כיצד לשלוט במנוע באמצעות ממיר תדרים

ממיר תדרים הוא טכנולוגיה שיש לשלוט בה בעת ביצוע עבודות חשמל. שימוש בממיר תדרים לשליטה במנוע הוא שיטה נפוצה בבקרה חשמלית; חלקן דורשות גם מיומנות בשימוש בהן.

1. קודם כל, למה להשתמש בממיר תדרים כדי לשלוט במנוע?

המנוע הוא עומס אינדוקטיבי, אשר מעכב את שינוי הזרם ויגרום לשינוי גדול בזרם בעת ההפעלה.

ממיר הוא מכשיר בקרת אנרגיה חשמלית המשתמש בפונקציית הדלקה-כיבוי של התקני מוליכים למחצה כדי להמיר את ספק הכוח בתדר תעשייתי לתדר אחר. הוא מורכב בעיקר משני מעגלים, אחד הוא המעגל הראשי (מודול מיישר, קבל אלקטרוליטי ומודול ממיר), והשני הוא מעגל הבקרה (לוח ספק כוח מיתוג, לוח מעגל בקרה).

על מנת להפחית את זרם ההתנעה של המנוע, במיוחד במנוע בעל הספק גבוה יותר, ככל שההספק גדול יותר, כך זרם ההתנעה גדול יותר. זרם התנעה מוגזם יביא עומס גדול יותר על אספקת החשמל ורשת החלוקה. ממיר התדרים יכול לפתור את בעיית ההתנעה הזו ולאפשר למנוע להתניע בצורה חלקה מבלי לגרום לזרם התנעה מוגזם.

תפקיד נוסף של שימוש בממיר תדרים הוא כוונון מהירות המנוע. במקרים רבים, יש צורך לשלוט במהירות המנוע כדי להשיג יעילות ייצור טובה יותר, וויסות מהירות ממיר התדרים תמיד היה גולת הכותרת הגדולה ביותר שלו. ממיר התדרים שולט במהירות המנוע על ידי שינוי תדר ספק הכוח.

2. מהן שיטות בקרת הממיר?

חמש השיטות הנפוצות ביותר לבקרת מנועים ממיר הן כדלקמן:

א. שיטת בקרה של אפנון רוחב פולס סינוסואידלי (SPWM)

המאפיינים שלו הם מבנה מעגל בקרה פשוט, עלות נמוכה, קשיות מכנית טובה, ויכול לעמוד בדרישות ויסות מהירות חלק של תיבת הילוכים כללית. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים שונים של התעשייה.

עם זאת, בתדרים נמוכים, עקב מתח המוצא הנמוך, המומנט מושפע באופן משמעותי מירידת מתח התנגדות הסטטור, מה שמפחית את מומנט המוצא המרבי.

בנוסף, המאפיינים המכניים שלו אינם חזקים כמו אלו של מנועי DC, ויכולת המומנט הדינמית שלו וביצועי ויסות המהירות הסטטיים שלו אינם משביעי רצון. בנוסף, ביצועי המערכת אינם גבוהים, עקומת הבקרה משתנה עם העומס, תגובת המומנט איטית, קצב ניצול מומנט המנוע אינו גבוה, והביצועים יורדים במהירות נמוכה עקב קיומה של התנגדות סטטור ואפקט אזור מת של ממיר, והיציבות מתדרדרת. לכן, אנשים חקרו ויסות מהירות בתדר משתנה של בקרת וקטור.

ב. שיטת בקרת וקטור מרחב מתח (SVPWM)

זה מבוסס על אפקט הייצור הכולל של צורת הגל התלת-פאזית, במטרה להתקרב למסלול השדה המגנטי המסתובב המעגלי האידיאלי של מרווח האוויר של המנוע, לייצר צורת גל אפנון תלת-פאזית בכל פעם, ולשלוט בה בדרך של מצולע חקוק המקרב את המעגל.

לאחר שימוש מעשי, הוא שופר, כלומר, הכנסת פיצוי תדר כדי לבטל את שגיאת בקרת המהירות; הערכת משרעת השטף באמצעות משוב כדי לבטל את השפעת התנגדות הסטטור במהירות נמוכה; סגירת לולאת מתח וזרם המוצא כדי לשפר את הדיוק והיציבות הדינמיים. עם זאת, ישנם קישורי מעגל בקרה רבים, ולא הוכנסה התאמת מומנט, כך שביצועי המערכת לא שופרו באופן מהותי.

ג. שיטת בקרת וקטור (VC)

המהות היא להפוך את מנוע ה-AC לשקול למנוע DC, ולשלוט באופן עצמאי במהירות ובשדה המגנטי. על ידי שליטה בשטף הרוטור, זרם הסטטור מפורק כדי לקבל את רכיבי המומנט והשדה המגנטי, וטרנספורמציה קואורדינטות משמשת להשגת בקרה אורתוגונלית או מנותקת. להכנסת שיטת בקרת הווקטורים יש משמעות פורצת דרך. עם זאת, ביישומים מעשיים, מכיוון שקשה לצפות במדויק בשטף הרוטור, מאפייני המערכת מושפעים מאוד מפרמטרי המנוע, וטרנספורמציה של סיבוב הווקטור המשמשת בתהליך בקרת מנוע DC שווה ערך היא מורכבת יחסית, מה שמקשה על אפקט הבקרה בפועל להשיג את תוצאת הניתוח האידיאלית.

ד. שיטת בקרת מומנט ישירה (DTC)

בשנת 1985, פרופסור דה-פנברוק מאוניברסיטת רוהר בגרמניה הציע לראשונה טכנולוגיית המרת תדרים עם בקרת מומנט ישירה. טכנולוגיה זו פתרה במידה רבה את החסרונות של בקרת הווקטורים שהוזכרו לעיל, ופותחה במהירות עם רעיונות בקרה חדשניים, מבנה מערכת תמציתי וברור וביצועים דינמיים וסטטיים מצוינים.

כיום, טכנולוגיה זו יושמה בהצלחה בהנעת הילוכים AC בהספק גבוה של קטרים ​​חשמליים. בקרת מומנט ישירה מנתחת ישירות את המודל המתמטי של מנועי AC במערכת הקואורדינטות של הסטטור ושולטת בשטף המגנטי ובמומנט של המנוע. היא אינה צריכה להשוות מנועי AC למנועי DC, ובכך מבטלת חישובים מורכבים רבים בטרנספורמציה של סיבוב וקטורי; היא אינה צריכה לחקות את הבקרה של מנועי DC, וגם אינה צריכה לפשט את המודל המתמטי של מנועי AC לצורך ניתוק.

ה. שיטת בקרת מטריקס AC-AC

המרת תדר VVVF, המרת תדר בקרת וקטור והמרת תדר בקרת מומנט ישירה הן כולן סוגים של המרת תדר AC-DC-AC. החסרונות הנפוצים שלהן הם גורם הספק קלט נמוך, זרם הרמוני גדול, קבל אחסון אנרגיה גדול הנדרש למעגל DC, ואנרגיה רגנרטיבית לא ניתנת להזנה חזרה לרשת החשמל, כלומר, היא לא יכולה לפעול בארבעה רבעים.

מסיבה זו, נוצרה המרת תדר מטריצתית AC-AC. מכיוון שהמרת תדר מטריצתית AC-AC מבטלת את הקישור הישר הביניים, היא מבטלת את הקבל האלקטרוליטי הגדול והיקר. היא יכולה להשיג גורם הספק של 1, זרם קלט סינוסואידלי ויכולה לפעול בארבעה רבעים, ולמערכת יש צפיפות הספק גבוהה. למרות שטכנולוגיה זו עדיין לא בשלה, היא עדיין מושכת חוקרים רבים לערוך מחקר מעמיק. מהותה אינה שליטה עקיפה בזרם, בשטף המגנטי ובכמויות אחרות, אלא שימוש ישיר במומנט כגודל הנשלט להשגתם.

3. כיצד ממיר תדרים שולט במנוע? כיצד מחווטים השניים יחד?

החיווט של הממיר לשליטה במנוע הוא פשוט יחסית, בדומה לחיווט של המגען, עם שלושה קווי חשמל עיקריים הנכנסים ואז יוצאים למנוע, אך ההגדרות מסובכות יותר, וגם דרכי השליטה בממיר שונות.

ראשית, עבור מסוף הממיר, למרות שישנם מותגים רבים ושיטות חיווט שונות, מסופי החיווט של רוב הממירים אינם שונים בהרבה. בדרך כלל מחולקים לכניסות מתג קדימה ואחורה, המשמשות לשליטה על התנעת המנוע קדימה ואחורה. מסופי משוב משמשים למשוב על מצב הפעולה של המנוע,כולל תדירות פעולה, מהירות, מצב תקלות וכו'.

עבור בקרת מהירות, חלק ממירי התדר משתמשים בפוטנציומטרים, חלקם משתמשים בכפתורים ישירות, כולם נשלטים באמצעות חיווט פיזי. דרך נוספת היא שימוש ברשת תקשורת. ממירי תדר רבים תומכים כיום בבקרת תקשורת. ניתן להשתמש בקו התקשורת כדי לשלוט על ההתחלה והעצירה, סיבוב קדימה ואחורה, כוונון מהירות וכו' של המנוע. במקביל, מידע משוב מועבר גם באמצעות תקשורת.

4. מה קורה למומנט המוצא של מנוע כאשר מהירות הסיבוב שלו (תדר) משתנה?

מומנט ההתחלתי והמומנט המקסימלי כאשר הם מונעים על ידי ממיר תדר קטנים יותר מאשר כאשר הם מונעים ישירות על ידי ספק כוח.

למנוע יש השפעה גדולה של התנעה ותאוצה כאשר הוא מופעל על ידי ספק כוח, אך השפעות אלו חלשות יותר כאשר הוא מופעל על ידי ממיר תדר. התנעה ישירה עם ספק כוח תייצר זרם התנעה גדול. כאשר משתמשים בממיר תדר, מתח המוצא והתדר של ממיר התדר מתווספים בהדרגה למנוע, כך שזרם ההתנעה וההשפעה של המנוע קטנים יותר. בדרך כלל, המומנט שנוצר על ידי המנוע פוחת ככל שהתדר יורד (המהירות יורדת). הנתונים בפועל של ההפחתה יוסברו בכמה מדריכים של ממירי תדר.

מנוע רגיל מתוכנן ומיוצר עבור מתח של 50 הרץ, וגם מומנט המנוע המדורג שלו ניתן בטווח מתח זה. לכן, ויסות מהירות מתחת לתדר המדורג נקרא ויסות מהירות מומנט קבוע. (T=Te, P<=Pe)

כאשר תדר המוצא של ממיר התדרים גדול מ-50 הרץ, המומנט שנוצר על ידי המנוע פוחת ביחס ליניארי ביחס הפוך לתדר.

כאשר המנוע פועל בתדר גבוה מ-50 הרץ, יש לקחת בחשבון את גודל עומס המנוע כדי למנוע מומנט יציאה לא מספק של המנוע.

לדוגמה, המומנט שנוצר על ידי המנוע בתדר של 100 הרץ מצטמצם לכמחצית מהמומנט שנוצר ב-50 הרץ.

לכן, ויסות מהירות מעל התדר המדורג נקרא ויסות מהירות בהספק קבוע. (P=Ue*Ie).

5. יישום של ממיר תדרים מעל 50 הרץ

עבור מנוע ספציפי, המתח והזרם המדורגים שלו קבועים.

לדוגמה, אם הערכים המדורגים של הממיר והמנוע הם שניהם: 15kW/380V/30A, המנוע יכול לפעול מעל 50Hz.

כאשר המהירות היא 50 הרץ, מתח המוצא של הממיר הוא 380 וולט והזרם הוא 30 אמפר. בשלב זה, אם תדר המוצא עולה ל-60 הרץ, מתח המוצא והזרם המרביים של הממיר יכולים להיות רק 380 וולט/30 אמפר. ברור שהספק המוצא נשאר ללא שינוי, לכן אנו קוראים לזה ויסות מהירות הספק קבוע.

מה מצב המומנט בשלב זה?

מכיוון ש-P=wT(w; מהירות זוויתית, T: מומנט), מכיוון ש-P נשאר ללא שינוי ו-w עולה, המומנט יקטן בהתאם.

נוכל גם להסתכל על זה מזווית אחרת:

מתח הסטטור של המנוע הוא U=E+I*R (I הוא הזרם, R הוא ההתנגדות האלקטרונית, ו-E הוא הפוטנציאל המושרה).

ניתן לראות שכאשר U ו-I לא משתנים, גם E לא משתנה.

ו- E=k*f*X (k: קבוע; f: תדר; X: שטף מגנטי), כך שכאשר f משתנה מ-50–>60 הרץ, X יקטן בהתאם.

עבור המנוע, T=K*I*X (K: קבוע; I: זרם; X: שטף מגנטי), כך שהמומנט T יקטן ככל שהשטף המגנטי X ירד.

יחד עם זאת, כאשר הוא קטן מ-50 הרץ, מכיוון ש-I*R קטן מאוד, כאשר U/f=E/f לא משתנה, השטף המגנטי (X) הוא קבוע. מומנט T הוא פרופורציונלי לזרם. זו הסיבה שבדרך כלל משתמשים בקיבולת זרם היתר של הממיר כדי לתאר את קיבולת העומס (מומנט) שלו, וזה נקרא ויסות מהירות מומנט קבוע (הזרם המדורג נשאר ללא שינוי -> המומנט המרבי נשאר ללא שינוי).

מסקנה: כאשר תדר המוצא של הממיר עולה מעל 50 הרץ, מומנט המוצא של המנוע יקטן.

6. גורמים נוספים הקשורים למומנט הפלט

קיבולת ייצור החום ופיזור החום קובעים את קיבולת זרם המוצא של הממיר, ובכך משפיעים על קיבולת מומנט המוצא של הממיר.

1. תדר נושא: הזרם המדורג המסומן על הממיר הוא בדרך כלל הערך שיכול להבטיח תפוקה רציפה בתדר הנושא הגבוה ביותר ובטמפרטורת הסביבה הגבוהה ביותר. הפחתת תדר הנושא לא תשפיע על זרם המנוע. עם זאת, ייצור החום של הרכיבים יופחת.

2. טמפרטורת הסביבה: בדיוק כמו שערך הזרם של הגנת הממיר לא יעלה כאשר טמפרטורת הסביבה מתגלה כנמוכה יחסית.

3. גובה: לעלייה בגובה יש השפעה על פיזור החום וביצועי הבידוד. באופן כללי, ניתן להתעלם מכך מתחת ל-1000 מטר, וניתן להפחית את הקיבולת ב-5% עבור כל 1000 מטר מעל.

7. מהו התדר המתאים לממיר תדרים לשליטה במנוע?

בסיכום לעיל, למדנו מדוע הממיר משמש לשליטה במנוע, וגם הבנו כיצד הממיר שולט במנוע. הממיר שולט במנוע, אשר ניתן לסכם כדלקמן:

ראשית, הממיר שולט במתח ובתדר ההתנעה של המנוע כדי להשיג התחלה חלקה ועצירה חלקה;

שנית, הממיר משמש להתאמת מהירות המנוע, ומהירות המנוע מותאמת על ידי שינוי התדר.

מנוע מגנט קבוע של אנחווי מינגטנגמוצרים נשלטים על ידי הממיר. בטווח עומס של 25%-120%, יש להם יעילות גבוהה יותר וטווח פעולה רחב יותר מאשר מנועים אסינכרוניים בעלי אותם מפרטים, ויש להם השפעות משמעותיות על חיסכון באנרגיה.

הטכנאים המקצועיים שלנו יבחרו ממיר מתאים יותר בהתאם לתנאי העבודה הספציפיים ולצרכים בפועל של הלקוחות כדי להשיג שליטה טובה יותר במנוע ולמקסם את ביצועי המנוע. בנוסף, מחלקת השירות הטכני שלנו יכולה להדריך לקוחות מרחוק להתקנה וניפוי שגיאות בממיר, ולבצע מעקב ושירות מקיפים לפני ואחרי המכירה.

זכויות יוצרים: מאמר זה הוא הדפסה מחודשת של המספר הציבורי של WeChat "הכשרה טכנית", הקישור המקורי https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA

מאמר זה אינו מייצג את עמדות החברה שלנו. אם יש לכם דעות או השקפות שונות, אנא תקנו אותנו!