電動機變頻器

使用變頻器的技術方面

如今，感應電動機已成為大多數電力驅動裝置中的主要裝置。越來越多地使用變頻器進行控制 - 具有 PWM 調節功能的逆變器。這種控制有很多優點，但在選擇某些技術解決方案時也會產生一些問題。讓我們嘗試更詳細地了解它們。

變頻器裝置

各種強大的高壓晶體管 IGBT 模塊的開發和生產使得實現由數字信號直接控制的多相電源開關成為可能。可編程計算設備使得在提供信號的開關輸入端生成數字序列成為可能 異步電動機的頻率控制… 具有大量計算資源的單片機的開發和量產使得向帶有數字控制器的伺服驅動器的過渡成為可能。

通常，電源變頻器是根據包含基於大功率二極管或功率晶體管的整流器和基於被二極管並聯的 IGBT 晶體管的逆變器（受控開關）的方案實施的（圖 1）。

米。 1、變頻電路

輸入級對所提供的正弦電網電壓進行整流，經感容濾波器平滑後，作為受控逆變器的電源，逆變器產生的信號為 脈沖調制，它在定子繞組中產生正弦電流，其參數提供電動機的必要操作模式。

功率轉換器的數字控制是使用微處理器硬件和與手頭任務相對應的軟件來執行的。計算單元實時為 52 個模塊生成控制信號，並處理來自控制驅動器運行的測量系統的信號。

電源和控制計算機組合在一個結構設計的工業產品中，稱為變頻器。

工業設備中使用的變頻器主要有兩種類型：

• 特定類型設備的專有轉換器。

• 通用變頻器設計用於在用戶定義模式下對 AM 操作進行多功能控制。

可以使用配備屏幕的控制面板來設置和管理變頻器的運行模式，以指示輸入的信息。對於簡單的標量頻率控制，您可以使用控制器出廠設置和內置 PID 控制器中可用的一組簡單邏輯函數。

為了使用反饋傳感器信號實現更複雜的控制模式，有必要開發一個 ACS 結構和一個算法，以便使用連接的外部計算機進行編程。

大多數製造商生產一系列在輸入和輸出電氣特性、功率、設計和其他參數方面不同的變頻器。額外的外部元件可用於連接到外部設備（電源、電機）：磁啟動器、變壓器、扼流圈。

控制信號的種類

有必要區分不同類型的信號，並為每種信號使用單獨的電纜。不同類型的信號可以相互影響。實際上，這種分離很常見，例如電纜來自 壓力傳感器 可以直接連接到變頻器。

在圖。圖 2 顯示了在存在各種電路和控制信號的情況下連接變頻器的推薦方式。

米。 2.變頻器電源電路與控制電路的連接示例

可以區分以下類型的信號：

• 模擬 - 電壓或電流信號（0 … 10 V，0/4 … 20 mA），其值變化緩慢或很少，通常是控製或測量信號；

• 離散電壓或電流信號（0 ... 10 V，0/4 ... 20 mA），只能採用兩個很少變化的值（高或低）；

• 數字（數據）——電壓信號（0 … 5 V, 0 … 10 V）變化快且頻率高，通常這些是來自端口 RS232、RS485 等的信號；

• 繼電器 — 繼電器觸點 (0 … 220 V AC) 可能包含感應電流，具體取決於所連接的負載（外部繼電器、燈、閥門、制動器等）。

變頻器功率選擇

選擇變頻器的功率時，不僅要看電動機的功率，還要看變頻器和電動機的額定電流和電壓。事實上，變頻器的額定功率僅指其在標準應用中與標準 4 極異步電機一起運行。

實際設備有許多方面會導致設備上的電流負載增加，例如在啟動期間。原則上，使用變頻器可以減少軟啟動帶來的電流和機械負載。例如，啟動電流由額定電流的600%降低到100-150%。

以較低的速度行駛

需要記住的是，雖然變頻器在電機低速運行時很容易提供 10:1 的速度調節，但其自身風扇的功率可能不夠。監測發動機溫度並提供強制通風。

電磁兼容

由於變頻器是高頻諧波的強大來源，因此應使用最短長度的屏蔽電纜來連接電機。這種電纜必須與其他電纜至少保持 100 毫米的距離。這最大限度地減少了交叉詢問。如果要交叉電纜，則以 90 度角交叉。

它由應急發電機供電

變頻器提供的軟啟動可以降低發電機所需的功率。由於通過這樣的啟動電流減少了 4-6 倍，因此發電機的功率可以減少類似的次數。但仍必須在發電機和驅動器之間安裝一個接觸器，由變頻器的繼電器輸出控制。這可以保護變頻器免受危險的過電壓影響。

從單相網絡為三相轉換器供電

三相變頻器可由單相電網供電，但其輸出電流不得超過額定電流的50%。

節省能源和金錢

儲蓄來自幾個原因。首先，因為增長 餘弦φ 到 0.98 的值，即最大的功率用於做有用的工作，最小的功率被浪費了。其次，在所有發動機運行模式下都獲得了接近於此的係數。

在沒有變頻器的情況下，異步電動機在低負載時的餘弦 phi 為 0.3-0.4。第三，不需要額外的機械調節（阻尼器、油門、氣門、剎車等），一切都是電子化的。使用這樣的控制裝置，可節省高達 50%。

同步多個設備

由於控制變頻器的額外輸入，可以同步傳送帶過程或設置某些值的變化率，具體取決於其他值。例如，使機器的主軸速度取決於刀具的進給率。該過程將得到優化，因為隨著刀具負載的增加，進給量將減少，反之亦然。

網絡高次諧波保護

為了提供額外保護，除了短屏蔽電纜外，還使用線路扼流圈和旁路電容器。 風門此外，它還限制了接通時的浪湧電流。

選擇合適的防護等級

可靠的散熱對於變頻器的平穩運行至關重要。如果使用高防護等級，例如 IP 54 或更高，則很難或昂貴地實現這種散熱。因此，可以採用防護等級高的獨立機櫃，安裝等級較低的模塊，並進行一般通風降溫。

電動機與一台變頻器並聯

為了降低成本，可以使用一台變頻器控制多台電動機。其功率的選擇應留有全部電動機總功率的10-15%的餘量。為此，有必要盡量縮短電機電纜的長度，並且非常需要安裝電機扼流圈。

大多數變頻器不允許在變頻器運行時通過接觸器關閉或連接電機。這只能通過設備上的停止命令來完成。

控制功能設定

為了實現電驅動的最大性能，如：功率因數、效率、過載能力、調節平滑度、耐用性，需要正確選擇工作頻率的變化與頻率的輸出電壓之間的比率轉換器。

電壓變化函數取決於負載的轉矩特性。在恆定轉矩下，電機定子電壓必須與頻率成比例地進行控制（標量控制 U / F = const）。例如，對於風扇，另一個比率是 U / F * F = const。如果我們將頻率增加 2 倍，那麼電壓應該增加 4（矢量控制）。有些設備具有更複雜的控制功能。

使用帶變頻器的變速驅動器的優點

除了提高效率和節約能源之外，這種電驅動還可以讓您獲得新的駕駛品質。這反映在拒絕使用會造成損失並降低系統可靠性的額外機械裝置：制動器、減震器、節氣門、閥門、控制閥等。例如，可以通過反轉電機定子中的電磁場來實現制動。通過僅改變頻率和電壓之間的函數關係，我們可以在不改變機械結構的情況下獲得不同的驅動器。

閱讀文檔

需要注意的是，變頻器雖然大同小異，掌握了一個，應對另一個也很容易，但還是需要仔細閱讀文檔。一些製造商對其產品的使用施加了限制，如果違反這些規定，他們會將產品從保修中移除。

您可能對以下內容感興趣： 可變電驅動作為節能手段