周波数変換器は電気工事を行う際に必ず習得しておきたい技術です。周波数コンバータを使用してモーターを制御することは、電気制御では一般的な方法です。使用に熟練が必要なものもあります。
1.まず第一に、なぜモーターの制御に周波数変換器を使用するのでしょうか?
モーターは誘導負荷であるため電流の変化が妨げられ、起動時に大きな電流変化が発生します。
インバータは、パワー半導体素子のオン・オフ機能を利用して、工業用周波数電源を別の周波数に変換する電力制御装置です。主に主回路（整流器モジュール、電解コンデンサ、インバータモジュール）と制御回路（スイッチング電源基板、制御基板）の２つの回路で構成されています。
モータ、特に高出力のモータの起動電流を低減するには、出力が大きくなるほど起動電流も大きくなります。過剰な始動電流は、電力供給および配電ネットワークに大きな負担をもたらします。周波数コンバータはこの始動問題を解決し、過剰な始動電流を発生させることなくモーターをスムーズに始動できるようにします。
周波数変換器を使用するもう 1 つの機能は、モーターの速度を調整することです。多くの場合、より良い生産効率を得るためにモーターの速度を制御する必要があり、周波数変換器の速度調整は常にその最大のハイライトです。周波数コンバータは、電源の周波数を変更することでモーターの速度を制御します。
2.インバータ制御方式にはどのようなものがありますか?
インバータ制御モータの最も一般的に使用される 5 つの方法は次のとおりです。
A. 正弦波パルス幅変調 (SPWM) 制御方式
その特徴は、制御回路の構造が簡単で、コストが低く、機械的硬度が高く、一般的なトランスミッションのスムーズな速度調整の要求に応えることができます。業界のさまざまな分野で広く使用されています。
ただし、低周波数では出力電圧が低いため、トルクは固定子抵抗の電圧降下の影響を大きく受け、最大出力トルクが低下します。
また、機械的特性も DC モーターほど強くなく、動的トルク容量や静的速度調整性能も満足のいくものではありません。さらに、システムの性能が高くなく、制御曲線が負荷に応じて変化し、トルク応答が遅く、モーターのトルク利用率が高くなく、固定子抵抗とインバーターデッドの存在により低速で性能が低下します。ゾーン効果が発生し、安定性が低下します。したがって、人々はベクトル制御の可変周波数速度調整を研究してきました。
B. 電圧空間ベクトル (SVPWM) 制御方法
これは、三相波形の全体的な生成効果に基づいており、モーターのエアギャップの理想的な円形の回転磁界軌道に近づき、一度に三相の変調波形を生成し、それを制御することを目的としています。円に近似する内接多角形。
実用化後は、速度制御の誤差をなくすために周波数補償を導入するなど改良が加えられているが、フィードバックを通じて磁束振幅を推定し、低速での固定子抵抗の影響を排除します。出力電圧と電流ループを閉じて、動的精度と安定性を向上させます。しかし、制御回路のリンクが多く、トルク調整も導入されていないため、システムの性能が根本的に向上しているわけではありません。
C. ベクトル制御（VC）方式
本質は、ACモーターをDCモーターと同等にし、速度と磁界を独立して制御することです。回転子磁束を制御することにより、固定子電流が分解されてトルクと磁界成分が得られ、座標変換を使用して直交制御または分離制御が実現されます。ベクトル制御法の導入は画期的な意義を持つ。しかし、実際のアプリケーションでは、ロータ磁束を正確に観測することが難しいため、システム特性はモータパラメータに大きく影響され、等価DCモータ制御プロセスで使用されるベクトル回転変換は比較的複雑であるため、実際のアプリケーションでは困難です。制御効果を高めて理想的な分析結果を実現します。
D. ダイレクトトルクコントロール(DTC)方式
1985 年にドイツのルール大学のデペンブロック教授が直接トルク制御周波数変換技術を初めて提案しました。この技術は、前述のベクトル制御の欠点を大幅に解決し、新しい制御アイデア、簡潔で明確なシステム構造、優れた動的および静的性能によって急速に開発されました。
現在、この技術は電気機関車の大出力交流送電牽引に適用され成功しています。直接トルク制御は、固定子座標系における AC モーターの数学モデルを直接解析し、モーターの磁束とトルクを制御します。 AC モーターを DC モーターと同等に扱う必要がないため、ベクトル回転変換における多くの複雑な計算が不要になります。 DC モーターの制御を模倣する必要も、デカップリングのために AC モーターの数学的モデルを単純化する必要もありません。
E. マトリックスAC-AC制御方式
VVVF 周波数変換、ベクトル制御周波数変換、直接トルク制御周波数変換はすべて AC-DC-AC 周波数変換です。これらの共通の欠点は、入力力率が低いこと、高調波電流が大きいこと、DC 回路に必要なエネルギー蓄積コンデンサが大きいこと、回生エネルギーを電力網にフィードバックできないこと、つまり 4 象限で動作できないことです。
このため、マトリクスAC-AC周波数変換が登場しました。マトリクス AC-AC 周波数変換により中間 DC リンクが不要になるため、大型で高価な電解コンデンサが不要になります。力率 1、正弦波入力電流を達成でき、4 象限で動作でき、システムは高い電力密度を備えています。このテクノロジーはまだ成熟していませんが、詳細な研究を行うために多くの学者を魅了しています。その本質は、電流や磁束などを間接的に制御するのではなく、制御量としてトルクを直接用いてそれを実現することにある。
3.周波数変換器はどのようにモーターを制御しますか?この 2 つはどのように接続されているのでしょうか?
モーターを制御するためのインバーターの配線は、コンタクターの配線と同様に、3 本の主電力線がモーターに入り、モーターに出力されるという比較的単純な配線ですが、設定はより複雑で、インバーターを制御する方法も異なります。違う。
まずインバータの端子ですが、メーカーや配線方法はさまざまですが、ほとんどのインバータの配線端子はそれほど変わりません。通常、正転スイッチ入力と逆転スイッチ入力に分かれており、モーターの正転始動と逆転始動を制御するために使用されます。フィードバック端子はモーターの動作状態をフィードバックするために使用されます。動作周波数、速度、障害状態などを含みます。
速度設定の制御には、周波数変換器によってはポテンショメータを使用するものもあれば、ボタンを直接使用するものもありますが、これらはすべて物理配線によって制御されます。もう一つの方法は、通信ネットワークを使用することです。現在、多くの周波数変換器が通信制御をサポートしています。通信ラインを利用してモーターの起動・停止、正転・逆転、速度調整などの制御が可能です。同時に、フィードバック情報も通信を通じて送信されます。
4.モーターの回転速度（周波数）が変化すると出力トルクはどうなりますか？
周波数コンバータで駆動する場合の起動トルクと最大トルクは、電源で直接駆動する場合に比べて小さくなります。
電源から電力を供給すると、モーターは始動と加速に大きな影響を与えますが、周波数コンバータから電力を供給すると、これらの影響は小さくなります。電源から直接始動すると大きな始動電流が発生します。周波数変換器を使用すると、周波数変換器の出力電圧と周波数が徐々にモーターに加算されるため、モーターの起動電流と衝撃が小さくなります。通常、モータが発生するトルクは、周波数が低下する（速度が低下する）と減少します。低減の実際のデータは、一部の周波数変換器のマニュアルで説明されています。
通常のモータは50Hzの電圧で設計・製造されており、定格トルクもこの電圧範囲内で定められています。したがって、定格周波数以下の速度制御を定トルク速度制御と呼びます。 (T=Te、P<=Pe)
周波数変換器の出力周波数が 50Hz を超えると、モーターが発生するトルクは周波数に反比例して線形関係で減少します。
モーターが 50Hz を超える周波数で動作する場合、モーターの出力トルクが不足しないようにモーター負荷の大きさを考慮する必要があります。
例えば、100Hzでモータが発生するトルクは、50Hzで発生するトルクに比べて約1/2に減少します。
したがって、定格周波数を超える速度調整は、定電力速度調整と呼ばれます。 (P=うえ*いえ)。
5.50Hz以上の周波数変換器の適用
特定のモーターの場合、その定格電圧と定格電流は一定です。
たとえば、インバータとモータの定格値が両方とも 15kW/380V/30A の場合、モータは 50Hz 以上で動作できます。
速度が50Hzの場合、インバータの出力電圧は380V、電流は30Aです。このとき、出力周波数を60Hzまで上げた場合、インバータの最大出力電圧・電流は380V/30Aまでしかありません。明らかに、出力電力は変化しないため、これを定電力速度調整と呼びます。
この時のトルクはどのくらいでしょうか？
P=wT(w;角速度、T:トルク)より、Pは変化せずwが増加するため、その分トルクは減少します。
別の角度から見ることもできます。
モーターのステーター電圧は U=E+I*R (I は電流、R は電子抵抗、E は誘導電位) です。
U と I が変化しない場合、E も変化しないことがわかります。
また、E=k*f*X (k: 定数、f: 周波数、X: 磁束) なので、f が 50 ～ > 60Hz に変化すると、それに応じて X も減少します。
モーターの場合、T=K*I*X（K：定数、I：電流、X：磁束）となるため、磁束Xが減少するとトルクTも減少します。
一方、50Hz以下ではI*Rが非常に小さいため、U/f=E/fが変化しない場合、磁束(X)は一定となります。トルク T は電流に比例します。このため、通常、インバータの過電流容量は過負荷 (トルク) 容量を表すために使用され、定トルク速度制御と呼ばれます (定格電流は変化せず、最大トルクは変化しません)。
結論：インバータの出力周波数が50Hz以上から高くなると、モータの出力トルクが低下します。
6.その他出力トルクに関する要素
発熱量と放熱量はインバータの出力電流容量を決定し、インバータの出力トルク容量に影響を与えます。
1. キャリア周波数：インバータに記載されている定格電流は、一般に最高のキャリア周波数および最高の周囲温度で連続出力を保証できる値です。キャリア周波数を下げても、モーターの電流には影響しません。ただし、コンポーネントの発熱は減少します。
2. 周囲温度：インバータと同様に、周囲温度が比較的低いと検出された場合には保護電流値は増加しません。
3. 高度: 高度の増加は、放熱と断熱性能に影響を与えます。一般に、1000 メートル以下では無視でき、1000 メートル以上になると容量は 5% ずつ減少します。
7.モーターを制御するための周波数変換器の適切な周波数はどれくらいですか?
上記のまとめで、なぜインバータがモータの制御に使用されるのかを学び、インバータがどのようにモータを制御するのかも理解しました。インバータはモータを制御します。これは次のように要約できます。
まず、インバーターはモーターの始動電圧と周波数を制御して、スムーズな始動とスムーズな停止を実現します。
第二に、インバータはモーターの速度を調整するために使用され、モーターの速度は周波数を変更することで調整されます。
安徽明騰の永久磁石モーター製品はインバーターで制御されます。 25%～120%の負荷範囲において、同仕様の非同期モータに比べ高効率で動作範囲が広く、大幅な省エネ効果があります。
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投稿日時: 2024 年 9 月 9 日