วิธีควบคุมมอเตอร์ด้วยตัวแปลงความถี่

ตัวแปลงความถี่เป็นเทคโนโลยีที่ควรเชี่ยวชาญเมื่อทำงานด้านไฟฟ้า การใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อควบคุมมอเตอร์เป็นวิธีการทั่วไปในการควบคุมไฟฟ้า บางส่วนยังต้องอาศัยความชำนาญในการใช้งานด้วย

1.ก่อนอื่น เหตุใดจึงต้องใช้ตัวแปลงความถี่ในการควบคุมมอเตอร์

มอเตอร์เป็นโหลดแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งจะขัดขวางการเปลี่ยนแปลงของกระแส และจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระแสอย่างมากเมื่อสตาร์ท

อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ควบคุมพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ฟังก์ชันเปิด-ปิดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังเพื่อแปลงแหล่งจ่ายไฟความถี่อุตสาหกรรมให้เป็นความถี่อื่น ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองวงจร วงจรหนึ่งคือวงจรหลัก (โมดูลวงจรเรียงกระแส ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า และโมดูลอินเวอร์เตอร์) และอีกวงจรคือวงจรควบคุม (แผงจ่ายไฟแบบสวิตช์ แผงวงจรควบคุม)

เพื่อลดกระแสสตาร์ทของมอเตอร์ โดยเฉพาะมอเตอร์ที่มีกำลังสูง ยิ่งมีกำลังมาก กระแสสตาร์ทก็จะยิ่งมากขึ้น กระแสไฟสตาร์ทที่มากเกินไปจะสร้างภาระให้กับเครือข่ายการจ่ายไฟและการกระจายพลังงานมากขึ้น ตัวแปลงความถี่สามารถแก้ปัญหาการสตาร์ทนี้ได้ และช่วยให้มอเตอร์สตาร์ทได้อย่างราบรื่นโดยไม่ทำให้กระแสสตาร์ทมากเกินไป

ฟังก์ชั่นอีกอย่างหนึ่งของการใช้ตัวแปลงความถี่คือการปรับความเร็วของมอเตอร์ ในหลายกรณี จำเป็นต้องควบคุมความเร็วของมอเตอร์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการผลิตที่ดีขึ้น และการควบคุมความเร็วของตัวแปลงความถี่ถือเป็นจุดเด่นที่สำคัญที่สุดมาโดยตลอด ตัวแปลงความถี่จะควบคุมความเร็วของมอเตอร์โดยการเปลี่ยนความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ

2.วิธีการควบคุมอินเวอร์เตอร์มีอะไรบ้าง?

ห้าวิธีที่ใช้กันมากที่สุดของมอเตอร์ควบคุมอินเวอร์เตอร์มีดังนี้:

A. วิธีการควบคุมการปรับความกว้างพัลส์ไซน์ (SPWM)

ลักษณะของมันคือโครงสร้างวงจรควบคุมที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ ความแข็งทางกลที่ดี และสามารถตอบสนองข้อกำหนดการควบคุมความเร็วที่ราบรื่นของระบบเกียร์ทั่วไป มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆของอุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่ต่ำ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตต่ำ แรงบิดจะได้รับผลกระทบอย่างมากจากแรงดันตกของความต้านทานสเตเตอร์ ซึ่งจะลดแรงบิดเอาท์พุตสูงสุด

นอกจากนี้ คุณลักษณะทางกลของมันยังไม่แข็งแกร่งเท่ากับมอเตอร์กระแสตรง และความสามารถในการบิดแบบไดนามิกและประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วคงที่นั้นไม่เป็นที่น่าพอใจ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของระบบไม่สูง เส้นโค้งควบคุมเปลี่ยนแปลงตามโหลด การตอบสนองแรงบิดช้า อัตราการใช้แรงบิดของมอเตอร์ไม่สูง และประสิทธิภาพลดลงที่ความเร็วต่ำเนื่องจากมีความต้านทานสเตเตอร์และอินเวอร์เตอร์ตาย ผลกระทบจากโซน และความเสถียรลดลง ดังนั้นผู้คนจึงได้ศึกษาการควบคุมความเร็วความถี่ตัวแปรควบคุมเวกเตอร์

B. วิธีการควบคุมเวกเตอร์สเปซแรงดันไฟฟ้า (SVPWM)

ขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์การสร้างโดยรวมของรูปคลื่นสามเฟส โดยมีจุดประสงค์ในการเข้าใกล้วิถีสนามแม่เหล็กหมุนเป็นวงกลมในอุดมคติของช่องว่างอากาศของมอเตอร์ สร้างรูปคลื่นการมอดูเลตแบบสามเฟสในแต่ละครั้ง และควบคุมในลักษณะนั้น ของรูปหลายเหลี่ยมที่จารึกไว้ใกล้กับวงกลม

หลังจากการใช้งานจริงได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นนั่นคือการแนะนำการชดเชยความถี่เพื่อขจัดข้อผิดพลาดในการควบคุมความเร็ว การประมาณค่าแอมพลิจูดของฟลักซ์ผ่านการป้อนกลับเพื่อกำจัดอิทธิพลของความต้านทานสเตเตอร์ที่ความเร็วต่ำ ปิดแรงดันเอาต์พุตและลูปกระแสเพื่อปรับปรุงความแม่นยำและเสถียรภาพแบบไดนามิก อย่างไรก็ตาม มีการเชื่อมต่อวงจรควบคุมหลายจุด และไม่มีการปรับแรงบิด ดังนั้นประสิทธิภาพของระบบจึงไม่ได้รับการปรับปรุงโดยพื้นฐาน

C. วิธีการควบคุมเวคเตอร์ (VC)

สิ่งสำคัญคือการทำให้มอเตอร์ AC เทียบเท่ากับมอเตอร์ DC และควบคุมความเร็วและสนามแม่เหล็กอย่างอิสระ ด้วยการควบคุมฟลักซ์ของโรเตอร์ กระแสสเตเตอร์จะถูกสลายเพื่อให้ได้แรงบิดและส่วนประกอบของสนามแม่เหล็ก และใช้การแปลงพิกัดเพื่อให้ได้การควบคุมแบบมุมฉากหรือแบบแยกส่วน การแนะนำวิธีการควบคุมเวกเตอร์มีความสำคัญต่อยุคสมัย อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง เนื่องจากฟลักซ์ของโรเตอร์สังเกตได้ยาก คุณลักษณะของระบบจึงได้รับผลกระทบอย่างมากจากพารามิเตอร์ของมอเตอร์ และการแปลงการหมุนเวกเตอร์ที่ใช้ในกระบวนการควบคุมมอเตอร์กระแสตรงที่เทียบเท่ากันนั้นค่อนข้างซับซ้อน ทำให้ยากต่อการใช้งานจริง ผลการควบคุมเพื่อให้ได้ผลการวิเคราะห์ในอุดมคติ

D. วิธีควบคุมแรงบิดโดยตรง (DTC)

ในปี 1985 ศาสตราจารย์ DePenbrock แห่งมหาวิทยาลัย Ruhr ในเยอรมนีได้เสนอเทคโนโลยีการแปลงความถี่ควบคุมแรงบิดโดยตรงเป็นครั้งแรก เทคโนโลยีนี้ได้แก้ไขข้อบกพร่องของการควบคุมเวกเตอร์ที่กล่าวมาข้างต้นเป็นส่วนใหญ่ และได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วด้วยแนวคิดการควบคุมแบบใหม่ โครงสร้างระบบที่กระชับและชัดเจน และประสิทธิภาพแบบไดนามิกและคงที่ที่ยอดเยี่ยม

ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำไปใช้กับระบบส่งกำลังสูงของตู้รถไฟไฟฟ้ากระแสสลับได้สำเร็จ การควบคุมแรงบิดโดยตรงจะวิเคราะห์แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์ AC ในระบบพิกัดสเตเตอร์โดยตรง และควบคุมฟลักซ์แม่เหล็กและแรงบิดของมอเตอร์ ไม่จำเป็นต้องเปรียบเทียบมอเตอร์ AC กับมอเตอร์ DC ดังนั้นจึงช่วยลดการคำนวณที่ซับซ้อนมากมายในการแปลงการหมุนของเวกเตอร์ ไม่จำเป็นต้องเลียนแบบการควบคุมมอเตอร์กระแสตรง และไม่จำเป็นต้องลดความซับซ้อนของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์กระแสสลับสำหรับการแยกส่วน

E. วิธีการควบคุม Matrix AC-AC

การแปลงความถี่ VVVF, การแปลงความถี่ควบคุมเวกเตอร์ และการแปลงความถี่ควบคุมแรงบิดโดยตรง คือการแปลงความถี่ AC-DC-AC ทุกประเภท ข้อเสียที่พบบ่อย ได้แก่ ปัจจัยกำลังอินพุตต่ำ กระแสฮาร์มอนิกขนาดใหญ่ ตัวเก็บประจุเก็บพลังงานขนาดใหญ่ที่จำเป็นสำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสตรง และพลังงานที่สร้างใหม่ไม่สามารถป้อนกลับไปยังโครงข่ายไฟฟ้าได้ กล่าวคือ มันไม่สามารถทำงานได้ในสี่ควอแดรนท์

ด้วยเหตุนี้ การแปลงความถี่ AC-AC แบบเมทริกซ์จึงเกิดขึ้น เนื่องจากการแปลงความถี่ AC-AC แบบเมทริกซ์กำจัดการเชื่อมต่อ DC ระดับกลาง จึงกำจัดตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาดใหญ่และมีราคาแพง สามารถบรรลุค่าตัวประกอบกำลังที่ 1 ซึ่งเป็นกระแสอินพุตแบบไซน์และสามารถทำงานในสี่ควอแดรนท์ และระบบมีความหนาแน่นของพลังงานสูง แม้ว่าเทคโนโลยีนี้ยังไม่สมบูรณ์ แต่ก็ยังดึงดูดนักวิชาการจำนวนมากให้ทำการวิจัยเชิงลึก สิ่งสำคัญไม่ใช่การควบคุมกระแส ฟลักซ์แม่เหล็ก และปริมาณอื่นๆ ทางอ้อม แต่ต้องใช้แรงบิดเป็นปริมาณควบคุมโดยตรงเพื่อให้บรรลุผล

3.ตัวแปลงความถี่ควบคุมมอเตอร์อย่างไร? ทั้งสองสายเข้าด้วยกันได้อย่างไร?

การเดินสายไฟของอินเวอร์เตอร์เพื่อควบคุมมอเตอร์นั้นค่อนข้างง่ายคล้ายกับการเดินสายไฟของคอนแทคเตอร์โดยมีสายไฟหลัก 3 เส้นเข้าและออกไปยังมอเตอร์แต่การตั้งค่าจะซับซ้อนกว่าและวิธีการควบคุมอินเวอร์เตอร์ก็มี แตกต่าง.

ก่อนอื่นเลย สำหรับขั้วต่ออินเวอร์เตอร์ แม้ว่าจะมีหลายยี่ห้อและวิธีการเดินสายไฟที่แตกต่างกัน แต่ขั้วต่อสายไฟของอินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่ก็ไม่ได้แตกต่างกันมากนัก โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นอินพุตสวิตช์ไปข้างหน้าและย้อนกลับ ใช้ในการควบคุมการสตาร์ทมอเตอร์ไปข้างหน้าและย้อนกลับ ขั้วต่อป้อนกลับใช้เพื่อป้อนกลับสถานะการทำงานของมอเตอร์รวมถึงความถี่ในการทำงาน ความเร็ว สถานะความผิดปกติ ฯลฯ

สำหรับการควบคุมการตั้งค่าความเร็ว ตัวแปลงความถี่บางตัวใช้โพเทนชิโอมิเตอร์ บางตัวใช้ปุ่มโดยตรง ซึ่งทั้งหมดควบคุมผ่านการต่อสายทางกายภาพ อีกวิธีหนึ่งคือการใช้เครือข่ายการสื่อสาร ปัจจุบันตัวแปลงความถี่หลายตัวรองรับการควบคุมการสื่อสารแล้ว สายสื่อสารสามารถใช้เพื่อควบคุมการสตาร์ทและการหยุด การหมุนไปข้างหน้าและย้อนกลับ การปรับความเร็ว ฯลฯ ของมอเตอร์ ในขณะเดียวกัน ข้อมูลป้อนกลับก็จะถูกส่งผ่านการสื่อสารด้วย

4.จะเกิดอะไรขึ้นกับแรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์เมื่อความเร็วในการหมุน (ความถี่) เปลี่ยนไป?

แรงบิดเริ่มต้นและแรงบิดสูงสุดเมื่อขับเคลื่อนด้วยตัวแปลงความถี่จะน้อยกว่าเมื่อขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายไฟโดยตรง

มอเตอร์มีผลกระทบต่อการสตาร์ทและการเร่งความเร็วอย่างมากเมื่อได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ แต่ผลกระทบเหล่านี้จะอ่อนลงเมื่อได้รับพลังงานจากตัวแปลงความถี่ การสตาร์ทโดยตรงด้วยแหล่งจ่ายไฟจะสร้างกระแสสตาร์ทขนาดใหญ่ เมื่อใช้ตัวแปลงความถี่ แรงดันเอาต์พุตและความถี่ของตัวแปลงความถี่จะค่อยๆ เพิ่มเข้าไปในมอเตอร์ ดังนั้นกระแสสตาร์ทของมอเตอร์และการกระแทกจึงน้อยลง โดยปกติแล้ว แรงบิดที่เกิดจากมอเตอร์จะลดลงเมื่อความถี่ลดลง (ความเร็วลดลง) ข้อมูลจริงของการลดจะมีการอธิบายไว้ในคู่มือตัวแปลงความถี่บางเล่ม

มอเตอร์ปกติได้รับการออกแบบและผลิตสำหรับแรงดันไฟฟ้า 50Hz และแรงบิดพิกัดยังได้รับภายในช่วงแรงดันไฟฟ้านี้ด้วย ดังนั้นการควบคุมความเร็วที่ต่ำกว่าความถี่ที่กำหนดจึงเรียกว่าการควบคุมความเร็วแรงบิดคงที่ (T=เต, P<=พี)

เมื่อความถี่เอาต์พุตของตัวแปลงความถี่มากกว่า 50Hz แรงบิดที่สร้างโดยมอเตอร์จะลดลงในความสัมพันธ์เชิงเส้นแปรผกผันกับความถี่

เมื่อมอเตอร์ทำงานที่ความถี่มากกว่า 50Hz ต้องพิจารณาขนาดของโหลดมอเตอร์เพื่อป้องกันแรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์ไม่เพียงพอ

ตัวอย่างเช่น แรงบิดที่สร้างโดยมอเตอร์ที่ 100Hz จะลดลงเหลือประมาณ 1/2 ของแรงบิดที่สร้างที่ 50Hz

ดังนั้นการควบคุมความเร็วที่สูงกว่าความถี่ที่กำหนดจึงเรียกว่าการควบคุมความเร็วของกำลังคงที่ (ป=อือ*คือ).

5. การใช้ตัวแปลงความถี่ที่สูงกว่า 50Hz

สำหรับมอเตอร์เฉพาะ แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่กำหนดจะคงที่

ตัวอย่างเช่น หากค่าที่กำหนดของอินเวอร์เตอร์และมอเตอร์เป็นทั้งคู่: 15kW/380V/30A มอเตอร์จะทำงานที่ความถี่สูงกว่า 50Hz

เมื่อความเร็วเป็น 50Hz แรงดันเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์จะเป็น 380V และกระแสคือ 30A ในขณะนี้ หากความถี่เอาต์พุตเพิ่มขึ้นเป็น 60Hz แรงดันเอาต์พุตและกระแสสูงสุดของอินเวอร์เตอร์จะเป็นได้เพียง 380V/30A เท่านั้น แน่นอนว่ากำลังเอาต์พุตยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นเราจึงเรียกมันว่าการควบคุมความเร็วของกำลังคงที่

แรงบิดตอนนี้เป็นยังไงบ้าง?

เนื่องจาก P=wT(w; ความเร็วเชิงมุม, T: แรงบิด) เนื่องจาก P ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและ w เพิ่มขึ้น แรงบิดจึงลดลงตามไปด้วย

เรายังมองจากอีกมุมหนึ่งได้:

แรงดันไฟฟ้าสเตเตอร์ของมอเตอร์คือ U=E+I*R (I คือกระแส, R คือความต้านทานทางอิเล็กทรอนิกส์ และ E คือศักย์เหนี่ยวนำ)

จะเห็นได้ว่าเมื่อ U และฉันไม่เปลี่ยน E ก็ไม่เปลี่ยนเช่นกัน

และ E=k*f*X (k: คงที่; f: ความถี่; X: ฟลักซ์แม่เหล็ก) ดังนั้นเมื่อ f เปลี่ยนจาก 50–>60Hz X จะลดลงตามไปด้วย

สำหรับมอเตอร์ T=K*I*X (K: ค่าคงที่; I: กระแส; X: ฟลักซ์แม่เหล็ก) ดังนั้นแรงบิด T จะลดลงเมื่อฟลักซ์แม่เหล็ก X ลดลง

ในเวลาเดียวกัน เมื่อน้อยกว่า 50Hz เนื่องจาก I*R มีขนาดเล็กมาก เมื่อ U/f=E/f ไม่เปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็ก (X) จึงเป็นค่าคงที่ แรงบิด T เป็นสัดส่วนกับกระแส นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงมักใช้ความจุกระแสเกินของอินเวอร์เตอร์เพื่ออธิบายความสามารถในการโหลดเกิน (แรงบิด) และเรียกว่าการควบคุมความเร็วแรงบิดคงที่ (กระแสไฟที่พิกัดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง–>แรงบิดสูงสุดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง)

สรุป: เมื่อความถี่เอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์เพิ่มขึ้นจากมากกว่า 50Hz แรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์จะลดลง

6.ปัจจัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับแรงบิดเอาท์พุต

ความสามารถในการสร้างความร้อนและการกระจายความร้อนจะกำหนดความจุกระแสเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งส่งผลต่อความจุแรงบิดเอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์

1. ความถี่พาหะ: กระแสไฟที่กำหนดที่ทำเครื่องหมายไว้บนอินเวอร์เตอร์โดยทั่วไปจะเป็นค่าที่สามารถรับประกันเอาท์พุตต่อเนื่องที่ความถี่พาหะสูงสุดและอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุด การลดความถี่พาหะจะไม่ส่งผลต่อกระแสของมอเตอร์ อย่างไรก็ตามการสร้างความร้อนของส่วนประกอบจะลดลง

2. อุณหภูมิแวดล้อม: เช่นเดียวกับค่ากระแสการป้องกันอินเวอร์เตอร์จะไม่เพิ่มขึ้นเมื่อตรวจพบว่าอุณหภูมิแวดล้อมค่อนข้างต่ำ

3. ระดับความสูง: การเพิ่มระดับความสูงมีผลกระทบต่อการกระจายความร้อนและประสิทธิภาพของฉนวน โดยทั่วไปสามารถเพิกเฉยได้ที่ต่ำกว่า 1,000 ม. และความจุสามารถลดลง 5% สำหรับทุก ๆ 1,000 เมตรข้างต้น

7.ความถี่ที่เหมาะสมสำหรับตัวแปลงความถี่ในการควบคุมมอเตอร์คือเท่าใด?

จากบทสรุปข้างต้น เราได้เรียนรู้ว่าเหตุใดจึงใช้อินเวอร์เตอร์ในการควบคุมมอเตอร์ และยังเข้าใจด้วยว่าอินเวอร์เตอร์ควบคุมมอเตอร์อย่างไร อินเวอร์เตอร์ควบคุมมอเตอร์ซึ่งสามารถสรุปได้ดังนี้

ขั้นแรก อินเวอร์เตอร์จะควบคุมแรงดันไฟฟ้าและความถี่สตาร์ทของมอเตอร์เพื่อให้สตาร์ทและหยุดได้อย่างราบรื่น

ประการที่สอง อินเวอร์เตอร์ใช้เพื่อปรับความเร็วของมอเตอร์ และความเร็วของมอเตอร์จะถูกปรับโดยการเปลี่ยนความถี่

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรของมณฑลอานฮุยหมิงเต็งสินค้าถูกควบคุมโดยอินเวอร์เตอร์ ภายในช่วงโหลด 25%-120% มอเตอร์จะมีประสิทธิภาพสูงกว่าและช่วงการทำงานที่กว้างกว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสที่มีข้อกำหนดเดียวกัน และมีผลในการประหยัดพลังงานอย่างมาก

ช่างเทคนิคมืออาชีพของเราจะเลือกอินเวอร์เตอร์ที่เหมาะสมมากขึ้นตามเงื่อนไขการทำงานเฉพาะและความต้องการที่แท้จริงของลูกค้า เพื่อให้สามารถควบคุมมอเตอร์ได้ดีขึ้นและเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ให้สูงสุด นอกจากนี้ แผนกบริการด้านเทคนิคของเรายังสามารถแนะนำลูกค้าในการติดตั้งและแก้ไขข้อบกพร่องของอินเวอร์เตอร์จากระยะไกล และติดตามผลและบริการทุกด้านทั้งก่อนและหลังการขาย

ลิขสิทธิ์: บทความนี้เป็นการพิมพ์ซ้ำหมายเลขสาธารณะของ WeChat “การฝึกอบรมด้านเทคนิค” ซึ่งเป็นลิงก์ต้นฉบับ https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA

บทความนี้ไม่ได้นำเสนอความคิดเห็นของบริษัทเรา หากคุณมีความคิดเห็นหรือมุมมองที่แตกต่าง โปรดแก้ไขเรา!