Konverter frekuensi merupakan teknologi yang harus dikuasai ketika melakukan pekerjaan kelistrikan. Penggunaan konverter frekuensi untuk mengendalikan motor merupakan metode umum dalam pengendalian kelistrikan; beberapa di antaranya juga memerlukan kemahiran dalam penggunaannya.
1. Pertama-tama, mengapa menggunakan konverter frekuensi untuk mengendalikan motor?
Motor merupakan beban induktif, yang menghambat perubahan arus dan akan menghasilkan perubahan arus yang besar ketika dinyalakan.
Inverter adalah perangkat kontrol energi listrik yang menggunakan fungsi on-off perangkat semikonduktor daya untuk mengubah catu daya frekuensi industri menjadi frekuensi lain. Inverter terutama terdiri dari dua sirkuit, satu adalah sirkuit utama (modul penyearah, kapasitor elektrolit, dan modul inverter), dan yang lainnya adalah sirkuit kontrol (papan catu daya switching, papan sirkuit kontrol).
Untuk mengurangi arus start motor, terutama motor dengan daya yang lebih tinggi, semakin besar dayanya, semakin besar pula arus startnya. Arus start yang berlebihan akan membawa beban yang lebih besar pada jaringan catu daya dan distribusi. Konverter frekuensi dapat mengatasi masalah start ini dan memungkinkan motor untuk start dengan lancar tanpa menyebabkan arus start yang berlebihan.
Fungsi lain dari penggunaan konverter frekuensi adalah untuk mengatur kecepatan motor. Dalam banyak kasus, kecepatan motor perlu dikontrol untuk memperoleh efisiensi produksi yang lebih baik, dan pengaturan kecepatan konverter frekuensi selalu menjadi sorotan terbesarnya. Konverter frekuensi mengontrol kecepatan motor dengan mengubah frekuensi catu daya.
2.Apa saja metode kontrol inverter?
Lima metode motor kontrol inverter yang paling umum digunakan adalah sebagai berikut:
A. Metode kontrol Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM)
Karakteristiknya adalah struktur rangkaian kontrol yang sederhana, biaya rendah, kekerasan mekanis yang baik, dan dapat memenuhi persyaratan pengaturan kecepatan yang lancar pada transmisi umum. Telah banyak digunakan di berbagai bidang industri.
Namun, pada frekuensi rendah, karena tegangan keluaran rendah, torsi dipengaruhi secara signifikan oleh penurunan tegangan resistansi stator, yang mengurangi torsi keluaran maksimum.
Selain itu, karakteristik mekanisnya tidak sekuat motor DC, dan kapasitas torsi dinamis serta kinerja pengaturan kecepatan statisnya tidak memuaskan. Selain itu, kinerja sistemnya tidak tinggi, kurva kontrol berubah seiring beban, respons torsi lambat, tingkat pemanfaatan torsi motor tidak tinggi, dan kinerjanya menurun pada kecepatan rendah karena adanya resistansi stator dan efek zona mati inverter, serta stabilitasnya memburuk. Oleh karena itu, orang-orang telah mempelajari pengaturan kecepatan frekuensi variabel kontrol vektor.
B. Metode Kontrol Vektor Ruang Tegangan (SVPWM)
Hal ini didasarkan pada efek pembangkitan keseluruhan bentuk gelombang tiga fase, dengan tujuan mendekati lintasan medan magnet berputar melingkar ideal dari celah udara motor, menghasilkan bentuk gelombang modulasi tiga fase pada satu waktu, dan mengendalikannya dalam bentuk poligon tertulis yang mengaproksimasikan lingkaran.
Setelah penggunaan praktis, telah ditingkatkan, yaitu, memperkenalkan kompensasi frekuensi untuk menghilangkan kesalahan kontrol kecepatan; memperkirakan amplitudo fluks melalui umpan balik untuk menghilangkan pengaruh resistansi stator pada kecepatan rendah; menutup loop tegangan dan arus keluaran untuk meningkatkan akurasi dan stabilitas dinamis. Namun, ada banyak tautan sirkuit kontrol, dan tidak ada penyesuaian torsi yang diperkenalkan, sehingga kinerja sistem belum ditingkatkan secara mendasar.
C. Metode Pengendalian Vektor (VC)
Inti dari metode ini adalah menjadikan motor AC setara dengan motor DC, dan secara independen mengendalikan kecepatan dan medan magnet. Dengan mengendalikan fluks rotor, arus stator diurai untuk memperoleh komponen torsi dan medan magnet, dan transformasi koordinat digunakan untuk mencapai kendali ortogonal atau decoupled. Pengenalan metode kendali vektor memiliki signifikansi yang sangat penting. Namun, dalam aplikasi praktis, karena fluks rotor sulit diamati secara akurat, karakteristik sistem sangat dipengaruhi oleh parameter motor, dan transformasi rotasi vektor yang digunakan dalam proses kendali motor DC ekivalen relatif rumit, sehingga menyulitkan efek kendali aktual untuk mencapai hasil analisis yang ideal.
D. Metode Kontrol Torsi Langsung (DTC)
Pada tahun 1985, Profesor DePenbrock dari Universitas Ruhr di Jerman pertama kali mengusulkan teknologi konversi frekuensi kontrol torsi langsung. Teknologi ini sebagian besar telah mengatasi kekurangan kontrol vektor yang disebutkan di atas, dan telah berkembang pesat dengan ide-ide kontrol baru, struktur sistem yang ringkas dan jelas, serta kinerja dinamis dan statis yang sangat baik.
Saat ini, teknologi ini telah berhasil diterapkan pada traksi transmisi AC berdaya tinggi pada lokomotif listrik. Kontrol torsi langsung menganalisis secara langsung model matematika motor AC dalam sistem koordinat stator dan mengontrol fluks magnet dan torsi motor. Tidak perlu menyamakan motor AC dengan motor DC, sehingga menghilangkan banyak perhitungan rumit dalam transformasi rotasi vektor; tidak perlu meniru kontrol motor DC, juga tidak perlu menyederhanakan model matematika motor AC untuk decoupling.
E. Metode kontrol AC-AC matriks
Konversi frekuensi VVVF, konversi frekuensi kontrol vektor, dan konversi frekuensi kontrol torsi langsung semuanya merupakan jenis konversi frekuensi AC-DC-AC. Kerugian umumnya adalah faktor daya masukan rendah, arus harmonik besar, kapasitor penyimpanan energi besar yang diperlukan untuk sirkuit DC, dan energi regeneratif tidak dapat disalurkan kembali ke jaringan listrik, yaitu tidak dapat beroperasi dalam empat kuadran.
Karena alasan ini, konversi frekuensi AC-AC matriks muncul. Karena konversi frekuensi AC-AC matriks menghilangkan hubungan DC antara, maka ia menghilangkan kapasitor elektrolit yang besar dan mahal. Ia dapat mencapai faktor daya 1, arus masukan sinusoidal dan dapat beroperasi dalam empat kuadran, dan sistem memiliki kepadatan daya yang tinggi. Meskipun teknologi ini belum matang, ia tetap menarik banyak ilmuwan untuk melakukan penelitian mendalam. Esensinya bukanlah untuk mengendalikan arus, fluks magnetik, dan kuantitas lainnya secara tidak langsung, tetapi untuk secara langsung menggunakan torsi sebagai kuantitas yang dikendalikan untuk mencapainya.
3.Bagaimana konverter frekuensi mengendalikan motor? Bagaimana keduanya dihubungkan bersama?
Pengkabelan inverter untuk mengendalikan motor relatif sederhana, mirip dengan pengkabelan kontaktor, dengan tiga saluran listrik utama yang masuk dan kemudian keluar ke motor, tetapi pengaturannya lebih rumit, dan cara mengendalikan inverter juga berbeda.
Pertama-tama, untuk terminal inverter, meskipun ada banyak merek dan metode pengkabelan yang berbeda, terminal pengkabelan sebagian besar inverter tidak jauh berbeda. Umumnya dibagi menjadi input sakelar maju dan mundur, digunakan untuk mengontrol start maju dan mundur motor. Terminal umpan balik digunakan untuk memberi umpan balik status pengoperasian motor,termasuk frekuensi operasi, kecepatan, status kesalahan, dll.
Untuk pengaturan kecepatan, beberapa konverter frekuensi menggunakan potensiometer, beberapa menggunakan tombol secara langsung, yang semuanya dikontrol melalui kabel fisik. Cara lain adalah dengan menggunakan jaringan komunikasi. Banyak konverter frekuensi sekarang mendukung kontrol komunikasi. Jalur komunikasi dapat digunakan untuk mengontrol mulai dan berhentinya, putaran maju dan mundur, penyesuaian kecepatan, dll. dari motor. Pada saat yang sama, informasi umpan balik juga dikirimkan melalui komunikasi.
4.Apa yang terjadi pada torsi keluaran motor ketika kecepatan putarannya (frekuensi) berubah?
Torsi awal dan torsi maksimum saat digerakkan oleh konverter frekuensi lebih kecil daripada saat digerakkan langsung oleh catu daya.
Motor memiliki dampak awal dan percepatan yang besar saat ditenagai oleh catu daya, tetapi dampak ini lebih lemah saat ditenagai oleh konverter frekuensi. Start langsung dengan catu daya akan menghasilkan arus awal yang besar. Saat konverter frekuensi digunakan, tegangan keluaran dan frekuensi konverter frekuensi secara bertahap ditambahkan ke motor, sehingga arus awal dan dampak motor lebih kecil. Biasanya, torsi yang dihasilkan oleh motor berkurang saat frekuensi berkurang (kecepatan berkurang). Data aktual pengurangan akan dijelaskan dalam beberapa manual konverter frekuensi.
Motor yang umum dirancang dan diproduksi untuk tegangan 50Hz, dan torsi terukurnya juga diberikan dalam rentang tegangan ini. Oleh karena itu, pengaturan kecepatan di bawah frekuensi terukur disebut pengaturan kecepatan torsi konstan. (T=Te, P<=Pe)
Ketika frekuensi keluaran konverter frekuensi lebih besar dari 50 Hz, torsi yang dihasilkan oleh motor berkurang dalam hubungan linear yang berbanding terbalik dengan frekuensi.
Ketika motor berjalan pada frekuensi lebih besar dari 50Hz, ukuran beban motor harus dipertimbangkan untuk mencegah torsi keluaran motor yang tidak mencukupi.
Misalnya, torsi yang dihasilkan motor pada 100 Hz berkurang menjadi sekitar 1/2 dari torsi yang dihasilkan pada 50 Hz.
Oleh karena itu, pengaturan kecepatan di atas frekuensi terukur disebut pengaturan kecepatan daya konstan. (P=Ue*Ie).
5.Aplikasi konverter frekuensi di atas 50Hz
Untuk motor tertentu, tegangan pengenal dan arus pengenalnya konstan.
Misalnya, jika nilai terukur inverter dan motor keduanya: 15kW/380V/30A, motor dapat beroperasi di atas 50Hz.
Bila kecepatannya 50Hz, tegangan keluaran inverter adalah 380V dan arusnya 30A. Pada saat ini, jika frekuensi keluaran dinaikkan menjadi 60Hz, tegangan keluaran dan arus maksimum inverter hanya dapat mencapai 380V/30A. Jelas, daya keluaran tetap tidak berubah, jadi kami menyebutnya pengaturan kecepatan daya konstan.
Berapa torsi pada saat ini?
Karena P=wT(w; kecepatan sudut, T: torsi), karena P tetap tidak berubah dan w meningkat, maka torsi akan berkurang sesuai dengan itu.
Kita juga bisa melihatnya dari sudut pandang lain:
Tegangan stator motor adalah U=E+I*R (I adalah arus, R adalah resistansi elektronik, dan E adalah potensial induksi).
Dapat dilihat bahwa jika U dan I tidak berubah, maka E pun tidak berubah.
Dan E=k*f*X (k: konstan; f: frekuensi; X: fluks magnetik), jadi ketika f berubah dari 50–>60Hz, X akan berkurang sesuai dengan itu.
Untuk motor, T=K*I*X (K: konstanta; I: arus; X: fluks magnetik), sehingga torsi T akan berkurang seiring berkurangnya fluks magnetik X.
Pada saat yang sama, ketika kurang dari 50Hz, karena I*R sangat kecil, ketika U/f=E/f tidak berubah, fluks magnet (X) adalah konstan. Torsi T sebanding dengan arus. Inilah sebabnya mengapa kapasitas arus lebih dari inverter biasanya digunakan untuk menggambarkan kapasitas kelebihan beban (torsi), dan ini disebut pengaturan kecepatan torsi konstan (arus terukur tetap tidak berubah–>torsi maksimum tetap tidak berubah)
Kesimpulan: Ketika frekuensi keluaran inverter meningkat dari atas 50Hz, torsi keluaran motor akan menurun.
6.Faktor lain yang berhubungan dengan torsi keluaran
Kapasitas pembangkitan dan pembuangan panas menentukan kapasitas arus keluaran inverter, sehingga memengaruhi kapasitas torsi keluaran inverter.
1. Frekuensi pembawa: Arus terukur yang tertera pada inverter umumnya adalah nilai yang dapat memastikan keluaran berkelanjutan pada frekuensi pembawa tertinggi dan suhu lingkungan tertinggi. Mengurangi frekuensi pembawa tidak akan memengaruhi arus motor. Namun, pembangkitan panas komponen akan berkurang.
2. Suhu sekitar: Sama seperti nilai arus proteksi inverter, nilai arus tidak akan meningkat saat suhu sekitar terdeteksi relatif rendah.
3. Ketinggian: Peningkatan ketinggian berdampak pada pembuangan panas dan kinerja isolasi. Secara umum, hal ini dapat diabaikan di bawah 1000m, dan kapasitasnya dapat dikurangi sebesar 5% untuk setiap 1000 meter di atasnya.
7.Berapa frekuensi yang tepat bagi konverter frekuensi untuk mengendalikan motor?
Dalam rangkuman di atas, kita telah mempelajari mengapa inverter digunakan untuk mengendalikan motor, dan juga memahami bagaimana inverter mengendalikan motor. Inverter mengendalikan motor, yang dapat diringkas sebagai berikut:
Pertama, inverter mengontrol tegangan awal dan frekuensi motor untuk mencapai start yang mulus dan stop yang mulus;
Kedua, inverter digunakan untuk mengatur kecepatan motor, dan kecepatan motor diatur dengan mengubah frekuensi.
Motor magnet permanen Anhui MingtengProduk dikontrol oleh inverter. Dalam rentang beban 25%-120%, produk ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan jangkauan operasi yang lebih luas daripada motor asinkron dengan spesifikasi yang sama, serta memiliki efek penghematan energi yang signifikan.
Teknisi profesional kami akan memilih inverter yang lebih sesuai menurut kondisi kerja spesifik dan kebutuhan aktual pelanggan untuk mencapai kontrol motor yang lebih baik dan memaksimalkan kinerja motor. Selain itu, departemen layanan teknis kami dapat memandu pelanggan dari jarak jauh untuk memasang dan men-debug inverter, serta mewujudkan tindak lanjut dan layanan menyeluruh sebelum dan sesudah penjualan.
Hak Cipta: Artikel ini adalah cetak ulang dari nomor publik WeChat “Pelatihan teknis”, tautan asli https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA
Artikel ini tidak mewakili pandangan perusahaan kami. Jika Anda memiliki pendapat atau pandangan yang berbeda, mohon koreksi kami!
Waktu posting: 09-Sep-2024