كيفية التحكم في المحرك باستخدام محول التردد

محول التردد هو تقنية يجب إتقانها عند القيام بالأعمال الكهربائية. يعد استخدام محول التردد للتحكم في المحرك طريقة شائعة في التحكم الكهربائي؛ ويتطلب البعض أيضًا إتقان استخدامها.

1. أولاً، لماذا نستخدم محول التردد للتحكم في المحرك؟

المحرك عبارة عن حمل حثي، مما يعيق تغيير التيار وسيحدث تغييرًا كبيرًا في التيار عند بدء التشغيل.

العاكس هو جهاز للتحكم في الطاقة الكهربائية يستخدم وظيفة التشغيل والإيقاف لأجهزة أشباه موصلات الطاقة لتحويل مصدر طاقة التردد الصناعي إلى تردد آخر. يتكون بشكل أساسي من دائرتين، إحداهما هي الدائرة الرئيسية (وحدة المعدل والمكثف الإلكتروليتي ووحدة العاكس)، والأخرى هي دائرة التحكم (لوحة إمداد الطاقة التبديلية ولوحة دائرة التحكم).

من أجل تقليل تيار بدء التشغيل للمحرك، وخاصة المحرك ذو الطاقة الأعلى، كلما زادت الطاقة، زاد تيار البدء. سيؤدي تيار البدء المفرط إلى زيادة العبء على شبكة إمدادات الطاقة والتوزيع. يمكن لمحول التردد أن يحل مشكلة البدء هذه ويسمح للمحرك بالبدء بسلاسة دون التسبب في تيار بدء زائد.

وظيفة أخرى لاستخدام محول التردد هي ضبط سرعة المحرك. في كثير من الحالات، من الضروري التحكم في سرعة المحرك للحصول على كفاءة إنتاج أفضل، وكان تنظيم سرعة محول التردد دائمًا هو أهم ما يميزه. يتحكم محول التردد في سرعة المحرك عن طريق تغيير تردد مصدر الطاقة.

2. ما هي طرق التحكم في العاكس؟

الطرق الخمس الأكثر استخدامًا لمحركات التحكم في العاكس هي كما يلي:

أ. طريقة التحكم بتعديل عرض النبض الجيبي (SPWM).

خصائصه هي بنية دائرة التحكم البسيطة، والتكلفة المنخفضة، والصلابة الميكانيكية الجيدة، ويمكن أن تلبي متطلبات تنظيم السرعة السلس للنقل العام. وقد تم استخدامه على نطاق واسع في مختلف مجالات الصناعة.

ومع ذلك، عند الترددات المنخفضة، وبسبب انخفاض جهد الخرج، يتأثر عزم الدوران بشكل كبير بانخفاض جهد مقاومة الجزء الثابت، مما يقلل من عزم الدوران الأقصى للخرج.

بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصها الميكانيكية ليست قوية مثل تلك الخاصة بمحركات التيار المستمر، كما أن قدرة عزم الدوران الديناميكي وأداء تنظيم السرعة الثابتة ليست مرضية. بالإضافة إلى ذلك، فإن أداء النظام ليس عاليًا، ويتغير منحنى التحكم مع الحمل، واستجابة عزم الدوران بطيئة، ومعدل استخدام عزم دوران المحرك ليس مرتفعًا، وينخفض ​​الأداء عند السرعة المنخفضة بسبب وجود مقاومة الجزء الثابت والعاكس ميت. تأثير المنطقة، وتدهور الاستقرار. لذلك، قام الناس بدراسة تنظيم سرعة التردد المتغير للتحكم في ناقلات الأمراض.

ب. طريقة التحكم في ناقل مساحة الجهد (SVPWM).

يعتمد على تأثير التوليد الإجمالي لشكل موجة ثلاثي الطور، بهدف الاقتراب من مسار المجال المغناطيسي الدائري المثالي لفجوة هواء المحرك، وتوليد شكل موجة تعديل ثلاثي الطور في كل مرة، والتحكم فيه في الطريق. من المضلع المنقوش الذي يقارب الدائرة.

بعد الاستخدام العملي، تم تحسينه، أي إدخال تعويض التردد لإزالة خطأ التحكم في السرعة؛ تقدير سعة التدفق من خلال ردود الفعل للقضاء على تأثير مقاومة الجزء الثابت عند السرعة المنخفضة؛ إغلاق جهد الخرج والحلقة الحالية لتحسين الدقة الديناميكية والاستقرار. ومع ذلك، هناك العديد من وصلات دوائر التحكم، ولم يتم تقديم أي تعديل لعزم الدوران، لذلك لم يتم تحسين أداء النظام بشكل أساسي.

ج. طريقة مكافحة ناقلات الأمراض (VC).

جوهر الأمر هو جعل محرك التيار المتردد مكافئًا لمحرك التيار المستمر، والتحكم بشكل مستقل في السرعة والمجال المغناطيسي. من خلال التحكم في تدفق العضو الدوار، يتحلل تيار الجزء الثابت للحصول على مكونات عزم الدوران والمجال المغناطيسي، ويستخدم تحويل الإحداثيات لتحقيق التحكم المتعامد أو المنفصل. إن إدخال طريقة مكافحة ناقلات الأمراض له أهمية تاريخية. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، نظرًا لصعوبة مراقبة تدفق الدوار بدقة، تتأثر خصائص النظام بشكل كبير بمعلمات المحرك، ويكون تحويل دوران المتجه المستخدم في عملية التحكم في محرك DC المكافئة معقدًا نسبيًا، مما يجعل من الصعب على الفعلي تأثير التحكم لتحقيق نتيجة التحليل المثالية.

د. طريقة التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC).

في عام 1985، اقترح البروفيسور ديبنبروك من جامعة الرور في ألمانيا لأول مرة تقنية تحويل التردد للتحكم المباشر في عزم الدوران. لقد نجحت هذه التكنولوجيا إلى حد كبير في حل أوجه القصور في التحكم في المتجهات المذكورة أعلاه، وتم تطويرها بسرعة بأفكار تحكم جديدة وبنية نظام موجزة وواضحة وأداء ديناميكي وثابت ممتاز.

في الوقت الحاضر، تم تطبيق هذه التكنولوجيا بنجاح على جر نقل التيار المتردد عالي الطاقة للقاطرات الكهربائية. يقوم التحكم المباشر في عزم الدوران بتحليل النموذج الرياضي لمحركات التيار المتردد في نظام إحداثيات الجزء الثابت بشكل مباشر ويتحكم في التدفق المغناطيسي وعزم الدوران للمحرك. لا تحتاج إلى مساواة محركات التيار المتردد بمحركات التيار المستمر، وبالتالي القضاء على العديد من الحسابات المعقدة في تحويل دوران المتجهات؛ فهي لا تحتاج إلى تقليد التحكم في محركات التيار المستمر، ولا تحتاج إلى تبسيط النموذج الرياضي لمحركات التيار المتردد لفصلها.

E. طريقة التحكم بمصفوفة AC-AC

إن تحويل تردد VVVF، وتحويل تردد التحكم في المتجهات، وتحويل تردد التحكم في عزم الدوران المباشر كلها أنواع من تحويل التردد AC-DC-AC. عيوبها الشائعة هي انخفاض عامل طاقة المدخلات، والتيار التوافقي الكبير، ومكثف تخزين الطاقة الكبير المطلوب لدائرة التيار المستمر، ولا يمكن تغذية الطاقة المتجددة مرة أخرى إلى شبكة الطاقة، أي أنها لا يمكن أن تعمل في أربعة أرباع.

لهذا السبب، ظهر تحويل تردد المصفوفة AC-AC إلى حيز الوجود. نظرًا لأن تحويل تردد المصفوفة AC-AC يلغي وصلة DC المتوسطة، فإنه يلغي المكثف الإلكتروليتي الكبير والمكلف. يمكنه تحقيق عامل طاقة قدره 1، تيار دخل جيبي ويمكن أن يعمل في أربعة أرباع، ويتمتع النظام بكثافة طاقة عالية. وعلى الرغم من أن هذه التكنولوجيا لم تنضج بعد، إلا أنها لا تزال تجتذب العديد من العلماء لإجراء أبحاث متعمقة. جوهرها لا يتمثل في التحكم بشكل غير مباشر في التيار والتدفق المغناطيسي والكميات الأخرى، ولكن في استخدام عزم الدوران بشكل مباشر ككمية يتم التحكم فيها لتحقيق ذلك.

3. كيف يتحكم محول التردد في المحرك؟ كيف يتم ربط الاثنين معا؟

إن توصيلات العاكس للتحكم في المحرك بسيطة نسبيًا، تشبه توصيلات الموصل، حيث تدخل ثلاثة خطوط كهرباء رئيسية ثم تخرج إلى المحرك، لكن الإعدادات أكثر تعقيدًا، كما أن طرق التحكم في العاكس أيضًا مختلف.

بادئ ذي بدء، بالنسبة لمحطة العاكس، على الرغم من وجود العديد من العلامات التجارية وطرق الأسلاك المختلفة، إلا أن محطات الأسلاك لمعظم العاكسات لا تختلف كثيرًا. يتم تقسيمها بشكل عام إلى مدخلات التبديل الأمامية والخلفية، وتستخدم للتحكم في التشغيل الأمامي والخلفي للمحرك. تستخدم محطات التغذية الراجعة للتعليق على حالة تشغيل المحرك،بما في ذلك تردد التشغيل والسرعة وحالة الخطأ وما إلى ذلك.

للتحكم في ضبط السرعة، تستخدم بعض محولات التردد مقاييس الجهد، وبعضها يستخدم الأزرار مباشرة، ويتم التحكم فيها جميعًا من خلال الأسلاك المادية. هناك طريقة أخرى وهي استخدام شبكة الاتصالات. تدعم العديد من محولات التردد الآن التحكم في الاتصالات. يمكن استخدام خط الاتصال للتحكم في التشغيل والتوقف، والدوران الأمامي والخلفي، وتعديل السرعة، وما إلى ذلك للمحرك. وفي الوقت نفسه، يتم أيضًا نقل معلومات التعليقات من خلال الاتصال.

4. ماذا يحدث لعزم دوران المحرك الناتج عندما تتغير سرعة دورانه (التردد)؟

يكون عزم الدوران الأقصى وعزم الدوران الأقصى عند القيادة بواسطة محول التردد أصغر منه عند القيادة مباشرة بواسطة مصدر طاقة.

يتمتع المحرك بتأثير بدء وتسارع كبير عند تشغيله بواسطة مصدر طاقة، ولكن هذه التأثيرات تكون أضعف عندما يتم تشغيله بواسطة محول تردد. سيؤدي البدء المباشر بمصدر طاقة إلى توليد تيار بدء كبير. عند استخدام محول التردد، يتم إضافة جهد الخرج وتردد محول التردد تدريجيًا إلى المحرك، وبالتالي يكون تيار بدء تشغيل المحرك وتأثيره أصغر. عادة، يتناقص عزم الدوران الناتج عن المحرك مع انخفاض التردد (تناقص السرعة). سيتم شرح البيانات الفعلية للتخفيض في بعض أدلة محول التردد.

تم تصميم وتصنيع المحرك المعتاد لجهد 50 هرتز، ويتم تحديد عزم الدوران المقدر أيضًا ضمن نطاق الجهد هذا. ولذلك، فإن تنظيم السرعة تحت التردد المقدر يسمى تنظيم سرعة عزم الدوران الثابت. (T=Te، P<=Pe)

عندما يكون تردد الخرج لمحول التردد أكبر من 50 هرتز، فإن عزم الدوران الناتج عن المحرك يتناقص في علاقة خطية تتناسب عكسيا مع التردد.

عندما يعمل المحرك بتردد أكبر من 50 هرتز، يجب مراعاة حجم حمل المحرك لمنع عدم كفاية عزم دوران خرج المحرك.

على سبيل المثال، يتم تقليل عزم الدوران الناتج عن المحرك عند 100 هرتز إلى حوالي 1/2 من عزم الدوران الناتج عند 50 هرتز.

ولذلك، فإن تنظيم السرعة فوق التردد المقنن يسمى تنظيم سرعة الطاقة الثابتة. (P = أويه * أي).

5. تطبيق محول التردد فوق 50 هرتز

بالنسبة لمحرك معين، يكون الجهد المقنن والتيار المقنن ثابتين.

على سبيل المثال، إذا كانت القيم المقدرة للعاكس والمحرك كلاهما: 15kW/380V/30A، يمكن للمحرك أن يعمل فوق 50 هرتز.

عندما تكون السرعة 50 هرتز، يكون جهد الخرج للعاكس 380 فولت والتيار 30 أمبير. في هذا الوقت، إذا تمت زيادة تردد الخرج إلى 60 هرتز، فإن الحد الأقصى لجهد الخرج والتيار للعاكس يمكن أن يكون 380 فولت/30 أمبير فقط. من الواضح أن طاقة الخرج تظل دون تغيير، لذلك نسميها التنظيم الثابت لسرعة الطاقة.

ما هو عزم الدوران في هذا الوقت؟

نظرًا لأن P=wT(w; السرعة الزاوية، T: عزم الدوران)، نظرًا لأن P تظل دون تغيير وتزداد w، فإن عزم الدوران سينخفض ​​وفقًا لذلك.

ويمكننا أيضاً أن ننظر إلى الأمر من زاوية أخرى:

جهد الجزء الثابت للمحرك هو U=E+I*R (I هو التيار، R هو المقاومة الإلكترونية، وE هو الجهد المستحث).

يمكن ملاحظة أنه عندما لا نتغير أنا وU، فإن E لا يتغير أيضًا.

و E=k*f*X (k: ثابت؛ f: التردد؛ X: التدفق المغناطيسي)، لذلك عندما يتغير f من 50–>60 هرتز، ستنخفض X وفقًا لذلك.

بالنسبة للمحرك، T=K*I*X (K: ثابت؛ I: التيار؛ X: التدفق المغناطيسي)، وبالتالي فإن عزم الدوران T سينخفض ​​مع انخفاض التدفق المغناطيسي X.

في الوقت نفسه، عندما يكون أقل من 50 هرتز، نظرًا لأن I*R صغير جدًا، وعندما لا يتغير U/f=E/f، يكون التدفق المغناطيسي (X) ثابتًا. عزم الدوران T يتناسب مع التيار. هذا هو السبب في أن سعة التيار الزائد للعاكس تستخدم عادة لوصف قدرة الحمل الزائد (عزم الدوران)، ويطلق عليها تنظيم سرعة عزم الدوران الثابت (يظل التيار المقنن دون تغيير -> يظل الحد الأقصى لعزم الدوران دون تغيير)

الخلاصة: عندما يزيد تردد خرج العاكس عن 50 هرتز، فإن عزم الدوران الناتج للمحرك سينخفض.

6. عوامل أخرى تتعلق بعزم الدوران الناتج

تحدد قدرة توليد الحرارة وتبديد الحرارة قدرة التيار الناتج للعاكس، وبالتالي تؤثر على قدرة عزم الدوران الناتج للعاكس.

1. تردد الناقل: التيار المقنن المحدد على العاكس هو بشكل عام القيمة التي يمكن أن تضمن الإخراج المستمر عند أعلى تردد حامل وأعلى درجة حرارة محيطة. لن يؤثر تقليل تردد الموجة الحاملة على تيار المحرك. ومع ذلك، سيتم تقليل توليد الحرارة للمكونات.

2. درجة الحرارة المحيطة: تمامًا مثل قيمة تيار حماية العاكس، لن يتم زيادة عندما يتم اكتشاف أن درجة الحرارة المحيطة منخفضة نسبيًا.

3. الارتفاع: زيادة الارتفاع لها تأثير على تبديد الحرارة وأداء العزل. بشكل عام، يمكن تجاهلها أقل من 1000 متر، ويمكن تقليل السعة بنسبة 5% لكل 1000 متر أعلاه.

7. ما هو التردد المناسب لمحول التردد للتحكم في المحرك؟

في الملخص أعلاه، تعلمنا سبب استخدام العاكس للتحكم في المحرك، وفهمنا أيضًا كيف يتحكم العاكس في المحرك. ويتحكم العاكس في المحرك، ويمكن تلخيص ذلك فيما يلي:

أولاً، يتحكم العاكس في جهد التشغيل وتردد المحرك لتحقيق بداية سلسة وتوقف سلس؛

ثانيًا، يتم استخدام العاكس لضبط سرعة المحرك، ويتم ضبط سرعة المحرك عن طريق تغيير التردد.

محرك المغناطيس الدائم Anhui Mingtengيتم التحكم في المنتجات بواسطة العاكس. ضمن نطاق التحميل من 25% إلى 120%، فهي تتمتع بكفاءة أعلى ونطاق تشغيل أوسع من المحركات غير المتزامنة ذات نفس المواصفات، ولها تأثيرات كبيرة في توفير الطاقة.

سيختار الفنيون المحترفون لدينا عاكسًا أكثر ملاءمة وفقًا لظروف العمل المحددة والاحتياجات الفعلية للعملاء لتحقيق تحكم أفضل في المحرك وتعظيم أداء المحرك. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لقسم الخدمة الفنية لدينا توجيه العملاء عن بعد لتثبيت وتصحيح العاكس، وتحقيق المتابعة الشاملة والخدمة قبل وبعد البيع.

حقوق الطبع والنشر: هذه المقالة عبارة عن إعادة طبع لرقم WeChat العام "التدريب الفني"، الرابط الأصلي https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA

هذه المقالة لا تمثل آراء شركتنا. إذا كان لديك آراء أو وجهات نظر مختلفة، يرجى تصحيحنا!