Bộ biến tần là công nghệ cần nắm vững khi thực hiện công việc điện. Sử dụng bộ biến tần để điều khiển động cơ là phương pháp phổ biến trong điều khiển điện; một số cũng yêu cầu sự thành thạo trong việc sử dụng chúng.
1.Trước hết, tại sao phải sử dụng bộ biến tần để điều khiển động cơ?
Động cơ là một tải cảm ứng, cản trở sự thay đổi dòng điện và sẽ tạo ra sự thay đổi lớn về dòng điện khi khởi động.
Biến tần là một thiết bị điều khiển năng lượng điện sử dụng chức năng bật tắt của các thiết bị bán dẫn công suất để chuyển đổi nguồn điện tần số công nghiệp sang tần số khác. Nó chủ yếu bao gồm hai mạch, một là mạch chính (mô-đun chỉnh lưu, tụ điện và mô-đun biến tần), và mạch còn lại là mạch điều khiển (bảng cấp nguồn chuyển mạch, bảng mạch điều khiển).
Để giảm dòng khởi động của động cơ, đặc biệt là động cơ có công suất càng cao thì công suất càng lớn thì dòng khởi động càng lớn. Dòng khởi động quá mức sẽ mang lại gánh nặng lớn hơn cho mạng lưới phân phối và cung cấp điện. Bộ biến tần có thể giải quyết vấn đề khởi động này và cho phép động cơ khởi động trơn tru mà không gây ra dòng khởi động quá mức.
Một chức năng khác của việc sử dụng bộ biến tần là điều chỉnh tốc độ của động cơ. Trong nhiều trường hợp, cần phải kiểm soát tốc độ của động cơ để đạt hiệu quả sản xuất tốt hơn và việc điều chỉnh tốc độ của bộ biến tần luôn là điểm nổi bật nhất của nó. Bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện.
2.Các phương pháp điều khiển biến tần là gì?
Năm phương pháp điều khiển động cơ biến tần được sử dụng phổ biến nhất như sau:
A. Phương pháp điều khiển độ rộng xung hình sin (SPWM)
Đặc điểm của nó là cấu trúc mạch điều khiển đơn giản, chi phí thấp, độ cứng cơ học tốt và có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh tốc độ trơn tru của truyền thông chung. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của ngành công nghiệp.
Tuy nhiên, ở tần số thấp, do điện áp đầu ra thấp, mô-men xoắn bị ảnh hưởng đáng kể do sụt áp điện trở stato, làm giảm mô-men đầu ra cực đại.
Ngoài ra, các đặc tính cơ học của nó không mạnh bằng động cơ DC, công suất mô-men xoắn động và hiệu suất điều chỉnh tốc độ tĩnh cũng không đạt yêu cầu. Ngoài ra, hiệu suất hệ thống không cao, đường cong điều khiển thay đổi theo tải, phản ứng mô-men xoắn chậm, tốc độ sử dụng mô-men xoắn động cơ không cao và hiệu suất giảm ở tốc độ thấp do tồn tại điện trở stato và chết biến tần. hiệu ứng vùng và độ ổn định bị suy giảm. Vì vậy, người ta đã nghiên cứu điều khiển véc tơ điều chỉnh tốc độ có tần số thay đổi.
B. Phương pháp điều khiển vectơ không gian điện áp (SVPWM)
Nó dựa trên hiệu ứng tạo tổng thể của dạng sóng ba pha, với mục đích tiếp cận quỹ đạo từ trường quay tròn lý tưởng của khe hở không khí động cơ, tạo ra dạng sóng điều chế ba pha tại một thời điểm và điều khiển nó theo cách của đa giác nội tiếp xấp xỉ đường tròn.
Sau khi sử dụng thực tế, nó đã được cải tiến, tức là đưa ra tính năng bù tần số để loại bỏ lỗi kiểm soát tốc độ; ước tính biên độ từ thông thông qua phản hồi để loại bỏ ảnh hưởng của điện trở stato ở tốc độ thấp; đóng điện áp đầu ra và vòng dòng điện để cải thiện độ chính xác và ổn định động. Tuy nhiên, có nhiều liên kết mạch điều khiển và không đưa ra điều chỉnh mô-men xoắn nên hiệu suất hệ thống chưa được cải thiện về cơ bản.
C. Phương pháp điều khiển véc tơ (VC)
Bản chất là làm cho động cơ AC tương đương với động cơ DC và điều khiển độc lập tốc độ và từ trường. Bằng cách điều khiển từ thông rôto, dòng điện stato được phân tách để thu được các thành phần mômen và từ trường, đồng thời phép biến đổi tọa độ được sử dụng để đạt được điều khiển trực giao hoặc tách rời. Sự ra đời của phương pháp kiểm soát véc tơ có ý nghĩa quan trọng mang tính thời đại. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, do từ thông rôto khó quan sát chính xác nên các đặc tính của hệ thống bị ảnh hưởng rất nhiều bởi các thông số động cơ và phép biến đổi vectơ quay được sử dụng trong quy trình điều khiển động cơ DC tương đương tương đối phức tạp, gây khó khăn cho việc điều khiển động cơ DC tương đương. hiệu quả kiểm soát để đạt được kết quả phân tích lý tưởng.
D. Phương pháp điều khiển mô-men xoắn trực tiếp (DTC)
Năm 1985, Giáo sư DePenbrock của Đại học Ruhr ở Đức lần đầu tiên đề xuất công nghệ chuyển đổi tần số điều khiển mômen trực tiếp. Công nghệ này đã giải quyết được phần lớn những thiếu sót của điều khiển véc tơ nêu trên và nhanh chóng được phát triển với các ý tưởng điều khiển mới, cấu trúc hệ thống ngắn gọn và rõ ràng cũng như hiệu suất động và tĩnh tuyệt vời.
Hiện nay, công nghệ này đã được ứng dụng thành công vào bộ truyền động xoay chiều công suất lớn của đầu máy điện. Điều khiển mômen trực tiếp phân tích trực tiếp mô hình toán học của động cơ xoay chiều trong hệ tọa độ stato và điều khiển từ thông và mô men xoắn của động cơ. Không cần đánh đồng động cơ AC với động cơ DC, do đó loại bỏ nhiều phép tính phức tạp trong phép biến đổi vectơ quay; nó không cần phải bắt chước cách điều khiển của động cơ DC, cũng như không cần đơn giản hóa mô hình toán học của động cơ AC để tách rời.
E. Phương pháp điều khiển ma trận AC-AC
Chuyển đổi tần số VVVF, chuyển đổi tần số điều khiển vectơ và chuyển đổi tần số điều khiển mô-men xoắn trực tiếp đều là các loại chuyển đổi tần số AC-DC-AC. Nhược điểm chung của chúng là hệ số công suất đầu vào thấp, dòng điện hài lớn, tụ điện lưu trữ năng lượng lớn cần thiết cho mạch DC và năng lượng tái tạo không thể được đưa trở lại lưới điện, nghĩa là nó không thể hoạt động ở bốn góc phần tư.
Vì lý do này, việc chuyển đổi tần số ma trận AC-AC ra đời. Do việc chuyển đổi tần số ma trận AC-AC loại bỏ liên kết DC trung gian nên nó loại bỏ được tụ điện lớn và đắt tiền. Nó có thể đạt được hệ số công suất là 1, dòng điện đầu vào hình sin và có thể hoạt động ở bốn góc phần tư, đồng thời hệ thống có mật độ công suất cao. Công nghệ này tuy chưa trưởng thành nhưng vẫn thu hút nhiều học giả tiến hành nghiên cứu chuyên sâu. Bản chất của nó không phải là điều khiển gián tiếp dòng điện, từ thông và các đại lượng khác mà là sử dụng trực tiếp mô-men xoắn làm đại lượng được kiểm soát để đạt được nó.
3. Bộ biến tần điều khiển động cơ như thế nào? Hai cái đó được kết nối với nhau như thế nào?
Cách đấu dây của biến tần để điều khiển động cơ tương đối đơn giản, tương tự như cách đấu dây của contactor, có ba đường dây điện chính đi vào rồi đi ra động cơ, tuy nhiên việc cài đặt phức tạp hơn và cách điều khiển biến tần cũng phức tạp hơn. khác biệt.
Trước hết, đối với đầu nối dây của biến tần, mặc dù có nhiều nhãn hiệu và cách đấu dây khác nhau nhưng đầu nối dây của hầu hết các bộ biến tần đều không khác nhau nhiều. Thường được chia thành đầu vào chuyển đổi tiến và lùi, được sử dụng để điều khiển khởi động tiến và lùi của động cơ. Thiết bị đầu cuối phản hồi được sử dụng để phản hồi trạng thái hoạt động của động cơ,bao gồm tần số hoạt động, tốc độ, trạng thái lỗi, v.v.
Để điều khiển cài đặt tốc độ, một số bộ biến tần sử dụng chiết áp, một số sử dụng trực tiếp các nút, tất cả đều được điều khiển thông qua hệ thống dây điện vật lý. Một cách khác là sử dụng mạng truyền thông. Nhiều bộ chuyển đổi tần số hiện nay hỗ trợ điều khiển truyền thông. Đường truyền thông có thể được sử dụng để điều khiển khởi động và dừng, quay tiến và lùi, điều chỉnh tốc độ, v.v. của động cơ. Đồng thời, thông tin phản hồi cũng được truyền tải qua giao tiếp.
4. Điều gì xảy ra với mômen đầu ra của động cơ khi tốc độ quay (tần số) của nó thay đổi?
Mô-men xoắn khởi động và mô-men xoắn cực đại khi được dẫn động bởi bộ biến tần sẽ nhỏ hơn so với khi được dẫn động trực tiếp bằng nguồn điện.
Động cơ có tác động khởi động và tăng tốc lớn khi được cấp nguồn bằng nguồn điện, nhưng những tác động này sẽ yếu hơn khi được cấp nguồn bằng bộ biến tần. Khởi động trực tiếp bằng nguồn điện sẽ tạo ra dòng điện khởi động lớn. Khi sử dụng bộ biến tần, điện áp đầu ra và tần số của bộ biến tần được thêm dần vào động cơ, do đó dòng khởi động và tác động của động cơ nhỏ hơn. Thông thường, mô-men xoắn do động cơ tạo ra giảm khi tần số giảm (tốc độ giảm). Dữ liệu thực tế về mức giảm sẽ được giải thích trong một số sách hướng dẫn sử dụng bộ biến tần.
Động cơ thông thường được thiết kế và sản xuất cho điện áp 50Hz và mô-men xoắn định mức của nó cũng được cho trong phạm vi điện áp này. Do đó, việc điều chỉnh tốc độ dưới tần số định mức được gọi là điều chỉnh tốc độ mô-men xoắn không đổi. (T=Te, P<=Pe)
Khi tần số đầu ra của bộ biến tần lớn hơn 50Hz, mô-men xoắn do động cơ tạo ra sẽ giảm theo mối quan hệ tuyến tính tỷ lệ nghịch với tần số.
Khi động cơ chạy ở tần số lớn hơn 50Hz, phải xem xét kích thước tải của động cơ để tránh mô-men xoắn đầu ra của động cơ không đủ.
Ví dụ, mô-men xoắn do động cơ tạo ra ở tần số 100Hz giảm xuống còn khoảng 1/2 mô-men xoắn được tạo ra ở tần số 50Hz.
Do đó, việc điều chỉnh tốc độ trên tần số định mức được gọi là điều chỉnh tốc độ công suất không đổi. (P=Ue*Ie).
5.Ứng dụng bộ biến tần trên 50Hz
Đối với một động cơ cụ thể, điện áp định mức và dòng điện định mức của nó không đổi.
Ví dụ: nếu giá trị định mức của biến tần và động cơ đều là: 15kW/380V/30A thì động cơ có thể hoạt động ở tần số trên 50Hz.
Khi tốc độ là 50Hz, điện áp đầu ra của biến tần là 380V và dòng điện là 30A. Lúc này, nếu tăng tần số đầu ra lên 60Hz thì điện áp và dòng điện đầu ra tối đa của biến tần chỉ có thể là 380V/30A. Rõ ràng, công suất đầu ra không thay đổi nên chúng tôi gọi đó là điều chỉnh tốc độ công suất không đổi.
Lúc này mô men xoắn như thế nào?
Vì P=wT(w; vận tốc góc, T: mô men xoắn), do P không đổi và w tăng nên mô men xoắn sẽ giảm tương ứng.
Chúng ta cũng có thể nhìn nó từ một góc độ khác:
Điện áp stato của động cơ là U=E+I*R (I là dòng điện, R là điện trở và E là điện thế cảm ứng).
Có thể thấy khi U và I không thay đổi thì E cũng không thay đổi.
Và E=k*f*X (k: hằng số; f: tần số; X: từ thông), nên khi f thay đổi từ 50–>60Hz thì X sẽ giảm tương ứng.
Đối với động cơ, T=K*I*X (K: hằng số; I: dòng điện; X: từ thông), do đó mômen xoắn T sẽ giảm khi từ thông X giảm.
Đồng thời, khi nó nhỏ hơn 50Hz, do I*R rất nhỏ nên khi U/f=E/f không thay đổi thì từ thông (X) là một hằng số. Mô-men xoắn T tỷ lệ thuận với dòng điện. Đây là lý do tại sao công suất quá dòng của biến tần thường được sử dụng để mô tả khả năng quá tải (mô-men xoắn) của nó và được gọi là điều chỉnh tốc độ mô-men xoắn không đổi (dòng điện định mức không đổi–>mô-men xoắn cực đại không đổi)
Kết luận: Khi tần số đầu ra của biến tần tăng từ trên 50Hz thì mômen đầu ra của động cơ sẽ giảm.
6. Các yếu tố khác liên quan đến mômen đầu ra
Công suất sinh nhiệt và tản nhiệt quyết định công suất dòng điện đầu ra của biến tần, từ đó ảnh hưởng đến công suất mômen đầu ra của biến tần.
1. Tần số sóng mang: Dòng điện định mức được đánh dấu trên biến tần nói chung là giá trị có thể đảm bảo đầu ra liên tục ở tần số sóng mang cao nhất và nhiệt độ môi trường cao nhất. Việc giảm tần số sóng mang sẽ không ảnh hưởng đến dòng điện của động cơ. Tuy nhiên, khả năng sinh nhiệt của các bộ phận sẽ giảm đi.
2. Nhiệt độ môi trường: Giống như giá trị dòng điện bảo vệ biến tần sẽ không tăng khi nhiệt độ môi trường được phát hiện ở mức tương đối thấp.
3. Độ cao: Việc tăng độ cao có ảnh hưởng đến hiệu suất tản nhiệt và cách nhiệt. Nói chung, nó có thể bị bỏ qua ở độ cao dưới 1000m và công suất có thể giảm 5% cho mỗi 1000 mét ở trên.
7. Tần số thích hợp để bộ biến tần điều khiển động cơ là bao nhiêu?
Trong phần tóm tắt trên, chúng ta đã tìm hiểu tại sao biến tần được sử dụng để điều khiển động cơ và cũng hiểu cách biến tần điều khiển động cơ. Biến tần điều khiển động cơ, có thể tóm tắt như sau:
Đầu tiên, biến tần điều khiển điện áp khởi động và tần số của động cơ để đạt được sự khởi động và dừng trơn tru;
Thứ hai, biến tần được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của động cơ và tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số.
Động cơ nam châm vĩnh cửu của An Huy Mingtengsản phẩm được điều khiển bởi biến tần. Trong phạm vi tải 25%-120%, chúng có hiệu suất cao hơn và phạm vi hoạt động rộng hơn so với động cơ không đồng bộ có cùng thông số kỹ thuật và có tác dụng tiết kiệm năng lượng đáng kể.
Các kỹ thuật viên chuyên nghiệp của chúng tôi sẽ chọn một biến tần phù hợp hơn theo điều kiện làm việc cụ thể và nhu cầu thực tế của khách hàng để đạt được khả năng kiểm soát động cơ tốt hơn và tối đa hóa hiệu suất của động cơ. Ngoài ra, bộ phận dịch vụ kỹ thuật của chúng tôi có thể hướng dẫn khách hàng từ xa cách cài đặt và gỡ lỗi biến tần, đồng thời thực hiện theo dõi và dịch vụ toàn diện trước và sau bán hàng.
Bản quyền: Bài viết này là bản in lại của số công khai WeChat “Đào tạo kỹ thuật”, link gốc https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Bài viết này không thể hiện quan điểm của công ty chúng tôi. Nếu bạn có ý kiến hoặc quan điểm khác nhau, xin vui lòng sửa chúng tôi!
Thời gian đăng: Sep-09-2024