O conversor de frequência é uma tecnologia que deve ser dominada ao realizar trabalhos elétricos. Usar conversor de frequência para controlar o motor é um método comum em controle elétrico; alguns também exigem proficiência em seu uso.
1.Em primeiro lugar, por que usar um conversor de frequência para controlar um motor?
O motor é uma carga indutiva, o que dificulta a mudança de corrente e produzirá uma grande mudança de corrente na partida.
O inversor é um dispositivo de controle de energia elétrica que utiliza a função liga-desliga de dispositivos semicondutores de potência para converter a fonte de alimentação de frequência industrial em outra frequência. É composto principalmente por dois circuitos, um é o circuito principal (módulo retificador, capacitor eletrolítico e módulo inversor) e o outro é o circuito de controle (placa de alimentação chaveada, placa de circuito de controle).
Para reduzir a corrente de partida do motor, principalmente do motor com maior potência, quanto maior a potência, maior será a corrente de partida. A corrente de partida excessiva trará uma carga maior para a rede de fornecimento de energia e distribuição. O conversor de frequência pode resolver este problema de partida e permitir que o motor dê partida suavemente sem causar corrente de partida excessiva.
Outra função do uso de um conversor de frequência é ajustar a velocidade do motor. Em muitos casos é necessário controlar a velocidade do motor para obter melhor eficiência de produção, e a regulação da velocidade do conversor de frequência sempre foi seu maior destaque. O conversor de frequência controla a velocidade do motor alterando a frequência da fonte de alimentação.
2.Quais são os métodos de controle do inversor?
Os cinco métodos mais comumente usados de motores de controle do inversor são os seguintes:
A. Método de controle de modulação por largura de pulso sinusoidal (SPWM)
Suas características são estrutura de circuito de controle simples, baixo custo, boa dureza mecânica e podem atender aos requisitos de regulação de velocidade suave da transmissão geral. Tem sido amplamente utilizado em vários campos da indústria.
Porém, em baixas frequências, devido à baixa tensão de saída, o torque é significativamente afetado pela queda de tensão na resistência do estator, o que reduz o torque máximo de saída.
Além disso, suas características mecânicas não são tão fortes quanto as dos motores DC, e sua capacidade dinâmica de torque e desempenho de regulação de velocidade estática não são satisfatórios. Além disso, o desempenho do sistema não é alto, a curva de controle muda com a carga, a resposta do torque é lenta, a taxa de utilização do torque do motor não é alta e o desempenho diminui em baixa velocidade devido à existência de resistência do estator e inversor morto. efeito de zona e a estabilidade se deteriora. Portanto, as pessoas estudaram a regulação de velocidade de frequência variável de controle vetorial.
B. Método de controle de vetor espacial de tensão (SVPWM)
Baseia-se no efeito geral de geração da forma de onda trifásica, com o objetivo de aproximar a trajetória ideal do campo magnético giratório circular do entreferro do motor, gerando uma forma de onda de modulação trifásica por vez e controlando-a no caminho de polígono inscrito aproximando-se do círculo.
Após o uso prático, foi aprimorado, ou seja, introduzindo compensação de frequência para eliminar o erro de controle de velocidade; estimar a amplitude do fluxo através de feedback para eliminar a influência da resistência do estator em baixa velocidade; fechando a tensão de saída e o circuito de corrente para melhorar a precisão dinâmica e a estabilidade. No entanto, existem muitos links de circuito de controle e nenhum ajuste de torque é introduzido, portanto o desempenho do sistema não foi fundamentalmente melhorado.
C. Método de controle vetorial (VC)
A essência é tornar o motor CA equivalente a um motor CC e controlar de forma independente a velocidade e o campo magnético. Ao controlar o fluxo do rotor, a corrente do estator é decomposta para obter os componentes de torque e campo magnético, e a transformação de coordenadas é usada para obter controle ortogonal ou desacoplado. A introdução do método de controle vetorial é de importância marcante. No entanto, em aplicações práticas, como o fluxo do rotor é difícil de observar com precisão, as características do sistema são muito afetadas pelos parâmetros do motor, e a transformação de rotação vetorial usada no processo de controle do motor CC equivalente é relativamente complexa, dificultando o real efeito de controle para alcançar o resultado de análise ideal.
D. Método de Controle Direto de Torque (DTC)
Em 1985, o professor DePenbrock da Universidade Ruhr, na Alemanha, propôs pela primeira vez a tecnologia de conversão de frequência de controle direto de torque. Esta tecnologia resolveu em grande parte as deficiências do controle vetorial mencionado acima e foi rapidamente desenvolvida com novas ideias de controle, estrutura de sistema concisa e clara e excelente desempenho dinâmico e estático.
Atualmente, esta tecnologia tem sido aplicada com sucesso à tração de transmissão CA de alta potência de locomotivas elétricas. O controle direto de torque analisa diretamente o modelo matemático dos motores CA no sistema de coordenadas do estator e controla o fluxo magnético e o torque do motor. Não é necessário equiparar motores CA a motores CC, eliminando assim muitos cálculos complexos na transformação de rotação vetorial; não precisa imitar o controle dos motores CC, nem simplificar o modelo matemático dos motores CA para desacoplamento.
E. Método de controle Matrix AC-AC
Conversão de frequência VVVF, conversão de frequência de controle vetorial e conversão de frequência de controle direto de torque são todos tipos de conversão de frequência AC-DC-AC. Suas desvantagens comuns são baixo fator de potência de entrada, grande corrente harmônica, grande capacitor de armazenamento de energia necessário para o circuito CC e a energia regenerativa não pode ser realimentada para a rede elétrica, ou seja, não pode operar em quatro quadrantes.
Por esta razão, surgiu a conversão de frequência matricial AC-AC. Como a conversão de frequência CA-CA da matriz elimina o link CC intermediário, ela elimina o grande e caro capacitor eletrolítico. Ele pode atingir um fator de potência de 1, uma corrente de entrada senoidal e pode operar em quatro quadrantes, e o sistema possui alta densidade de potência. Embora esta tecnologia ainda não esteja madura, ainda atrai muitos estudiosos para realizar pesquisas aprofundadas. Sua essência não é controlar indiretamente a corrente, o fluxo magnético e outras grandezas, mas usar diretamente o torque como a grandeza controlada para alcançá-lo.
3.Como um conversor de frequência controla um motor? Como os dois estão conectados?
A fiação do inversor para controlar o motor é relativamente simples, semelhante à fiação do contator, com três linhas de energia principais entrando e saindo para o motor, mas as configurações são mais complicadas e as formas de controlar o inversor também são diferente.
Em primeiro lugar, para o terminal do inversor, embora existam muitas marcas e diferentes métodos de fiação, os terminais de fiação da maioria dos inversores não são muito diferentes. Geralmente dividido em entradas de chave direta e reversa, usadas para controlar a partida direta e reversa do motor. Terminais de realimentação são usados para realimentar o status operacional do motor,incluindo frequência operacional, velocidade, status de falha, etc.
Para controle de configuração de velocidade, alguns conversores de frequência usam potenciômetros, alguns usam botões diretamente, todos controlados por meio de fiação física. Outra forma é usar uma rede de comunicação. Muitos conversores de frequência agora suportam controle de comunicação. A linha de comunicação pode ser usada para controlar a partida e parada, rotação para frente e para trás, ajuste de velocidade, etc. Ao mesmo tempo, as informações de feedback também são transmitidas através da comunicação.
4.O que acontece com o torque de saída de um motor quando sua velocidade de rotação (frequência) muda?
O torque inicial e o torque máximo quando acionado por um conversor de frequência são menores do que quando acionado diretamente por uma fonte de alimentação.
O motor tem um grande impacto na partida e na aceleração quando alimentado por uma fonte de alimentação, mas esses impactos são mais fracos quando alimentado por um conversor de frequência. A partida direta com uma fonte de alimentação gerará uma grande corrente de partida. Quando um conversor de frequência é usado, a tensão de saída e a frequência do conversor de frequência são gradualmente adicionadas ao motor, de modo que a corrente de partida e o impacto do motor são menores. Normalmente, o torque gerado pelo motor diminui à medida que a frequência diminui (a velocidade diminui). Os dados reais da redução serão explicados em alguns manuais do conversor de frequência.
O motor usual é projetado e fabricado para uma tensão de 50 Hz, e seu torque nominal também é dado dentro desta faixa de tensão. Portanto, a regulação de velocidade abaixo da frequência nominal é chamada de regulação de velocidade de torque constante. (T=Te, P<=Pe)
Quando a frequência de saída do conversor de frequência é superior a 50 Hz, o torque gerado pelo motor diminui em uma relação linear inversamente proporcional à frequência.
Quando o motor funciona a uma frequência superior a 50 Hz, o tamanho da carga do motor deve ser considerado para evitar torque de saída do motor insuficiente.
Por exemplo, o torque gerado pelo motor a 100 Hz é reduzido para cerca de 1/2 do torque gerado a 50 Hz.
Portanto, a regulação de velocidade acima da frequência nominal é chamada de regulação de velocidade de potência constante. (P=Ue*Ie).
5. Aplicação de conversor de frequência acima de 50 Hz
Para um motor específico, sua tensão nominal e corrente nominal são constantes.
Por exemplo, se os valores nominais do inversor e do motor forem ambos: 15kW/380V/30A, o motor poderá operar acima de 50Hz.
Quando a velocidade é 50Hz, a tensão de saída do inversor é 380V e a corrente é 30A. Neste momento, se a frequência de saída for aumentada para 60 Hz, a tensão e corrente máximas de saída do inversor poderão ser apenas 380 V/30 A. Obviamente, a potência de saída permanece inalterada, por isso chamamos isso de regulação de velocidade de potência constante.
Como está o torque neste momento?
Como P = wT (w; velocidade angular, T: torque), como P permanece inalterado e w aumenta, o torque diminuirá de acordo.
Também podemos olhar para isso de outro ângulo:
A tensão do estator do motor é U=E+I*R (I é corrente, R é resistência eletrônica e E é potencial induzido).
Pode-se ver que quando U e I não mudam, E também não muda.
E E=k*f*X (k: constante; f: frequência; X: fluxo magnético), então quando f muda de 50–>60Hz, X diminuirá de acordo.
Para o motor, T=K*I*X (K: constante; I: corrente; X: fluxo magnético), então o torque T diminuirá à medida que o fluxo magnético X diminuir.
Ao mesmo tempo, quando é inferior a 50 Hz, como I*R é muito pequeno, quando U/f=E/f não muda, o fluxo magnético (X) é uma constante. O torque T é proporcional à corrente. É por isso que a capacidade de sobrecorrente do inversor é geralmente usada para descrever sua capacidade de sobrecarga (torque), e é chamada de regulação de velocidade de torque constante (a corrente nominal permanece inalterada -> o torque máximo permanece inalterado)
Conclusão: Quando a frequência de saída do inversor aumenta acima de 50 Hz, o torque de saída do motor diminuirá.
6.Outros fatores relacionados ao torque de saída
A capacidade de geração e dissipação de calor determina a capacidade de corrente de saída do inversor, afetando assim a capacidade de torque de saída do inversor.
1. Frequência portadora: A corrente nominal marcada no inversor é geralmente o valor que pode garantir saída contínua na frequência portadora mais alta e na temperatura ambiente mais alta. A redução da frequência portadora não afetará a corrente do motor. Contudo, a geração de calor dos componentes será reduzida.
2. Temperatura ambiente: Assim como o valor da corrente de proteção do inversor não será aumentado quando a temperatura ambiente for detectada como relativamente baixa.
3. Altitude: O aumento da altitude tem impacto na dissipação de calor e no desempenho do isolamento. Geralmente, pode ser ignorado abaixo de 1.000 m, e a capacidade pode ser reduzida em 5% para cada 1.000 metros acima.
7.Qual é a frequência apropriada para um conversor de frequência controlar um motor?
No resumo acima, aprendemos porque o inversor é usado para controlar o motor e também entendemos como o inversor controla o motor. O inversor controla o motor, que pode ser resumido da seguinte forma:
Primeiro, o inversor controla a tensão de partida e a frequência do motor para obter partida e parada suaves;
Em segundo lugar, o inversor é usado para ajustar a velocidade do motor, e a velocidade do motor é ajustada alterando a frequência.
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Horário da postagem: 09/09/2024