Поставщики оборудования для поддержки преобразователей частоты напоминают, что сегодня преобразователи частоты широко используются в промышленном производстве. Оборудование, управляемое преобразователями частоты, позволяет существенно экономить электроэнергию, что заслужило признание многих промышленных производителей.
Для реализации таких функций, как плавная стоянка, плавный пуск, бесступенчатое регулирование скорости, а также для удовлетворения особых требований к увеличению или уменьшению скорости, в современных асинхронных двигателях требуется устройство регулирования скорости, называемое преобразователем частоты. В главной цепи устройства используется преобразователь частоты переменного тока с рабочей частотой 0–400 Гц. Выходное напряжение низковольтного универсального преобразователя частоты составляет 380–460 В, а выходная мощность – 0,37–400 кВт.
Выберите разумный преобразователь частоты
Проблемы, возникающие при использовании преобразователей частоты, такие как ненормальная работа, отказы оборудования и т. д., приводящие к остановке производства и неоправданным экономическим потерям, часто обусловлены неправильным выбором и установкой преобразователей частоты. Поэтому необходимо выбрать экономичный и практичный преобразователь частоты, который наилучшим образом соответствует основным условиям и требованиям производства и технологического процесса.
При выборе типа преобразователя частоты двигатель, как основной приводной объект преобразователя частоты, следует выбирать в соответствии с его рабочими параметрами.
(1) Согласование напряжения: номинальное напряжение преобразователя частоты соответствует напряжению нагрузки двигателя.
(2) Согласование тока: Мощность преобразователя частоты зависит от номинального тока, непрерывно выдаваемого преобразователем частоты. При выборе преобразователя частоты для двигателей, требующих регулирования скорости, необходимо выбирать преобразователь частоты с длительно допустимым номинальным током, превышающим номинальный ток двигателя при работе на номинальных параметрах, и с запасом по мощности. Для обычных преобразователей частоты с числом полюсов более 4 выбор основывается не на мощности двигателя, а на стандарте проверки тока двигателя. Даже если нагрузка на двигатель относительно мала, а ток меньше номинального тока преобразователя частоты, выбранный преобразователь частоты не должен быть слишком маломощным по сравнению с двигателем.
(3) Подбор мощности: В зависимости от различных нагрузочных характеристик двигателя существуют различные требования к выбору мощности преобразователя частоты.
Метод управления преобразователем частоты
К основным методам управления преобразователями частоты в настоящее время относятся следующие.
(1) В первом поколении использовалось управление U/f=C, также известное как метод управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Его характеристики включают простую структуру схемы управления, низкую стоимость, хорошие механические свойства и прочность, что позволяет удовлетворить требования к плавному регулированию скорости, предъявляемые к трансмиссиям общего назначения. Однако этот метод управления снижает максимальный выходной крутящий момент на низких частотах из-за более низкого выходного напряжения, что приводит к снижению стабильности на низких скоростях. Его особенностью является то, что без устройства обратной связи передаточное отношение ni составляет менее 1/40, а с обратной связью ni = 1/60. Подходит для вентиляторов и насосов общего назначения.
(2) Во втором поколении используется управление вектором напряжения в пространстве (метод траектории магнитного потока), также известный как метод управления SVPWM. Он основан на общем эффекте генерации трёхфазных сигналов, одновременно генерируя трёхфазные модулированные сигналы и управляя ими путём разрезания многоугольников до приблизительно окружностей. Для устранения влияния сопротивления статора на низких скоростях выходное напряжение и ток управляются по замкнутому контуру, что повышает динамическую точность и устойчивость. Характеристики: отсутствие устройства обратной связи, передаточное отношение ni = 1/100, подходит для регулирования скорости в промышленности.
(3) Третье поколение использует метод векторного управления (ВУ). Практика векторного управления с частотным регулированием скорости по сути приравнивает двигатель переменного тока к двигателю постоянного тока и независимо управляет компонентами скорости и магнитного поля. Управляя магнитным потоком ротора и разлагая ток статора на две составляющие, крутящий момент и магнитное поле, можно добиться ортогонального или развязанного управления посредством преобразования координат. Его характеристики: передаточное отношение ni = 1/100 без обратной связи, ni = 1/1000 с обратной связью и пусковой момент 150% при нулевой скорости. Видно, что этот метод применим ко всем типам управления скоростью, а при наличии обратной связи он подходит для высокоточного управления трансмиссией.
(4) Метод прямого управления крутящим моментом (DTC). Прямое управление крутящим моментом (DTC) является еще одним высокопроизводительным режимом управления скоростью переменной частоты, который отличается от векторного управления (VC). Получите данные о магнитном потоке и крутящем моменте с помощью моделей моделирования магнитного потока и моделей электромагнитного момента, сравните их с заданными значениями для генерации сигналов сравнения состояния гистерезиса, а затем переключите состояние переключателя с помощью логического управления для достижения постоянного управления магнитным потоком и управления электромагнитным моментом. Он не требует имитации управления двигателем постоянного тока, и эта технология успешно применяется в приводе переменного тока тяговых электровозов. Его характеристики: без устройства обратной связи, передаточное отношение ni = 1/100, с обратной связью ni = 1/1000, а пусковой момент может достигать 150% до 200% на нулевой скорости. Подходит для тяжелого пуска и больших нагрузок с постоянными колебаниями крутящего момента.
Требования к среде установки
(1) Температура окружающей среды: Температура окружающей среды преобразователя частоты определяется температурой вблизи его поперечного сечения. Поскольку преобразователи частоты в основном состоят из мощных электронных устройств, которые очень чувствительны к температуре, срок службы и надежность преобразователей частоты в значительной степени зависят от температуры, которая обычно находится в диапазоне от -10 ℃ до +40 ℃. Кроме того, необходимо учитывать тепловыделение самого преобразователя частоты и экстремальные ситуации, которые могут возникнуть в окружающей среде, поэтому, как правило, требуется определенный запас по температуре.
(2) Влажность окружающей среды: преобразователь частоты требует относительной влажности окружающей среды не более 90% (без конденсации на поверхности).
(3) Вибрация и удары: При установке и эксплуатации преобразователя частоты следует избегать вибрации и ударов. Необходимо избегать паяных соединений и ослабления крепления внутренних компонентов преобразователя частоты, что может привести к ухудшению электрического контакта или даже к серьёзным неисправностям, таким как короткое замыкание. Поэтому обычно требуется, чтобы виброускорение в месте установки не превышало 0,6g, а в специальных местах можно использовать сейсмостойкие элементы, например, амортизирующую резину.
(4) Место установки: Максимально допустимые выходной ток и напряжение преобразователя частоты зависят от его способности рассеивать тепло. При высоте над уровнем моря более 1000 м способность рассеивать тепло снижается, поэтому преобразователь частоты, как правило, следует устанавливать на высоте ниже 1000 м.
(5) Общие требования к месту установки преобразователя частоты: отсутствие коррозии, легковоспламеняющихся или взрывоопасных газов и жидкостей; отсутствие пыли, плавающих волокон и металлических частиц; исключение воздействия прямых солнечных лучей; отсутствие электромагнитных помех.
Исследования в области частотно-регулируемого регулирования скорости в настоящее время являются наиболее активным и практически значимым направлением исследований в области электропередачи. Потенциал преобразователей частоты огромен, поскольку они широко применяются в таких отраслях, как кондиционирование воздуха, лифтовое оборудование, металлургия и машиностроение. Электродвигатели с частотно-регулируемым регулированием скорости и соответствующие им преобразователи частоты будут развиваться быстрыми темпами.