Los métodos de regulación de velocidad de motores asíncronos actualmente populares se pueden dividir en dos tipos: regulación de velocidad de frecuencia variable y regulación de velocidad de voltaje variable. Entre ellos, los motores asíncronos se utilizan ampliamente en la regulación de velocidad de conversión de frecuencia y sus métodos de regulación de velocidad se pueden dividir en dos tipos: regulación de velocidad de conversión de frecuencia y control vectorial. El primero tiene un método de control relativamente simple y tiene más de 20 años de experiencia en desarrollo. Por eso es muy utilizado. La mayoría de los convertidores de frecuencia que se venden actualmente en el mercado adoptan este método de control.
Palabras clave: sistema de control de velocidad AC, motor asíncrono, tecnología PWM...
Contenido
Resumen 1
Prólogo 3
1.1 Propósito e importancia del diseño 3
1.2 Principio de ahorro de energía del funcionamiento de regulación de velocidad del convertidor de frecuencia 3
Capítulo 2 Convertidor de frecuencia 4
2.1 Selección del convertidor de frecuencia: 4
2.2 Diseño esquemático de control del convertidor de frecuencia: 4
2.3 Diseño del gabinete de control del convertidor de frecuencia 6
2.4 Especificaciones de cableado del inversor 7
2.5 Operación del convertidor de frecuencia y configuración de parámetros relacionados 8
2.6 Análisis de fallas comunes 8
Capítulo 3 Descripción general del sistema de control de velocidad de CA 10
3.1 Características del sistema de control de velocidad de CA 10
Capítulo 4 Características del motor de frecuencia variable 14
4.1 Diseño electromagnético 14
4.2 Diseño estructural 14
Capítulo 5 Características principales de los motores de frecuencia variable y sus principios de construcción 15
5.1 Los motores de frecuencia variable especiales tienen las siguientes características: 15.
5.2 Principios estructurales de los motores de frecuencia variable 15
Capítulo 6 Motores asíncronos de CA 16
6.1 Principios básicos de la regulación de velocidad de frecuencia variable de motores asíncronos de CA 16
6.2 Características mecánicas del motor con velocidad regulada 18
6.3 Análisis de las características mecánicas durante el funcionamiento con voltaje y frecuencia variables 19
Capítulo 7 Principios de la tecnología PWM 24
7.1 Modulación de ancho de pulso de onda sinusoidal 25
7.2 Método SPWM unipolar................. .... ................................................. ........... .................26
Conclusión 31
Gracias 32
Referencia 33
Prefacio
1.1 El propósito y la importancia del diseño
En los últimos años, con el desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia y la informática. El rápido desarrollo de la tecnología y la tecnología de control automático, la tecnología de control y transmisión de CA se ha convertido en una de las tecnologías de más rápido crecimiento. La tecnología de transmisión eléctrica se enfrenta a una revolución histórica, es decir, la regulación de velocidad de CA reemplaza la regulación de velocidad de CC y la tecnología de control numérico por computadora reemplaza. La tecnología de control analógico se ha convertido en una tendencia de desarrollo. La tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia de CA del motor es el principal medio para ahorrar energía eléctrica, mejorar el flujo del proceso, mejorar la calidad del producto, mejorar el medio ambiente y promover el progreso tecnológico. La regulación de velocidad de frecuencia variable se considera el método de regulación de velocidad más prometedor en el país y en el extranjero debido a su excelente regulación de velocidad y rendimiento de frenado, alta eficiencia, alto factor de potencia, efecto de ahorro de energía, amplio rango de aplicación y muchas otras ventajas. Es de gran importancia positiva tener un conocimiento profundo de las tendencias de desarrollo de la tecnología de control y transmisión de CA.
1.2 Principio de ahorro de energía del funcionamiento de regulación de velocidad del convertidor de frecuencia
El dispositivo que realiza la regulación de velocidad de conversión de frecuencia se denomina convertidor de frecuencia. Los inversores generalmente constan de rectificadores, filtros, circuitos de accionamiento, circuitos de protección y controladores (MCU/DSP). Primero, la fuente de alimentación de CA monofásica o trifásica se filtra mediante un rectificador y un condensador, y se agrega al inversor un voltaje de CC con una amplitud básicamente fija. Utilizando el control de conmutación de los componentes de potencia del inversor, se obtiene una forma de onda de pulso rectangular con una forma determinada en el extremo de salida del inversor. Aquí, la amplitud del voltaje se controla cambiando el ancho del pulso rectangular; la frecuencia de salida se controla cambiando el período de modulación. El voltaje y la frecuencia de salida se pueden controlar simultáneamente en el inversor, lo que cumple con los requisitos del control coordinado U/F. Para regulación de velocidad de conversión de frecuencia.
La ventaja de PWM es que puede eliminar o suprimir armónicos de bajo orden, lo que permite que el motor de carga funcione con un voltaje de CA cercano a una onda sinusoidal, con una pequeña ondulación del par y un amplio rango de velocidades.
La velocidad del motor en el modo de control PWM está limitada por la velocidad límite superior. Por ejemplo, los compresores generalmente no superan los 7000 r/lluvia. La velocidad del compresor controlada por PAM se puede aumentar aproximadamente 1,5 veces, lo que mejora en gran medida la capacidad de crecimiento y desaceleración rápidos. Al mismo tiempo, PAM puede dar forma a la forma de onda actual al ajustar el voltaje, por lo que puede lograr una mayor eficiencia que PWM. Además, también tiene ventajas incomparables en materia de antiinterferencias, que pueden suprimir la generación de armónicos de alto orden y reducir la contaminación de la red eléctrica. Después de adoptar este método de control de tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable, la corriente del estator del motor se redujo en un 64 %, la frecuencia de potencia se redujo en un 30 % y la presión de descarga de pegamento se redujo en un 57 %. Según la teoría del motor, la velocidad de un motor asíncrono se puede expresar como: n=60? f 8(1—8)/p
Capítulo 2 Convertidor de frecuencia
El convertidor de frecuencia es un sistema de control de potencia que utiliza la función de conmutación de dispositivos semiconductores de potencia para convertir la potencia de frecuencia industrial en otra. dispositivo. Los convertidores de frecuencia que utilizamos ahora adoptan principalmente el modo AC-DC-AC (conversión de frecuencia VVVF o conversión de frecuencia de control vectorial). Primero, la energía de CA de frecuencia industrial se convierte en energía de CC a través de un rectificador, y luego la energía de CC se convierte en energía de CA con frecuencia y voltaje controlables para suministrar al motor. El circuito del convertidor de frecuencia generalmente consta de cuatro partes: rectificador, enlace de CC intermedio, inversor y control. La parte rectificadora es un puente rectificador no controlado trifásico, la parte inversora es un puente inversor trifásico IGBT y la salida es una forma de onda PWM. El enlace de CC del medio filtra, almacena energía de CC y amortigua la potencia reactiva.
2.1 Selección del convertidor de frecuencia:
Al seleccionar un convertidor de frecuencia, se deben determinar los siguientes puntos:
1) Utilice control de voltaje constante o constante; control de corriente, etc.
2) El tipo de carga del convertidor de frecuencia; como una bomba de paletas o una bomba de desplazamiento positivo, se debe prestar especial atención a la curva de rendimiento de la carga, que determina el método de aplicación.
3) Problema de coincidencia entre el inversor y la carga;
1. Coincidencia de voltaje; el voltaje nominal del inversor es consistente con el voltaje nominal de la carga.
Dos. Coincidencia de corriente; para bombas centrífugas ordinarias, la corriente nominal del convertidor de frecuencia es consistente con la corriente nominal del motor. Para cargas especiales, como bombas de pozos de aguas profundas, es necesario consultar los parámetros de rendimiento del motor para determinar la corriente del inversor y la capacidad de sobrecarga en función de la corriente máxima.
Tres. Igualación de par; esto puede ocurrir con cargas de par constante o engranajes reductores.
4) Cuando se utiliza un convertidor de frecuencia para accionar un motor de alta velocidad, debido a la pequeña reactancia del motor de alta velocidad, aumentan los armónicos más altos y aumenta la corriente de salida. Por lo tanto, el convertidor de frecuencia seleccionado para motores de alta velocidad tiene una capacidad ligeramente mayor que la de los motores normales.
5) Si el inversor funciona con un cable largo, se deben tomar medidas para suprimir el impacto del cable largo en la capacitancia de acoplamiento para evitar una salida insuficiente del inversor, por lo tanto, en este caso, la capacidad. del inversor se debe ampliar un paso o instalar un reactor de salida en el extremo de salida del inversor.
6) Para algunas aplicaciones especiales, como altas temperaturas y grandes altitudes, la capacidad del convertidor de frecuencia se reducirá y la capacidad del convertidor de frecuencia deberá aumentarse en un nivel.
2.2 Diseño esquemático de control del inversor:
1) Primero confirme el entorno de instalación del inversor;
1. Los inversores son componentes electrónicos de alta potencia que se ven fácilmente afectados por la temperatura de funcionamiento. Generalmente, se requiere que los productos estén entre 0 y 55 ℃, pero para garantizar un funcionamiento seguro y confiable, debe haber margen de consideración durante el uso y es mejor controlarlo por debajo de 40 ℃. En la caja de control, el convertidor de frecuencia generalmente debe instalarse en la parte superior de la caja y se deben seguir estrictamente los requisitos de instalación del manual del producto. Está absolutamente prohibido instalar componentes de calefacción o componentes propensos a calentarse cerca de la parte inferior del inversor.
Dos. temperatura ambiente. Cuando la temperatura es demasiado alta y cambia mucho, es probable que se produzca condensación dentro del inversor, lo que reduce en gran medida su rendimiento de aislamiento e incluso puede provocar un accidente por cortocircuito. Si es necesario, se debe agregar desecante y calentador a la caja. En las cámaras de tratamiento de agua, el vapor de agua es generalmente más pesado y este problema será más prominente si la temperatura cambia significativamente.
Tres. Gases corrosivos.
Si la concentración de gases corrosivos en el entorno de uso es alta, no solo corroerá los cables de los componentes, las placas de circuito impreso, etc. , también acelerará el envejecimiento de los componentes plásticos y reducirá el rendimiento del aislamiento.
Cuatro. Vibraciones y golpes. Cuando el gabinete de control que contiene el convertidor de frecuencia se somete a vibraciones e impactos mecánicos, se producirá un contacto eléctrico deficiente. Huaian Thermal Power tiene ese problema. En este momento, además de mejorar la resistencia mecánica del gabinete de control y mantenerlo alejado de fuentes de vibración e impacto, también se deben utilizar almohadillas de goma antisísmicas para fijar componentes como interruptores electromagnéticos que generan vibraciones fuera y dentro del control. gabinete. Después de que el equipo haya estado funcionando durante un período de tiempo, se debe inspeccionar y mantener.
Interferencias electromagnéticas. Debido a la rectificación y conversión de frecuencia durante el funcionamiento del convertidor de frecuencia, se genera una gran cantidad de ondas electromagnéticas perturbadoras a su alrededor. Estas ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen cierta interferencia con los instrumentos y medidores cercanos. Por lo tanto, los instrumentos y sistemas electrónicos del gabinete deben utilizar carcasas metálicas para proteger la interferencia del convertidor de frecuencia en los instrumentos. Todos los componentes deben estar conectados a tierra de manera confiable. Además, se deben utilizar cables de control blindados para el cableado entre componentes eléctricos e instrumentos, y la capa de blindaje debe estar conectada a tierra. Si las interferencias electromagnéticas no se manejan bien, a menudo hará que todo el sistema no pueda funcionar, provocando que la unidad de control falle o se dañe.
2) La distancia entre el inversor y el motor determina el cable y los métodos de cableado;
I. Esto reduce la capacitancia del cable a tierra y reduce la fuente de interferencia.
Dos. Los cables de control deben utilizar cables blindados y los cables blindados para los cables de alimentación o todos los cables desde el convertidor de frecuencia al motor deben estar blindados a través de conductos.
Tres. Los cables del motor deben tenderse independientemente de otros cables con una distancia mínima de 500 mm. Al mismo tiempo, se debe evitar el cableado paralelo de larga distancia de cables de motor y otros cables para reducir la interferencia electromagnética causada por cambios rápidos en el voltaje de salida del inversor. Si los cables de control y los cables de alimentación se cruzan, deben cruzarse a 90 grados tanto como sea posible. Los cables de señales analógicas relacionados con el convertidor de frecuencia están tendidos por separado del circuito principal, incluso en el armario de control.
Cuatro. Lo mejor es utilizar pares trenzados blindados para las líneas de señal analógica relacionadas con el inversor, y para los cables de alimentación, es mejor utilizar cables blindados de tres núcleos (las especificaciones son más grandes que los cables de motor normales) o seguir el manual del usuario del inversor. .
3) Diagrama del principio de control del convertidor de frecuencia;
1. Circuito principal: La función del reactor es evitar que los armónicos de alto orden generados por el convertidor de frecuencia regresen a la potencia. red a través del circuito de entrada de la fuente de alimentación, afectando así a otros equipos alimentados. Es necesario decidir si se agrega un reactor de acuerdo con la capacidad del convertidor de frecuencia; el filtro se instala en el extremo de salida del convertidor de frecuencia para reducir los armónicos de alto orden emitidos por el convertidor de frecuencia. Cuando el convertidor de frecuencia está lejos del motor, se debe instalar un filtro. Aunque el propio convertidor de frecuencia tiene varias funciones de protección, la protección contra pérdida de fase no es perfecta. El disyuntor desempeña una función protectora en el circuito principal contra sobrecarga y pérdida de fase, y puede seleccionarse según la capacidad del inversor. El relé térmico puede sustituirse por la protección contra sobrecarga del propio convertidor de frecuencia.
Dos. Lazo de control: Tiene conversión de frecuencia de potencia de conmutación manual para cambiar manualmente la frecuencia de potencia cuando falla la conversión de frecuencia. Debido a que no se puede aplicar voltaje al extremo de salida, la frecuencia de potencia fija y la conversión de frecuencia deben estar entrelazadas.
4) Puesta a tierra del convertidor de frecuencia;
La correcta conexión a tierra del convertidor de frecuencia es un medio importante para mejorar la estabilidad del sistema y suprimir el ruido. Cuanto menor sea la resistencia a tierra del terminal de tierra del inversor, mejor. La sección transversal del conductor de conexión a tierra no debe ser inferior a 4 mm y la longitud no debe ser superior a 5 metros. La conexión a tierra del convertidor de frecuencia debe estar separada del punto de conexión a tierra del equipo de suministro de energía, no * * *. Un extremo de la capa protectora de la línea de señal se conecta al terminal de tierra del convertidor de frecuencia y el otro extremo se deja flotando. El convertidor de frecuencia está conectado eléctricamente al armario de control.
2.3 Diseño del gabinete de control del convertidor de frecuencia
El convertidor de frecuencia debe instalarse en el gabinete de control y se debe prestar atención a las siguientes cuestiones al diseñar el gabinete de control
1) Disipación de calor: Convertidor de frecuencia El calentamiento es causado por pérdidas internas. Entre las pérdidas en cada parte del convertidor de frecuencia, el circuito principal representa aproximadamente el 98% y el circuito de control aproximadamente el 2%. Para garantizar el funcionamiento normal y fiable del convertidor de frecuencia, éste debe estar refrigerado. Normalmente utilizamos ventiladores para refrescarnos. El ventilador incorporado del convertidor de frecuencia puede eliminar el calor dentro de la caja del convertidor de frecuencia. Si el ventilador no funciona correctamente, se debe detener el convertidor de frecuencia inmediatamente. Los convertidores de frecuencia de alta potencia también necesitan agregar un ventilador al gabinete de control, y el conducto de aire del gabinete de control debe tener un diseño razonable. Todas las entradas de aire deben tener rejillas contra el polvo y el escape debe ser suave para evitar la formación de corrientes parásitas en el gabinete y la acumulación de polvo en ubicaciones fijas.
Seleccione un ventilador adecuado según el volumen de ventilación en el manual del inversor y preste atención a los problemas a prueba de golpes al instalar el ventilador.
2) Interferencia electromagnética:
1. Debido a la rectificación y conversión de frecuencia durante el funcionamiento del inversor, se genera una gran cantidad de ondas electromagnéticas interferenciales a su alrededor. Estas ondas electromagnéticas de alta frecuencia causarán ciertas interferencias a los instrumentos y medidores cercanos, y también producirán armónicos de alto orden, que ingresarán a toda la red de suministro de energía a través del bucle de suministro de energía, afectando así a otros instrumentos y medidores. Si la potencia del inversor representa más del 25% de todo el sistema, se deben considerar medidas antiinterferencias para el suministro de energía de control.
Dos. Cuando hay cargas de impacto de alta frecuencia, como máquinas de soldar y fuentes de alimentación de galvanoplastia, en el sistema, el propio inversor estará protegido contra interferencias, por lo que se debe considerar la calidad de la energía de todo el sistema.
3) Es necesario tener en cuenta los siguientes puntos por cuestiones de protección:
1 Impermeabilización y anticondensación: Cuando el inversor se coloca en el sitio, se debe tener en cuenta que debe haber. No debe haber bridas de tubería ni bridas de tubería encima del gabinete del inversor. Para otros puntos de fuga, no debe haber salpicaduras de agua cerca del inversor. En resumen, el nivel de protección del armario en obra debe ser superior a IP43.
Dos. A prueba de polvo: Todas las entradas de aire deben estar equipadas con redes a prueba de polvo para bloquear la entrada de impurezas floculantes. Las redes a prueba de polvo deben estar diseñadas para ser removibles para facilitar la limpieza y el mantenimiento. La rejilla de la red a prueba de polvo se determina de acuerdo con las condiciones específicas del sitio, y la conexión entre la red a prueba de polvo y el gabinete de control debe manejarse estrictamente.
Tres. Gas anticorrosión: Esta situación es relativamente común en la industria química. En este momento, el gabinete de conversión de frecuencia se puede colocar en la sala de control.
2.4 Especificaciones del cableado del inversor
Las líneas de señal y las líneas de alimentación deben enrutarse por separado: Cuando se utilizan señales analógicas para controlar remotamente el inversor, para reducir la interferencia de señales analógicas de equipos como Como inversores, separe las líneas de señal que controlan el inversor del circuito de corriente fuerte (circuito principal y circuito de control de secuencia). La distancia debe ser superior a 30 cm. Esta práctica de cableado debe mantenerse incluso en los gabinetes de control. El bucle de control más largo entre la señal y el convertidor de frecuencia no deberá exceder los 50 m.
Los cables de señal y los cables de alimentación deben colocarse en tubos o mangueras metálicas diferentes: si los cables de señal que conectan el PLC y el inversor no se colocan en tubos metálicos, el inversor y los elementos externos pueden dañarlos fácilmente. interferencias; al mismo tiempo, dado que el inversor no tiene un reactor incorporado, las líneas eléctricas de la etapa de entrada y de salida del inversor causarán fuertes interferencias al mundo exterior. Por lo tanto, el tubo metálico o la manguera metálica donde se coloca la línea de señal debe extenderse hasta el extremo de control del convertidor de frecuencia para garantizar que la línea de señal y la línea de alimentación estén completamente separadas.
1) La línea de señal de control analógico debe utilizar un cable blindado de doble hebra con una especificación de cable de 0,75 mm2. Al realizar el cableado, asegúrese de mantener el pelado del cable lo más corto posible (aproximadamente 5-7 mm). y al mismo tiempo, la capa protectora después de pelarla envuélvala con cinta aislante para evitar que el cable blindado entre en contacto con otros dispositivos y cause interferencias.
2) Para mejorar la simplicidad y confiabilidad del cableado, se recomienda utilizar terminales de varilla de engarce en las líneas de señal.
2.5 Funcionamiento del convertidor de frecuencia y configuración de parámetros relacionados
Hay muchos parámetros de configuración para el convertidor de frecuencia y cada parámetro tiene un cierto rango de selección. Durante el uso, a menudo nos encontramos con situaciones en las que el inversor no puede funcionar correctamente debido a una configuración incorrecta de parámetros individuales.
Método de control: control de velocidad, control de par, control PID u otros métodos. Después de adoptar el método de control, generalmente se requiere una identificación estática o dinámica según la precisión del control.
Frecuencia mínima de funcionamiento: la velocidad más baja del motor. Cuando el motor funciona a baja velocidad, el rendimiento de disipación de calor es muy pobre. Si el motor funciona a baja velocidad durante mucho tiempo, provocará que se queme. Y a bajas velocidades, la corriente en el cable también aumentará, lo que también provocará que el cable se caliente.
Frecuencia máxima de funcionamiento: Generalmente, la frecuencia máxima del convertidor de frecuencia alcanza los 60Hz, y algunos incluso llegan a los 400Hz. La alta frecuencia hace que el motor funcione a alta velocidad. En los motores normales, sus cojinetes no pueden funcionar a una velocidad fija durante mucho tiempo. ¿Puede el rotor del motor soportar tal fuerza centrífuga?
Frecuencia portadora: Cuanto mayor sea el ajuste de la frecuencia portadora, mayor será el componente armónico, que está estrechamente relacionado con la longitud del cable, el calentamiento del motor, el calentamiento del cable y el calentamiento del inversor.
Parámetros del motor: El inversor establece la potencia, corriente, voltaje, velocidad y frecuencia máxima del motor en los parámetros, que se pueden obtener directamente de la placa del motor.
Salto de frecuencia: en un cierto punto de frecuencia, * * puede ocurrir vibración, especialmente cuando todo el equipo es relativamente alto al controlar el compresor, se debe evitar el punto de sobretensión del compresor.
2.6 Análisis de fallas comunes
1) Falla de sobrecorriente: Las fallas de sobrecorriente se dividen en aceleración, desaceleración y sobrecorriente de velocidad constante. Puede deberse a que el tiempo de aceleración y desaceleración del inversor es demasiado corto, mutación de carga, distribución desigual de la carga, cortocircuito de salida, etc. En este momento, el tiempo de aceleración y desaceleración generalmente se puede extender, se puede reducir la mutación de carga, se pueden agregar componentes de frenado que consumen energía, se puede realizar el diseño de distribución de carga y se puede verificar el circuito. Si el inversor de carga está desconectado o tiene una falla de sobrecorriente, significa que el circuito del inversor se ha formado un bucle y es necesario reemplazar el inversor.
2) Fallo de sobrecarga: El fallo de sobrecarga incluye sobrecarga de conversión de frecuencia y sobrecarga del motor. Puede deberse a que el tiempo de aceleración es demasiado corto, la tensión de la red es demasiado baja y la carga es demasiado pesada. Generalmente, puede extender el tiempo de aceleración, extender el tiempo de frenado y verificar el voltaje de la red. La carga es demasiado pesada, el motor seleccionado y el convertidor de frecuencia no pueden arrastrar la carga o puede deberse a una mala lubricación mecánica. Si es el primero, se debe reemplazar el motor de alta potencia y el convertidor de frecuencia; en el segundo caso, se debe reacondicionar la máquina de producción.
3) Subtensión: Significa que hay un problema con la parte de entrada de energía del inversor y solo se puede ejecutar después de verificarlo.
Capítulo 3 Descripción general del sistema de control de velocidad de CA
3.1 Características del sistema de control de velocidad de CA
Para los sistemas de transmisión eléctrica con regulación de velocidad, la ingeniería es A menudo se divide en sistemas de control de velocidad de CC y sistema de control de velocidad de CA. Esto se divide principalmente en función del tipo de motores que se utilizan actualmente para convertir energía eléctrica y mecánica. El llamado sistema de control de velocidad de CA utiliza un motor de CA como dispositivo de conversión de energía eléctrica y energía mecánica para controlarlo y generar la velocidad requerida.
A lo largo del desarrollo de la transmisión eléctrica, los sistemas de control de velocidad AC y DC siempre han convivido en diversos campos industriales. Aunque su estatus es diferente debido al desarrollo de la ciencia y la tecnología en diferentes períodos, siempre compiten entre sí con el desarrollo de la tecnología industrial, especialmente con el desarrollo de dispositivos electrónicos de potencia. Durante mucho tiempo en el pasado, debido al excelente rendimiento de regulación de velocidad de los motores de CC, los sistemas de regulación de velocidad de CC casi siempre se han utilizado en el campo de la tecnología de transmisión eléctrica con regulación de velocidad reversible, alta precisión y amplio rango de regulación de velocidad. Sin embargo, debido al talón de Aquiles del conmutador mecánico de los motores de CC, los motores de CC tienen altos costos de fabricación, son costosos, problemáticos de mantener y tienen entornos de uso limitados. Su propia estructura también limita el límite superior de velocidad y potencia de un solo motor, lo que trae una serie de restricciones a la aplicación del accionamiento de CC. En comparación con los motores de CC, los motores de CA, especialmente los motores asíncronos de jaula de ardilla, tienen una estructura simple, bajo costo de fabricación, durabilidad, operación confiable, mantenimiento conveniente, pequeña inercia, buena respuesta dinámica y son fáciles de desarrollar hacia alto voltaje, alta velocidad. y gran potencia. Por lo tanto, en las últimas décadas, muchos países se han dedicado a la investigación de sistemas de regulación de velocidad de CA, utilizando motores de CA sin conmutador en lugar de motores de CC para lograr la regulación de velocidad y superar sus limitaciones.
Con el rápido desarrollo de los dispositivos electrónicos de potencia, los circuitos integrados a gran escala y la tecnología de control por computadora, así como la penetración de la teoría de control moderna en el campo de la transmisión eléctrica de CA, se han creado aún más condiciones favorables para el desarrollo y la investigación de sistemas de control de velocidad de CA. Por ejemplo, la regulación de velocidad en cascada de los motores de CA, varios tipos de regulación de velocidad de frecuencia variable, especialmente la aplicación de tecnología de control vectorial, permiten gradualmente que el sistema de regulación de velocidad de CA tenga un amplio rango de regulación de velocidad, estabilidad y precisión de alta velocidad, dinámica rápida. Respuesta y funcionamiento reversible de cuatro cuadrantes y otro buen rendimiento técnico. En la actualidad, desde servosistemas de varios cientos de vatios hasta sistemas de transmisión de alta velocidad de potencia ultraalta de cientos de kilovatios, desde transmisiones de regulación de velocidad de pequeño rango con requisitos generales hasta velocidades de amplio rango, respuesta rápida y alta precisión. -Transmisiones reguladoras, desde la transmisión de una sola máquina hasta el funcionamiento coordinado de varias máquinas, casi todas pueden utilizar transmisión de velocidad de CA. La tendencia objetiva de desarrollo de la transmisión de velocidad variable de CA muestra que puede competir plenamente con la transmisión de CC y tiene tendencia a reemplazarla.
3.2 Esquemas de control de velocidad de CA comúnmente utilizados y su comparación de rendimiento
Según la mecánica de motores, la fórmula de velocidad de un motor asíncrono de CA es la siguiente:
n = 60?1( 1-s)pn(1-1)
En la fórmula, Pn——el número de polos magnéticos del devanado del estator del motor;
f 1- la frecuencia de la fuente de alimentación del voltaje del estator del motor;
S ——El deslizamiento del motor.
Se puede ver en la fórmula (1-1) que existen tres opciones para la regulación de velocidad del motor asíncrono de CA.
(1) Cambiar el número de polos del motor.
A partir de la velocidad síncrona del motor asíncrono
No = 60 1 pn
Se puede observar que cuando la frecuencia de alimentación f1 permanece sin cambios, por cambiar el estator Cambiar el número de pares de polos magnéticos Pn mediante el método de cableado del devanado puede cambiar la velocidad síncrona n0 del motor asíncrono, logrando así el propósito de regular la velocidad. Este método de control es relativamente simple. Solo requiere que el devanado del estator del motor tenga múltiples derivaciones y luego se cambia el número de polos magnéticos del motor encendiendo y apagando los contactos. Con este método de control, el cambio de velocidad del motor es paso a paso, no continuo. Generalmente, solo hay tres marchas como máximo. Es adecuado para ocasiones en las que el grado de automatización no es alto y solo es posible la regulación de velocidad por pasos. .
(2) Regulación de velocidad de conversión de frecuencia
Se puede ver en la fórmula (1-1) que cuando el número de polos Pn del motor asíncrono es fijo y la tasa de deslizamiento s - es fijo, cambiando el estator La frecuencia de suministro de energía del devanado f1 puede lograr el propósito de regular la velocidad. La velocidad del motor N es básicamente proporcional a la frecuencia de suministro de energía f1. Por lo tanto, ajustar suavemente la frecuencia de la fuente de alimentación puede ser fluido y continuo. La regulación de la velocidad de conversión de frecuencia tiene las características de amplio rango y velocidad dura y baja. La frecuencia fundamental por debajo de f=50 Hz pertenece al modo de regulación de velocidad de par constante, y la frecuencia fundamental anterior pertenece al modo de regulación de velocidad de potencia constante, que es muy similar a la regulación de velocidad de debilitamiento del campo reductor del motor de CC. Además, el uso del arranque de frecuencia variable puede mejorar significativamente el rendimiento de arranque del motor de CA, reducir en gran medida la corriente de arranque del motor y aumentar el par de arranque. Por lo tanto, la regulación de velocidad de frecuencia variable es una solución de regulación de velocidad ideal para motores de CA.
(3) Ajuste de velocidad de deslizamiento variable
Hay muchas formas de cambiar la velocidad de deslizamiento. Las soluciones comunes incluyen: ajuste de voltaje del estator del motor asíncrono, ajuste de velocidad del embrague de deslizamiento electromagnético, bobinado asíncrono. Regulación de velocidad de resistencia en serie del circuito del rotor del motor, regulación de velocidad en cascada, etc.
El sistema de regulación de voltaje y velocidad del estator conecta tiristores como controladores de voltaje de CA entre la fuente de alimentación de CA constante y el motor de CA. Este sistema de regulación de voltaje y velocidad solo es adecuado para algunas cargas de regulación de velocidad profundas y de corta duración, repetidas y de corta duración. Para obtener una buena precisión de regulación de velocidad y un funcionamiento estable, generalmente se utiliza el método de control de retroalimentación negativa de velocidad. El motor utilizado puede ser un motor asíncrono bobinado o un motor asíncrono de jaula de ardilla con alto deslizamiento.
El sistema de control de velocidad del separador deslizante electromagnético consta de un motor asíncrono de jaula de ardilla, un embrague deslizante electromagnético y un dispositivo de control. El motor de jaula de ardilla sirve como motor principal, impulsando la armadura del embrague electromagnético para que gire a una velocidad constante y ajustando la velocidad de sus polos magnéticos controlando la corriente de excitación del embrague electromagnético. Estos sistemas generalmente también utilizan un control de velocidad en bucle cerrado.
La regulación de velocidad de resistencia en serie del circuito del rotor de un motor asíncrono bobinado consiste en ajustar la velocidad cambiando la resistencia en serie del circuito del rotor. Este método de ajuste de velocidad es simple, pero el ajuste de velocidad es paso a paso. Después de agregar una resistencia adicional grande en serie, las características mecánicas del motor son muy suaves, la pérdida de operación a baja velocidad es grande y la estabilidad es pobre.
El sistema de regulación de velocidad en cascada del motor asíncrono bobinado introduce el potencial inverso Ef con la misma frecuencia que el potencial del rotor en el circuito del rotor del motor. Siempre que se cambie el potencial inverso adicional Ef con la misma frecuencia que el voltaje del rotor del motor, el motor asíncrono bobinado se puede ajustar suavemente. Cuanto mayor es Ef, menor es la velocidad del motor.
* * *La misma característica de la regulación de velocidad anterior es que la velocidad síncrona n0 del motor no cambia durante el proceso de regulación de velocidad, por lo que a baja velocidad, el deslizamiento S es mayor.
En un motor asíncrono de CA, la potencia electromagnética PM transmitida desde el estator al rotor se puede dividir en dos partes: una parte P2 = (1-s) PM es la potencia efectiva de la carga de arrastre, y la otra parte es la potencia de deslizamiento PS=sPM, que es proporcional a la tasa de deslizamiento S, y su destino es un símbolo de la eficiencia del sistema de control de velocidad. En términos de la dirección de la potencia de deslizamiento, los sistemas de control de velocidad de motores asíncronos de CA se pueden dividir en tres tipos:
1) Tipo de consumo de energía de deslizamiento
El sistema de control de velocidad de este tipo de sistema de control de velocidad Se consume toda la potencia diferencial. El aumento en el consumo de potencia de deslizamiento da como resultado una disminución en la velocidad de rotación. La relación de deslizamiento S aumenta y la potencia de deslizamiento PS = sPM aumenta en el circuito del rotor. calor, lo que reduce la eficiencia del sistema. La regulación de voltaje del estator y la regulación de velocidad del motor asíncrono bobinado, la regulación de velocidad del embrague deslizante electromagnético y la regulación de velocidad de resistencia de la cadena del rotor pertenecen a esta categoría.
Este sistema de regulación de velocidad tiene los problemas de un amplio rango de regulación de velocidad, gran potencia de deslizamiento PS y baja eficiencia del sistema, y no es digno de promoción.
2) Tipo de retroalimentación de potencia de deslizamiento
La mayor parte de la potencia de deslizamiento de este sistema de control de velocidad se devuelve a la red eléctrica o se utiliza a través del dispositivo convertidor. Cuanto menor es la velocidad, más energía se devuelve, pero el dispositivo añadido también consume más energía. La regulación de velocidad en cascada del rotor del motor asíncrono bobinado pertenece a esta categoría. Devuelve la potencia de deslizamiento a la red de CA a través del rectificador y el inversor, pero no consume energía en forma de calor. Incluso a bajas velocidades, la eficiencia del sistema de control de velocidad en cascada es muy alta.
3) El deslizamiento permanece sin cambios
En este sistema de control de velocidad, la potencia de deslizamiento todavía se consume en el rotor, pero la potencia de deslizamiento básicamente no cambia y no tiene nada que ver con la velocidad. A esta categoría pertenecen la regulación de velocidad logarítmica con cambio de polos y la regulación de velocidad de frecuencia variable. Debido a que la velocidad síncrona n0 cambia durante la regulación de velocidad y el deslizamiento S es constante, la eficiencia del sistema no se reducirá debido a la regulación de velocidad. Entre los dos esquemas de control de velocidad para cambiar n0, el control de velocidad logarítmico de polo variable es un control de velocidad polar con un número limitado de polos, por lo que el control de velocidad de frecuencia variable es actualmente el esquema de control de velocidad de CA más ideal y prometedor.
Capítulo 4 Características de los motores de frecuencia variable
4.1 Diseño electromagnético
Para motores asíncronos ordinarios, los principales parámetros de rendimiento a considerar al rediseñar son la capacidad de sobrecarga, el arranque Rendimiento, eficiencia y factor de potencia. El motor de frecuencia variable se puede arrancar directamente cuando el deslizamiento crítico es cercano a 1, porque el deslizamiento crítico es inversamente proporcional a la frecuencia de potencia. Por lo tanto, no es necesario considerar demasiado la capacidad de sobrecarga y el rendimiento de arranque, pero la cuestión clave a resolver es cómo mejorar la adaptabilidad del motor a fuentes de alimentación no sinusoidales. El método generalmente es el siguiente: