dass sich E auch nicht ändert, wenn sich U und I nicht ändern.

Und E=k*f*X (k: Konstante; f: Frequenz; X: magnetischer Fluss). Wenn sich also f von 50–>60 Hz ändert, nimmt X entsprechend ab.

Für den Motor gilt T=K*I*X (K: Konstante; I: Strom; X: Magnetfluss), sodass das Drehmoment T mit abnehmendem Magnetfluss X abnimmt.

Wenn er jedoch weniger als 50 Hz beträgt, ist der magnetische Fluss (X) eine Konstante, da I*R sehr klein ist und sich U/f=E/f nicht ändert. Das Drehmoment T ist proportional zum Strom. Aus diesem Grund wird üblicherweise die Überstromkapazität des Wechselrichters verwendet, um seine Überlastkapazität (Drehmomentkapazität) zu beschreiben, und man spricht von einer Drehzahlregelung mit konstantem Drehmoment (Nennstrom bleibt unverändert – maximales Drehmoment bleibt unverändert).

Fazit: Wenn die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters über 50 Hz ansteigt, nimmt das Ausgangsdrehmoment des Motors ab.

6. Andere Faktoren im Zusammenhang mit dem Ausgangsdrehmoment

Die Wärmeerzeugungs- und Wärmeableitungskapazität bestimmen die Ausgangsstromkapazität des Wechselrichters und beeinflussen somit die Ausgangsdrehmomentkapazität des Wechselrichters.

1. Trägerfrequenz: Der auf dem Wechselrichter angegebene Nennstrom ist im Allgemeinen der Wert, der eine kontinuierliche Leistung bei höchster Trägerfrequenz und höchster Umgebungstemperatur gewährleisten kann. Eine Reduzierung der Taktfrequenz hat keinen Einfluss auf den Strom des Motors. Allerdings wird die Wärmeentwicklung der Komponenten reduziert.

2. Umgebungstemperatur: Genauso wie der Schutzstromwert des Wechselrichters nicht erhöht wird, wenn festgestellt wird, dass die Umgebungstemperatur relativ niedrig ist.

3. Höhe: Die Zunahme der Höhe hat Auswirkungen auf die Wärmeableitung und Isolationsleistung. Im Allgemeinen kann es unterhalb von 1000 m vernachlässigt werden und die Kapazität kann für alle 1000 Meter oberhalb um 5 % reduziert werden.

7.Welche Frequenz eignet sich für einen Frequenzumrichter zur Steuerung eines Motors?

In der obigen Zusammenfassung haben wir erfahren, warum der Wechselrichter zur Steuerung des Motors verwendet wird, und auch verstanden, wie der Wechselrichter den Motor steuert. Der Wechselrichter steuert den Motor, was wie folgt zusammengefasst werden kann:

Erstens steuert der Wechselrichter die Startspannung und -frequenz des Motors, um einen sanften Start und einen sanften Stopp zu erreichen.

Zweitens wird der Wechselrichter verwendet, um die Drehzahl des Motors anzupassen, und die Motordrehzahl wird durch Ändern der Frequenz angepasst.

Der Permanentmagnetmotor von Anhui MingtengProdukte werden vom Wechselrichter gesteuert. Im Lastbereich von 25 % bis 120 % haben sie einen höheren Wirkungsgrad und einen größeren Betriebsbereich als Asynchronmotoren mit den gleichen Spezifikationen und weisen erhebliche Energiespareffekte auf.

Unsere professionellen Techniker wählen entsprechend den spezifischen Arbeitsbedingungen und den tatsächlichen Bedürfnissen der Kunden einen besser geeigneten Wechselrichter aus, um eine bessere Steuerung des Motors zu erreichen und die Leistung des Motors zu maximieren. Darüber hinaus kann unsere technische Serviceabteilung Kunden aus der Ferne bei der Installation und Fehlerbehebung des Wechselrichters anleiten und eine umfassende Nachverfolgung und Wartung vor und nach dem Verkauf durchführen.

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