Le convertisseur de fréquence est une technologie qu'il convient de maîtriser lors de travaux électriques. L'utilisation d'un convertisseur de fréquence pour contrôler le moteur est une méthode courante en contrôle électrique ; certains exigent également la maîtrise de leur utilisation.
1. Tout d’abord, pourquoi utiliser un convertisseur de fréquence pour contrôler un moteur ?
Le moteur est une charge inductive, qui entrave le changement de courant et produira un changement important de courant au démarrage.
L'onduleur est un dispositif de contrôle de l'énergie électrique qui utilise la fonction marche-arrêt des dispositifs à semi-conducteurs de puissance pour convertir l'alimentation à fréquence industrielle en une autre fréquence. Il est principalement composé de deux circuits, l'un est le circuit principal (module redresseur, condensateur électrolytique et module onduleur) et l'autre est le circuit de commande (carte d'alimentation à découpage, carte de circuit de commande).
Afin de réduire le courant de démarrage du moteur, en particulier du moteur de puissance plus élevée, plus la puissance est élevée, plus le courant de démarrage est élevé. Un courant de démarrage excessif imposera une charge plus lourde au réseau d'alimentation et de distribution d'énergie. Le convertisseur de fréquence peut résoudre ce problème de démarrage et permettre au moteur de démarrer en douceur sans provoquer de courant de démarrage excessif.
Une autre fonction de l'utilisation d'un convertisseur de fréquence est d'ajuster la vitesse du moteur. Dans de nombreux cas, il est nécessaire de contrôler la vitesse du moteur pour obtenir une meilleure efficacité de production, et la régulation de la vitesse du convertisseur de fréquence a toujours été son point fort. Le convertisseur de fréquence contrôle la vitesse du moteur en modifiant la fréquence de l'alimentation.
2. Quelles sont les méthodes de contrôle de l’onduleur ?
Les cinq méthodes les plus couramment utilisées pour les moteurs de commande à onduleur sont les suivantes :
A. Méthode de contrôle par modulation de largeur d'impulsion sinusoïdale (SPWM)
Ses caractéristiques sont une structure de circuit de commande simple, un faible coût, une bonne dureté mécanique et peuvent répondre aux exigences de régulation de vitesse en douceur de la transmission générale. Il a été largement utilisé dans divers domaines de l’industrie.
Cependant, aux basses fréquences, en raison de la faible tension de sortie, le couple est considérablement affecté par la chute de tension de la résistance statorique, ce qui réduit le couple de sortie maximal.
De plus, ses caractéristiques mécaniques ne sont pas aussi fortes que celles des moteurs à courant continu, et sa capacité de couple dynamique et ses performances de régulation statique de la vitesse ne sont pas satisfaisantes. De plus, les performances du système ne sont pas élevées, la courbe de contrôle change avec la charge, la réponse du couple est lente, le taux d'utilisation du couple moteur n'est pas élevé et les performances diminuent à basse vitesse en raison de l'existence d'une résistance statorique et de la mort de l'onduleur. effet de zone et la stabilité se détériore. Par conséquent, les gens ont étudié la régulation de vitesse à fréquence variable à contrôle vectoriel.
B. Méthode de contrôle du vecteur spatial de tension (SVPWM)
Il est basé sur l'effet de génération global de la forme d'onde triphasée, dans le but d'approcher la trajectoire idéale du champ magnétique rotatif circulaire de l'entrefer du moteur, de générer une forme d'onde de modulation triphasée à la fois et de la contrôler de la manière de polygone inscrit se rapprochant du cercle.
Après une utilisation pratique, il a été amélioré, c'est-à-dire en introduisant une compensation de fréquence pour éliminer l'erreur de contrôle de vitesse ; estimer l'amplitude du flux par rétroaction pour éliminer l'influence de la résistance statorique à basse vitesse ; fermer la tension de sortie et la boucle de courant pour améliorer la précision et la stabilité dynamiques. Cependant, il existe de nombreuses liaisons de circuits de commande et aucun réglage du couple n'est introduit, de sorte que les performances du système n'ont pas été fondamentalement améliorées.
C. Méthode de contrôle vectoriel (VC)
L'essence est de rendre le moteur à courant alternatif équivalent à un moteur à courant continu et de contrôler indépendamment la vitesse et le champ magnétique. En contrôlant le flux du rotor, le courant du stator est décomposé pour obtenir les composantes du couple et du champ magnétique, et la transformation des coordonnées est utilisée pour obtenir un contrôle orthogonal ou découplé. L’introduction de la méthode de lutte anti-vectorielle est d’une importance historique. Cependant, dans les applications pratiques, comme le flux du rotor est difficile à observer avec précision, les caractéristiques du système sont grandement affectées par les paramètres du moteur, et la transformation de rotation vectorielle utilisée dans le processus de commande de moteur à courant continu équivalent est relativement complexe, ce qui rend difficile l'analyse réelle. effet de contrôle pour obtenir le résultat d’analyse idéal.
D. Méthode de contrôle direct du couple (DTC)
En 1985, le professeur DePenbrock de l'Université de la Ruhr en Allemagne a proposé pour la première fois une technologie de conversion de fréquence à contrôle direct du couple. Cette technologie a largement résolu les défauts du contrôle vectoriel mentionné ci-dessus et a été rapidement développée avec de nouvelles idées de contrôle, une structure de système concise et claire et d'excellentes performances dynamiques et statiques.
À l’heure actuelle, cette technologie a été appliquée avec succès à la traction de locomotives électriques à transmission CA de haute puissance. Le contrôle direct du couple analyse directement le modèle mathématique des moteurs à courant alternatif dans le système de coordonnées du stator et contrôle le flux magnétique et le couple du moteur. Il n'est pas nécessaire d'assimiler les moteurs à courant alternatif aux moteurs à courant continu, éliminant ainsi de nombreux calculs complexes dans la transformation de rotation vectorielle ; il n'a pas besoin d'imiter le contrôle des moteurs à courant continu, ni de simplifier le modèle mathématique des moteurs à courant alternatif pour le découplage.
E. Méthode de contrôle matricielle AC-AC
La conversion de fréquence VVVF, la conversion de fréquence à contrôle vectoriel et la conversion de fréquence à contrôle de couple direct sont tous des types de conversion de fréquence AC-DC-AC. Leurs inconvénients communs sont un faible facteur de puissance d'entrée, un courant harmonique important, un grand condensateur de stockage d'énergie requis pour le circuit CC et l'énergie régénérative ne peut pas être réinjectée dans le réseau électrique, c'est-à-dire qu'elle ne peut pas fonctionner dans quatre quadrants.
Pour cette raison, la conversion matricielle de fréquence AC-AC a vu le jour. Étant donné que la conversion de fréquence AC-AC matricielle élimine la liaison CC intermédiaire, elle élimine le condensateur électrolytique volumineux et coûteux. Il peut atteindre un facteur de puissance de 1, un courant d'entrée sinusoïdal et peut fonctionner dans quatre quadrants, et le système a une densité de puissance élevée. Bien que cette technologie ne soit pas encore mature, elle attire encore de nombreux chercheurs souhaitant mener des recherches approfondies. Son essence n'est pas de contrôler indirectement le courant, le flux magnétique et d'autres quantités, mais d'utiliser directement le couple comme quantité contrôlée pour y parvenir.
3.Comment un variateur de fréquence contrôle-t-il un moteur ? Comment les deux sont-ils câblés ensemble ?
Le câblage de l'onduleur pour contrôler le moteur est relativement simple, similaire au câblage du contacteur, avec trois lignes électriques principales entrant puis sortant vers le moteur, mais les réglages sont plus compliqués et les moyens de contrôler l'onduleur sont également différent.
Tout d'abord, pour le terminal de l'onduleur, bien qu'il existe de nombreuses marques et différentes méthodes de câblage, les bornes de câblage de la plupart des onduleurs ne sont pas très différentes. Généralement divisé en entrées de commutateur avant et arrière, utilisées pour contrôler le démarrage avant et arrière du moteur. Les bornes de rétroaction sont utilisées pour indiquer l'état de fonctionnement du moteur,y compris la fréquence de fonctionnement, la vitesse, l'état des défauts, etc.
Pour le contrôle du réglage de la vitesse, certains variateurs de fréquence utilisent des potentiomètres, d'autres utilisent directement des boutons, le tout étant contrôlé par un câblage physique. Une autre façon consiste à utiliser un réseau de communication. De nombreux variateurs de fréquence prennent désormais en charge le contrôle de la communication. La ligne de communication peut être utilisée pour contrôler le démarrage et l'arrêt, la rotation avant et arrière, le réglage de la vitesse, etc. Dans le même temps, les informations de retour d'information sont également transmises via la communication.
4. Qu'arrive-t-il au couple de sortie d'un moteur lorsque sa vitesse de rotation (fréquence) change ?
Le couple de démarrage et le couple maximum lorsqu'ils sont entraînés par un convertisseur de fréquence sont inférieurs à ceux lorsqu'ils sont entraînés directement par une alimentation.
Le moteur a un impact important sur le démarrage et l'accélération lorsqu'il est alimenté par une alimentation électrique, mais ces impacts sont plus faibles lorsqu'il est alimenté par un convertisseur de fréquence. Le démarrage direct avec une alimentation générera un courant de démarrage important. Lorsqu'un convertisseur de fréquence est utilisé, la tension et la fréquence de sortie du convertisseur de fréquence sont progressivement ajoutées au moteur, de sorte que le courant de démarrage et l'impact du moteur sont plus petits. Habituellement, le couple généré par le moteur diminue à mesure que la fréquence diminue (la vitesse diminue). Les données réelles de la réduction seront expliquées dans certains manuels du convertisseur de fréquence.
Le moteur habituel est conçu et fabriqué pour une tension de 50 Hz, et son couple nominal est également indiqué dans cette plage de tension. Par conséquent, la régulation de la vitesse en dessous de la fréquence nominale est appelée régulation de la vitesse à couple constant. (T=Te, P<=Pe)
Lorsque la fréquence de sortie du variateur de fréquence est supérieure à 50 Hz, le couple généré par le moteur diminue selon une relation linéaire inversement proportionnelle à la fréquence.
Lorsque le moteur fonctionne à une fréquence supérieure à 50 Hz, la taille de la charge du moteur doit être prise en compte pour éviter un couple de sortie moteur insuffisant.
Par exemple, le couple généré par le moteur à 100 Hz est réduit à environ la moitié du couple généré à 50 Hz.
Par conséquent, la régulation de vitesse au-dessus de la fréquence nominale est appelée régulation de vitesse à puissance constante. (P=Ue*Ie).
5.Application du convertisseur de fréquence au-dessus de 50 Hz
Pour un moteur spécifique, sa tension nominale et son courant nominal sont constants.
Par exemple, si les valeurs nominales du variateur et du moteur sont toutes deux : 15 kW/380 V/30 A, le moteur peut fonctionner au-dessus de 50 Hz.
Lorsque la vitesse est de 50 Hz, la tension de sortie de l'onduleur est de 380 V et le courant est de 30 A. À ce stade, si la fréquence de sortie est augmentée à 60 Hz, la tension et le courant de sortie maximum de l'onduleur ne peuvent être que de 380 V/30 A. Évidemment, la puissance de sortie reste inchangée, c'est pourquoi nous appelons cela une régulation de vitesse à puissance constante.
Quel est le couple à ce moment-là ?
Parce que P = wT (w ; vitesse angulaire, T : couple), puisque P reste inchangé et w augmente, le couple diminuera en conséquence.
On peut aussi le voir sous un autre angle :
La tension du stator du moteur est U=E+I*R (I est le courant, R est la résistance électronique et E est le potentiel induit).
On voit que lorsque U et I ne changent pas, E ne change pas non plus.
Et E = k*f*X (k : constante ; f : fréquence ; X : flux magnétique), donc lorsque f passe de 50 à > 60 Hz, X diminuera en conséquence.
Pour le moteur, T=K*I*X (K : constante ; I : courant ; X : flux magnétique), donc le couple T diminuera à mesure que le flux magnétique X diminue.
En même temps, lorsqu'elle est inférieure à 50 Hz, puisque I*R est très faible, lorsque U/f=E/f ne change pas, le flux magnétique (X) est constant. Le couple T est proportionnel au courant. C'est pourquoi la capacité de surintensité de l'onduleur est généralement utilisée pour décrire sa capacité de surcharge (couple), et elle est appelée régulation de vitesse à couple constant (le courant nominal reste inchangé -> le couple maximum reste inchangé)
Conclusion : lorsque la fréquence de sortie du variateur augmente au-dessus de 50 Hz, le couple de sortie du moteur diminue.
6. Autres facteurs liés au couple de sortie
La capacité de génération et de dissipation thermique détermine la capacité de courant de sortie de l'onduleur, affectant ainsi la capacité de couple de sortie de l'onduleur.
1. Fréquence porteuse : Le courant nominal marqué sur l'onduleur est généralement la valeur qui peut assurer une sortie continue à la fréquence porteuse la plus élevée et à la température ambiante la plus élevée. La réduction de la fréquence porteuse n'affectera pas le courant du moteur. Cependant, la génération de chaleur des composants sera réduite.
2. Température ambiante : tout comme la valeur du courant de protection de l'onduleur ne sera pas augmentée lorsque la température ambiante est détectée comme étant relativement basse.
3. Altitude : L’augmentation de l’altitude a un impact sur la dissipation thermique et les performances d’isolation. Généralement, il peut être ignoré en dessous de 1 000 m et la capacité peut être réduite de 5 % tous les 1 000 mètres au-dessus.
7. Quelle est la fréquence appropriée pour qu'un variateur de fréquence contrôle un moteur ?
Dans le résumé ci-dessus, nous avons appris pourquoi l'onduleur est utilisé pour contrôler le moteur, et également compris comment l'onduleur contrôle le moteur. L'onduleur contrôle le moteur, ce qui peut se résumer ainsi :
Premièrement, l'onduleur contrôle la tension de démarrage et la fréquence du moteur pour obtenir un démarrage et un arrêt en douceur ;
Deuxièmement, l'onduleur est utilisé pour ajuster la vitesse du moteur, et la vitesse du moteur est ajustée en changeant la fréquence.
Le moteur à aimant permanent d'Anhui Mingtengles produits sont contrôlés par l'onduleur. Dans la plage de charge de 25 % à 120 %, ils ont un rendement plus élevé et une plage de fonctionnement plus large que les moteurs asynchrones de mêmes spécifications, et ont des effets d'économie d'énergie significatifs.
Nos techniciens professionnels sélectionneront un onduleur plus adapté en fonction des conditions de travail spécifiques et des besoins réels des clients afin d'obtenir un meilleur contrôle du moteur et de maximiser les performances du moteur. De plus, notre service technique peut guider à distance les clients pour installer et déboguer l'onduleur, et réaliser un suivi et un service complets avant et après-vente.
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Heure de publication : 09 septembre 2024