كيفية التحكم في المحرك باستخدام محول التردد

محول التردد تقنيةٌ يجب إتقانها عند القيام بالأعمال الكهربائية. يُعد استخدام محول التردد للتحكم في المحركات طريقةً شائعةً في التحكم الكهربائي، وبعضها يتطلب إتقانًا في استخدامه.

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

المحرك عبارة عن حمل حثي، مما يعيق تغيير التيار وسيؤدي إلى تغيير كبير في التيار عند بدء التشغيل.

العاكس هو جهاز تحكم في الطاقة الكهربائية، يستخدم وظيفة التشغيل والإيقاف في أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية لتحويل مصدر الطاقة الترددي الصناعي إلى تردد آخر. يتكون بشكل أساسي من دائرتين: الدائرة الرئيسية (وحدة المقوم، المكثف الكهربائي، ووحدة العاكس)، والدائرة الأخرى (لوحة مصدر الطاقة، لوحة دائرة التحكم).

لتقليل تيار بدء تشغيل المحرك، وخاصةً المحركات عالية القدرة، كلما زادت القدرة، زاد تيار بدء التشغيل. يُثقل تيار بدء التشغيل الزائد كاهل شبكة توزيع الطاقة. يُساعد مُحوّل التردد على حل مشكلة بدء التشغيل هذه، ويسمح للمحرك بالبدء بسلاسة دون التسبب في تيار بدء تشغيل زائد.

من وظائف مُحوّل التردد ضبط سرعة المحرك. في كثير من الأحيان، يكون التحكم في سرعة المحرك ضروريًا لتحسين كفاءة الإنتاج، ولطالما كان تنظيم سرعة مُحوّل التردد أبرز مزاياه. يتحكم مُحوّل التردد في سرعة المحرك عن طريق تغيير تردد مصدر الطاقة.

2.ما هي طرق التحكم في العاكس؟

الطرق الخمس الأكثر استخدامًا للتحكم في محركات العاكس هي كما يلي:

أ. طريقة التحكم بتعديل عرض النبضة الجيبية (SPWM)

يتميز ببنية دائرة تحكم بسيطة، وتكلفة منخفضة، وصلابة ميكانيكية ممتازة، ويلبي متطلبات تنظيم السرعة بسلاسة لناقل الحركة العام. وقد استُخدم على نطاق واسع في مختلف مجالات الصناعة.

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

بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصه الميكانيكية ليست بقوة محركات التيار المستمر، كما أن سعة عزم الدوران الديناميكي وأداء تنظيم السرعة الثابتة غير مرضيين. إضافةً إلى ذلك، فإن أداء النظام ضعيف، ويتغير منحنى التحكم مع الحمل، وتكون استجابة عزم الدوران بطيئة، ومعدل استخدام عزم دوران المحرك ضعيف، وينخفض ​​الأداء عند السرعات المنخفضة بسبب وجود مقاومة الجزء الثابت وتأثير المنطقة الميتة للعاكس، مما يؤدي إلى تدهور الاستقرار. لذلك، درس الباحثون تنظيم سرعة التردد المتغير باستخدام التحكم المتجهي.

ب. طريقة التحكم في متجه مساحة الجهد (SVPWM)

يعتمد على تأثير التوليد الشامل لموجة ثلاثية الطور، بهدف الاقتراب من مسار المجال المغناطيسي الدائري الدوار المثالي لفجوة الهواء للمحرك، وتوليد موجة تعديل ثلاثية الطور في وقت واحد، والتحكم فيها بطريقة مضلع محفور يقترب من الدائرة.

بعد الاستخدام العملي، تم تحسينه، أي إدخال تعويض التردد للتخلص من أخطاء التحكم في السرعة؛ وتقدير سعة التدفق من خلال التغذية الراجعة للتخلص من تأثير مقاومة الجزء الثابت عند السرعات المنخفضة؛ وإغلاق حلقة الجهد والتيار الخارجين لتحسين الدقة الديناميكية والاستقرار. ومع ذلك، نظرًا لكثرة وصلات دائرة التحكم، وعدم إدخال أي تعديل لعزم الدوران، لم يتحسن أداء النظام بشكل جذري.

ج. طريقة مكافحة النواقل (VC)

يكمن جوهر الأمر في جعل محرك التيار المتردد مكافئًا لمحرك التيار المستمر، مع التحكم في السرعة والمجال المغناطيسي بشكل مستقل. بالتحكم في تدفق الدوار، يُحلل تيار الجزء الثابت للحصول على مكونات عزم الدوران والمجال المغناطيسي، ويُستخدم تحويل الإحداثيات لتحقيق تحكم متعامد أو منفصل. يُعدّ إدخال طريقة التحكم المتجهي ذا أهمية تاريخية. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، نظرًا لصعوبة مراقبة تدفق الدوار بدقة، تتأثر خصائص النظام بشكل كبير بمعلمات المحرك، كما أن تحويل دوران المتجه المستخدم في عملية التحكم في محرك التيار المستمر المكافئ معقد نسبيًا، مما يجعل من الصعب على تأثير التحكم الفعلي تحقيق نتيجة التحليل المثالية.

د. طريقة التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC)

في عام ١٩٨٥، اقترح البروفيسور ديبنبروك من جامعة الرور الألمانية لأول مرة تقنية تحويل التردد للتحكم المباشر في عزم الدوران. وقد عالجت هذه التقنية بشكل كبير عيوب التحكم في المتجهات المذكورة أعلاه، وتطورت بسرعة مع أفكار تحكم مبتكرة، وهيكل نظام موجز وواضح، وأداء ديناميكي وثابت ممتاز.

حاليًا، طُبّقت هذه التقنية بنجاح على نظام جرّ نقل التيار المتردد عالي القدرة للقاطرات الكهربائية. يُحلّل نظام التحكم المباشر في عزم الدوران مباشرةً النموذج الرياضي لمحركات التيار المتردد في نظام إحداثيات الجزء الثابت، ويتحكم في التدفق المغناطيسي وعزم دوران المحرك. لا يتطلب هذا النظام معادلة محركات التيار المتردد بمحركات التيار المستمر، مما يُغني عن العديد من الحسابات المعقدة في تحويلات دوران المتجهات؛ ولا يتطلب محاكاة التحكم في محركات التيار المستمر، ولا يتطلب تبسيط النموذج الرياضي لمحركات التيار المتردد لفصلها.

هـ. طريقة التحكم في التيار المتردد المصفوفي

تحويل التردد VVVF، وتحويل التردد بالتحكم المتجهي، وتحويل التردد بالتحكم المباشر في عزم الدوران، كلها أنواع من تحويلات التردد AC-DC-AC. من عيوبها الشائعة انخفاض معامل القدرة الداخل، والتيار التوافقي الكبير، وحاجة دائرة التيار المستمر إلى مكثف تخزين طاقة كبير، وعدم إمكانية إرجاع الطاقة المتجددة إلى شبكة الكهرباء، أي أنها لا تعمل في أربعة أرباع.

لهذا السبب، وُجدت تقنية تحويل التردد المتناوب-المتناوب للمصفوفة. ولأن تحويل التردد المتناوب-المتناوب للمصفوفة يلغي وصلة التيار المستمر الوسيطة، فإنه يلغي الحاجة إلى المكثف الإلكتروليتي الكبير والمكلف. ويمكن لهذه التقنية تحقيق معامل قدرة 1، وتيار دخل جيبي، ويمكنها العمل في أربعة أرباع، وتتميز بكثافة طاقة عالية. ورغم أن هذه التقنية لم تنضج بعد، إلا أنها لا تزال تجذب العديد من الباحثين لإجراء أبحاث معمقة. ولا يتمثل جوهرها في التحكم غير المباشر في التيار والتدفق المغناطيسي والكميات الأخرى، بل في استخدام عزم الدوران مباشرةً كقيمة مُتحكم بها لتحقيق ذلك.

٣. كيف يتحكم مُحوِّل التردد بمحرك؟ كيف يتم توصيلهما معًا؟

إن توصيل العاكس للتحكم في المحرك بسيط نسبيًا، يشبه توصيل الموصل، مع ثلاثة خطوط طاقة رئيسية تدخل ثم تخرج إلى المحرك، ولكن الإعدادات أكثر تعقيدًا، كما أن طرق التحكم في العاكس مختلفة أيضًا.

أولاً، بالنسبة لطرف العاكس، على الرغم من وجود العديد من العلامات التجارية وطرق التوصيل المختلفة، إلا أن أطراف توصيل معظم العاكسات لا تختلف كثيرًا. تُقسّم عادةً إلى مدخلات مفتاح أمامي وخلفي، تُستخدم للتحكم في بدء تشغيل المحرك للأمام والخلف. تُستخدم أطراف التغذية الراجعة لإعلام حالة تشغيل المحرك.بما في ذلك تردد التشغيل والسرعة وحالة الخطأ وما إلى ذلك.

للتحكم في السرعة، تستخدم بعض محولات التردد مقاييس جهد، بينما يستخدم بعضها الآخر أزرارًا مباشرة، ويتم التحكم في جميعها عبر الأسلاك. وهناك طريقة أخرى تتمثل في استخدام شبكة اتصالات. تدعم العديد من محولات التردد الآن التحكم في الاتصالات. يمكن استخدام خط الاتصال للتحكم في بدء وإيقاف المحرك، ودورانه للأمام والخلف، وضبط سرعته، وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، تُنقل معلومات التغذية الراجعة عبر الاتصالات.

4. ماذا يحدث لعزم الدوران الناتج للمحرك عندما تتغير سرعته الدورانية (تردده)؟

يكون عزم البدء وعزم الدوران الأقصى عند تشغيل محول التردد أصغر من عزم الدوران عند تشغيله مباشرة بواسطة مصدر طاقة.

يُحدث المحرك تأثير بدء وتسارع كبير عند تشغيله بمصدر طاقة، ولكن هذه التأثيرات تكون أضعف عند تشغيله بمحول تردد. يُولّد التشغيل المباشر بمصدر طاقة تيار بدء كبير. عند استخدام محول تردد، يُضاف جهد خرج المحول وتردده تدريجيًا إلى المحرك، مما يُقلل من تيار بدء المحرك وتأثيره. عادةً، ينخفض ​​عزم الدوران الناتج عن المحرك مع انخفاض التردد (انخفاض السرعة). سيتم شرح البيانات الفعلية لهذا الانخفاض في بعض أدلة استخدام محول التردد.

يُصمَّم ويُصنَّع المحرك الاعتيادي لجهد ٥٠ هرتز، ويُحدَّد عزم دورانه المُصنَّف ضمن نطاق الجهد هذا. لذلك، يُسمَّى تنظيم السرعة تحت التردد المُصنَّف تنظيم سرعة عزم الدوران الثابت. (T=Te, P<=Pe)

عندما يكون تردد خرج محول التردد أكبر من 50 هرتز، فإن عزم الدوران الناتج عن المحرك ينخفض ​​بعلاقة خطية تتناسب عكسيا مع التردد.

عندما يعمل المحرك بتردد أكبر من 50 هرتز، يجب مراعاة حجم حمل المحرك لمنع عزم دوران المحرك غير الكافي.

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

لذلك، فإن تنظيم السرعة فوق التردد المقدر يسمى تنظيم السرعة بقوة ثابتة. (P=Ue*Ie).

5. تطبيق محول التردد فوق 50 هرتز

بالنسبة لمحرك معين، فإن الجهد المقدر والتيار المقدر له ثابتان.

على سبيل المثال، إذا كانت القيم المقدرة للعاكس والمحرك هي: 15 كيلو وات/380 فولت/30 أمبير، فيمكن للمحرك أن يعمل بتردد أعلى من 50 هرتز.

عند تردد 50 هرتز، يكون جهد خرج العاكس 380 فولتًا والتيار 30 أمبير. عندها، عند زيادة تردد الخرج إلى 60 هرتزًا، لا يمكن أن يتجاوز أقصى جهد وتيار خرج للعاكس 380 فولت/30 أمبير. وبطبيعة الحال، تبقى طاقة الخرج ثابتة، ولذلك يُطلق عليها اسم "تنظيم سرعة الطاقة الثابتة".

ما هو عزم الدوران في هذا الوقت؟

نظرًا لأن P=wT(w؛ السرعة الزاوية، T: عزم الدوران)، وبما أن P تظل دون تغيير وتزداد w، فسوف ينخفض ​​عزم الدوران وفقًا لذلك.

ويمكننا أيضًا أن ننظر إلى الأمر من زاوية أخرى:

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

يمكننا أن نرى أنه عندما لا يتغير U و I، فإن E لا يتغير أيضًا.

و E=k*f*X (k: ثابت؛ f: تردد؛ X: تدفق مغناطيسي)، لذلك عندما يتغير f من 50 إلى>60 هرتز، سوف ينخفض ​​X وفقًا لذلك.

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

في الوقت نفسه، عندما يكون التردد أقل من 50 هرتز، ولأن I*R صغير جدًا، وعندما لا تتغير U/f=E/f، يكون التدفق المغناطيسي (X) ثابتًا. يتناسب عزم الدوران T طرديًا مع التيار. لهذا السبب، تُستخدم سعة التيار الزائد للمحول عادةً لوصف سعة الحمل الزائد (عزم الدوران)، ويُطلق عليها تنظيم سرعة عزم الدوران الثابت (يبقى التيار المقنن ثابتًا -> عزم الدوران الأقصى ثابتًا).

النتيجة: عندما يزيد تردد خرج العاكس عن 50 هرتز، فإن عزم خرج المحرك سينخفض.

6. عوامل أخرى تتعلق بعزم الدوران الناتج

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

١. تردد الناقل: التيار المُصنّف المُشار إليه على العاكس هو عادةً القيمة التي تضمن استمرارية الإخراج عند أعلى تردد ناقل وأعلى درجة حرارة محيطة. لن يؤثر خفض تردد الناقل على تيار المحرك، ولكن سيقل توليد الحرارة من المكونات.

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

٣. الارتفاع: يؤثر ارتفاع الارتفاع على تبديد الحرارة وأداء العزل. عادةً، يمكن تجاهله عند ارتفاع أقل من ١٠٠٠ متر، ويمكن خفض السعة بنسبة ٥٪ لكل ١٠٠٠ متر فوق ذلك.

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

في الملخص أعلاه، تعلمنا سبب استخدام العاكس للتحكم في المحرك، وفهمنا أيضًا كيفية تحكمه به. يتحكم العاكس في المحرك، ويمكن تلخيص ذلك على النحو التالي:

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

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

محرك المغناطيس الدائم لشركة Anhui Mingtengيتم التحكم في المنتجات بواسطة العاكس. ضمن نطاق حمل يتراوح بين 25% و120%، تتميز هذه المحركات بكفاءة أعلى ونطاق تشغيل أوسع من المحركات غير المتزامنة من نفس المواصفات، كما أنها توفر الطاقة بشكل ملحوظ.

سيقوم فنيونا المحترفون باختيار العاكس الأنسب وفقًا لظروف العمل المحددة واحتياجات العملاء الفعلية، مما يُحسّن تحكمهم بالمحرك ويرفع أداءه إلى أقصى حد. كما يُمكن لقسم الخدمة الفنية لدينا توجيه العملاء عن بُعد لتركيب العاكس وتصحيح أخطائه، وتوفير متابعة وخدمة شاملة قبل وبعد البيع.

حقوق الطبع والنشر: هذه المقالة هي إعادة طباعة للرقم العام WeChat "التدريب الفني"، الرابط الأصلي https://mp.weixin.qq.com/s/eLgSvyLFTtslLF-m6wXMtA

هذه المقالة لا تعكس وجهة نظر شركتنا. إذا كانت لديكم آراء أو وجهات نظر مختلفة، يُرجى تصحيحها!