Anbieter von Frequenzumrichtern für die Ölfeldindustrie weisen darauf hin, dass Elektromotoren derzeit die am häufigsten eingesetzten rotierenden Werkzeuge sind. Mit der Entwicklung und Verbreitung von Frequenzumrichtern steigt der Bedarf an Elektromotoren in Kombination mit diesen. Bei der gemeinsamen Nutzung von Frequenzumrichtern und Elektromotoren treten jedoch unweigerlich zahlreiche Probleme auf:
1. Können Motorsanlaufgeräte Energie sparen?
Der Energiespareffekt des Sanftanlaufs ist begrenzt, aber er kann die Auswirkungen des Anlaufs auf das Stromnetz verringern, einen sanften Anlauf ermöglichen und die Motorwicklung schützen.
Gemäß der Theorie der Energieerhaltung führt der Sanftanlauf aufgrund der zusätzlichen, relativ komplexen Steuerschaltungen nicht nur nicht zu einer Energieeinsparung, sondern erhöht sogar den Energieverbrauch. Allerdings kann er den Anlaufstrom des Stromkreises reduzieren und eine Schutzfunktion ausüben.
Wie hoch sind Anlaufstrom und Anlaufdrehmoment des Motors bei Betrieb mit einem Frequenzumrichter?
Bei Betrieb mit einem Frequenzumrichter steigen Frequenz und Spannung mit der Motordrehzahl an, und der Anlaufstrom ist auf unter 150 % des Nennstroms begrenzt (125 % bis 200 %, modellabhängig). Beim direkten Anlauf über das Stromnetz ist der Anlaufstrom 6- bis 7-mal so hoch, was zu mechanischen und elektrischen Schlägen führen kann. Mit einem Frequenzumrichter kann der Motor sanft anlaufen (wenn auch mit längerer Anlaufzeit). Der Anlaufstrom beträgt das 1,2- bis 1,5-Fache des Nennstroms, und das Anlaufdrehmoment liegt bei 70 % bis 120 % des Nenndrehmoments. Bei Frequenzumrichtern mit automatischer Drehmomentverstärkung liegt das Anlaufdrehmoment über 100 % und der Motor kann unter Volllast anlaufen.
Besteht ein Zusammenhang zwischen Motorüberlastung und Kurzschluss?
Es gibt zwei Arten von Motorüberlastung: 1. Mechanische Lastüberlastung: Diese entsteht durch eine Überlastung, die den Nennwert der Antriebslast überschreitet, oder durch Blockierungen im Getriebe und hat nichts mit einem Kurzschluss zu tun. 2. Normale Lastüberlastung: Eine Überlastung des Motorstroms kann durch lokale Erdung oder Kurzschlüsse zwischen den Windungen der Motorwicklung verursacht werden.
Wozu dient die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz? Welche Vorteile bietet sie?
Wozu dient die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz?
Es kann bei rotierenden Maschinen mit Drehzahlregelungsanforderungen eingesetzt werden.
Welche Vorteile bietet die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz?
Vor der Einführung der Frequenzumrichter-Drehzahlregelung (theoretisch war dies bereits möglich, die tatsächliche Umsetzung erfolgte jedoch erst nach der Erfindung leistungselektronischer Bauelemente) wurde die Drehzahlregelung traditionell mit Gleichstrom durchgeführt. Die Nachteile der Gleichstrom-Drehzahlregelung sind:
① Gleichstrommotoren weisen komplexe Strukturen und hohe Wartungskosten auf.
② Aufgrund des Kommutators ist die Leistungssteigerung des Gleichstrommotors stark eingeschränkt.
Die Vorteile der Drehzahlregelung mit variabler Frequenz sind daher:
① Es kann die gleiche hervorragende Drehzahlregelungsleistung wie die Gleichstrom-Drehzahlregelung für Wechselstrommotoren erzielen.
② Die Wartung von Kurzschlussläufer-Asynchronmotoren ist einfach und bequem.
③ Die Leistung von Wechselstrommotoren ist durch den Kommutator nicht begrenzt.
Wie misst man den Isolationswiderstand eines Motors?
Wenn es sich um einen Drehstrommotor handelt, messen Sie den Isolationswiderstand zwischen den Phasen und gegen Erde der dreiphasigen Wicklungen des Motors.
Bei einem Gleichstrommotor messen Sie die Spannungen zwischen Ankerwicklung und Masse, Erregerwicklung in Reihe und in Reihe und in Reihe und in Reihe. Wählen Sie den passenden Schwingungsdämpfer entsprechend der Spannung des zu prüfenden Motors aus.
Messschritte:
---Stromversorgung trennen
---Erdungsentladung
---Wenn es sich um einen Drehstrommotor handelt, öffnen Sie den Mittelkontakt (falls möglich).
---Wenn es sich um einen Gleichstrommotor handelt, heben Sie die Bürste an.
---Verwenden Sie einen Rütteltisch, um den Isolationswiderstand zwischen den Phasen und gegen Erde separat zu messen.
---Erdungsentladung
---Stelle die Zeile wieder her
---Notieren Sie den Isolationswiderstand und die Umgebungstemperatur.
6. Was ist ein bürstenloser und azyklischer Anlasser?
Der bürstenlose und ringlose Anlasser überwindet die Nachteile von Wickelläufer-Asynchronmotoren mit Schleifringen, Kohlebürsten und komplexen Anlassvorrichtungen und behält gleichzeitig deren Vorteile wie niedrigen Anlaufstrom und hohes Anlaufdrehmoment bei. Drehstrom-Wendeläufer-Asynchronmotoren der Baureihen JR, JZR, YR und YZR (ausgenommen drehzahlvariable Motoren und solche mit Eingangskameras), die bisher mit Widerstandsanlassern, Drosseln, frequenzabhängigen Stellwiderständen, Flüssigkeitsstellwiderständen oder Sanftanlassern betrieben wurden, können durch bürstenlose und offene Anlasser ersetzt werden.
Wie viele Kondensator-Anlaufmethoden gibt es für Motoren?
Es gibt zwei Arten des Startens:
⑴ Kondensatoranlauf (bezieht sich auf die Abschaltung des Kondensators nach dem Anlaufen des Motors);
⑵ Der Kondensator startet und arbeitet (der Kondensator nimmt nach dem Start am Betrieb teil).
Kann ein Transformator als Last für einen Frequenzumrichter verwendet werden?
Prinzipiell wäre es möglich, in der Praxis jedoch nicht. Frequenzumrichter benötigen keine Transformatoren zur Spannungserhöhung und sind in verschiedenen Ausführungen für Schaltungen über 380 V erhältlich. Für höhere Spannungen gibt es auch Schaltungen, die direkt auf 220 V oder 380 V umgewandelt werden können und die Spannung anschließend verdoppeln, um die gewünschte Hochspannung zu erzielen. Frequenzumrichter werden hauptsächlich zum Ansteuern von Lasten (z. B. Elektromotoren) eingesetzt und selten zur Netzfrequenzumwandlung. Ihre Funktionen beschränken sich jedoch nicht nur auf die Frequenzumwandlung selbst; sie bieten zahlreiche Zusatzfunktionen, wie beispielsweise verschiedene Schutzmechanismen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist die Verwendung von Frequenzumrichtern zur Erzeugung von Netzfrequenzleistung nicht empfehlenswert. Es wird empfohlen, andere Frequenzumrichter zu verwenden.
Lässt sich der Frequenzumrichter auf 1 Hz einstellen, und auf wie viele Hz lässt er sich maximal einstellen?
Wird ein Frequenzumrichter an einem herkömmlichen Wechselstrom-Asynchronmotor verwendet, liegt die Frequenz bei einer Einstellung von 1 Hz bereits nahe am Gleichstrombereich, was absolut unzulässig ist. Der Motor läuft dann mit dem maximalen Strom innerhalb der vom Frequenzumrichter vorgegebenen Grenzen und erzeugt dabei starke Hitze, die ihn wahrscheinlich durchbrennen lässt.
Bei einer Betriebsfrequenz über 50 Hz erhöht sich der Eisenverlust des Motors, was sich ebenfalls negativ auf dessen Lebensdauer auswirkt. Generell sollte eine Frequenz von 60 Hz nicht überschritten werden (kurzzeitige Überschreitungen sind zulässig), da dies die Lebensdauer des Motors beeinträchtigt.
Wie funktioniert der Frequenzregelwiderstand in einem Frequenzumrichter? Warum lässt sich die Frequenz durch Verstellen des Widerstands verändern?
Der Frequenzeinstellwiderstand des Frequenzumrichters teilt die 10-V-Referenzspannung proportional auf und leitet das Signal an die Hauptsteuerplatine zurück. Diese wandelt das vom Widerstand zurückgesendete Signal analog-digital um, liest die Daten aus und gibt daraus einen proportionalen Wert der Nennfrequenz als Ausgabefrequenz aus. Durch Anpassen des Widerstandswerts lässt sich somit die Frequenz des Frequenzumrichters einstellen.
11. Kann der Frequenzumrichter den Motorstrom entkoppeln?
Lässt sich die Frequenzumwandlung entkoppeln? Nein! Solange jedoch die Ausgangsfrequenz f und die Synchrondrehzahl n1 den Schlupf im stabilen Bereich oder auf dem Nennschlupf Se halten, entspricht dies einer Entkopplung des Motorstroms, da der Leistungsfaktor des Rotors nun 1 beträgt und der Rotorstrom dem Drehmomentstrom entspricht, der entkoppelt und geregelt werden muss! Der Frequenzumrichter dient der Drehzahlregelung von Asynchronmotoren und kann keine Regelung durchführen, die über die mechanischen Eigenschaften von Asynchronmotoren hinausgeht.
Warum ist der Anlaufstrom eines Induktionsmotors so hoch? Sinkt der Anlaufstrom nach dem Anlaufen ab?
Im Stillstand verhält sich ein Induktionsmotor aus elektromagnetischer Sicht wie ein Transformator. Die an die Stromversorgung angeschlossene Statorwicklung entspricht der Primärspule eines Transformators, die geschlossene Rotorwicklung der kurzgeschlossenen Sekundärspule. Zwischen Stator- und Rotorwicklung besteht keine elektrische, sondern nur eine magnetische Verbindung. Der magnetische Fluss durchdringt Stator, Luftspalt und Rotorkern und bildet so einen geschlossenen Stromkreis. Im Moment des Schließens dreht sich der Rotor aufgrund seiner Trägheit noch nicht. Das rotierende Magnetfeld schneidet die Rotorwicklung mit der maximalen Schnittgeschwindigkeit – der Synchrondrehzahl – und induziert so das höchstmögliche Potenzial. Dadurch fließt ein hoher Strom durch den Rotorleiter, der magnetische Energie erzeugt, um dem Statormagnetfeld entgegenzuwirken, analog zum Sekundärmagnetfluss eines Transformators, der dem Primärmagnetfluss entgegenwirken muss.
Um den ursprünglichen, mit der Versorgungsspannung kompatiblen Magnetfluss aufrechtzuerhalten, erhöht der Stator automatisch den Strom. Da der Rotorstrom in diesem Moment sehr hoch ist, steigt auch der Statorstrom deutlich an, sogar auf das 4- bis 7-Fache des Nennstroms, was den hohen Anlaufstrom verursacht.
Warum ist der Strom nach dem Anlauf gering? Mit steigender Motordrehzahl sinkt die Geschwindigkeit, mit der das Stator-Magnetfeld den Rotorleiter schneidet. Dadurch verringert sich das induzierte Potenzial im Rotorleiter und somit auch der Strom im Rotorleiter. Folglich sinkt auch der Anteil des Statorstroms, der den vom Rotorstrom erzeugten magnetischen Fluss kompensiert. Der Statorstrom nimmt also von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert ab, bis er wieder seinen Normalwert erreicht.
Welchen Einfluss hat die Trägerfrequenz auf Frequenzumrichter und Motoren?
Die Trägerfrequenz hat einen Einfluss auf den Ausgangsstrom des Frequenzumrichters:
(1) Je höher die Betriebsfrequenz, desto größer das Tastverhältnis der Spannungswelle, desto kleiner die Oberwellenkomponenten höherer Ordnung des Stroms, d. h. desto höher die Trägerfrequenz und desto glatter die Stromwellenform;
(2) Je höher die Trägerfrequenz, desto kleiner ist der zulässige Ausgangsstrom des Frequenzumrichters.
(3) Je höher die Trägerfrequenz, desto kleiner die Kapazitätsimpedanz des Verdrahtungskondensators (weil Xc=1/2 π fC) und desto größer der Leckstrom, der durch Hochfrequenzimpulse verursacht wird.
Der Einfluss der Trägerfrequenz auf Motoren:
Je höher die Trägerfrequenz, desto geringer die Vibrationen des Motors, desto niedriger das Betriebsgeräusch und desto weniger Wärme erzeugt er. Allerdings führt eine höhere Trägerfrequenz auch zu einer höheren Frequenz der Oberwellenströme, einem stärkeren Skin-Effekt im Motorstator, höheren Motorverlusten und einer geringeren Ausgangsleistung.
Warum kann ein Frequenzumrichter nicht als Frequenzumrichter-Netzteil verwendet werden?
Die gesamte Schaltung eines Frequenzumrichters besteht aus Wechsel-, Gleich- und Wechselstromwandlern sowie Filterkomponenten. Daher liefert er reine Sinuswellen, die denen eines idealen Wechselstromnetzteils sehr nahekommen. Er kann die Netzspannung und -frequenz jedes Landes der Welt ausgeben.
Der Frequenzumrichter besteht aus Schaltungen, die Wechselstrom (gleichmäßig und moduliert) erzeugen. Die korrekte Bezeichnung lautet daher Frequenzumrichter-Drehzahlregler. Die Ausgangsspannung ist eine Rechteckimpulswelle mit vielen Oberwellen. Spannung und Frequenz ändern sich proportional und lassen sich nicht separat einstellen. Dies entspricht nicht den Anforderungen an eine Wechselstromversorgung. Prinzipiell kann er nicht als Stromversorgung verwendet werden und dient üblicherweise nur zur Drehzahlregelung von Drehstrom-Asynchronmotoren.
Warum ist der Temperaturanstieg des Motors bei Verwendung eines Frequenzumrichters höher als bei Verwendung der Netzfrequenz?
Da die Ausgangswellenform des Frequenzumrichters keine Sinuswelle, sondern eine verzerrte Welle ist, ist der Motorstrom bei Nenndrehmoment etwa 10 % höher als bei Netzfrequenz, sodass der Temperaturanstieg etwas höher ist als bei Netzfrequenz.
Ein weiterer Punkt ist, dass bei sinkender Motordrehzahl die Drehzahl des Motorkühlventilators nicht ausreicht und der Temperaturanstieg des Motors höher ausfällt.