Thực đơn
trang chủWindows 10

Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần. Ổ đĩa tần số thay đổi là gì

Điều khiển tần số tốc độ góc quay của bộ truyền động điện bằng động cơ không đồng bộ hiện đang được sử dụng rộng rãi, vì nó cho phép thay đổi tốc độ rôto một cách trơn tru trên một phạm vi rộng, cả trên và dưới giá trị danh nghĩa.

Bộ biến tần là thiết bị hiện đại, công nghệ cao với phạm vi điều khiển lớn và nhiều chức năng để điều khiển động cơ không đồng bộ. Chất lượng và độ tin cậy cao nhất giúp chúng có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau để điều khiển truyền động của máy bơm, quạt, băng tải, v.v.

Theo điện áp cung cấp, bộ biến tần được chia thành một pha và ba pha, và theo thiết kế của chúng, thành máy điện quay và tĩnh. Trong các bộ chuyển đổi máy điện, tần số thay đổi có được thông qua việc sử dụng các bộ chuyển đổi thông thường hoặc đặc biệt. máy điện. Việc thay đổi tần số của dòng điện đạt được thông qua việc sử dụng các phần tử điện không chuyển động.



Bộ biến tần cho mạng một pha giúp cung cấp truyền động điện cho thiết bị sản xuất có công suất lên tới 7,5 kW. Đặc điểm thiết kế của bộ chuyển đổi một pha hiện đại là có một pha có điện áp 220V ở đầu vào và ba pha có cùng giá trị điện áp ở đầu ra, cho phép bạn kết nối với thiết bị. động cơ điện ba pha mà không cần sử dụng tụ điện.

Bộ chuyển đổi tần số được cung cấp bởi mạng ba pha 380V có sẵn trong dải công suất từ ​​0,75 đến 630 kW. Tùy thuộc vào mức năng lượng, các thiết bị được sản xuất trong vỏ polymer và kim loại kết hợp.

Chiến lược điều khiển phổ biến nhất cho động cơ điện không đồng bộ là điều khiển véc tơ. Hiện nay, hầu hết các bộ biến tần đều thực hiện điều khiển vectơ hoặc thậm chí điều khiển vectơ không cảm biến (xu hướng này được tìm thấy ở các bộ biến tần ban đầu thực hiện điều khiển vô hướng và không có đầu cuối để kết nối cảm biến tốc độ).

Dựa trên loại tải ở đầu ra, bộ biến tần được chia theo loại thiết kế:

    cho bộ truyền động bơm và quạt;

    cho truyền động điện công nghiệp nói chung;

    được sử dụng như một phần của động cơ điện hoạt động quá tải.


Bộ biến tần hiện đại có nhiều loại tính năng chức năng, ví dụ, có hướng dẫn sử dụng và điều khiển tự động tốc độ và hướng quay của động cơ, cũng như trên bảng điều khiển. Được trang bị khả năng điều chỉnh dải tần đầu ra từ 0 đến 800 Hz.

Bộ chuyển đổi có khả năng tự động điều khiển động cơ không đồng bộ bằng cách sử dụng tín hiệu từ các cảm biến ngoại vi và điều khiển truyền động điện theo thuật toán định thời được chỉ định. Chức năng hỗ trợ phục hồi tự động chế độ hoạt động khi mất điện ngắn hạn. Kiểm soát các quá trình nhất thời từ điều khiển từ xa và bảo vệ động cơ điện khỏi quá tải.

Mối quan hệ giữa tốc độ góc quay và tần số của dòng điện được rút ra từ phương trình

ω o = 2πf 1 /p

Khi điện áp của nguồn điện U1 không đổi và tần số thay đổi thì từ thông của động cơ không đồng bộ cũng thay đổi. Hơn nữa, đối với sử dụng tốt nhất Trong hệ thống từ, khi tần số nguồn giảm cần phải giảm điện áp tương ứng, nếu không dòng điện từ hóa và tổn thất trong thép sẽ tăng lên đáng kể.

Tương tự, khi tần số nguồn tăng, điện áp phải tăng tương ứng để giữ từ thông không đổi, vì nếu không (với mô men xoắn không đổi trên trục) điều này sẽ dẫn đến tăng dòng điện rôto, làm quá tải dòng điện ở cuộn dây của nó. và mô men xoắn cực đại giảm.

Định luật điều chỉnh điện áp hợp lý phụ thuộc vào bản chất của mô men điện trở.

Ở mômen tải tĩnh không đổi (Mс = const), điện áp phải được điều chỉnh tỷ lệ với tần số U1/f1 = const. Đối với tính chất quạt của tải, tỷ số này có dạng U1/f 2 1 = const.

Tại một mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ U1/ √ f1= hằng số

Các hình dưới đây thể hiện sơ đồ kết nối đơn giản và các đặc tính cơ học của động cơ không đồng bộ có điều khiển tần số vận tốc góc.

Kiểm soát tần số tốc độ của động cơ không đồng bộ cho phép bạn thay đổi tốc độ góc quay trong phạm vi - 20...30 đến 1. Kiểm soát tốc độ Động cơ không đồng bộ xuống từ chính được thực hiện đến gần như bằng không.

Khi tần số của mạng cung cấp thay đổi, giới hạn trên của tốc độ quay của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào đặc tính cơ học của nó, đặc biệt vì ở tần số cao hơn tần số định mức, động cơ không đồng bộ hoạt động với hiệu suất năng lượng tốt hơn ở tần số thấp hơn. Do đó, nếu sử dụng hộp số trong hệ thống truyền động, việc điều khiển tần số này của động cơ không chỉ phải được thực hiện hướng xuống mà còn hướng lên từ điểm danh nghĩa, lên đến tần số tối đa quay, cho phép trong các điều kiện về độ bền cơ học của rôto.

Khi tốc độ động cơ tăng cao hơn giá trị quy định trong hộ chiếu, tần số của nguồn điện không được vượt quá tần số định mức không quá 1,5 - 2 lần.

Phương pháp tần số là phương pháp hứa hẹn nhất để điều chỉnh động cơ không đồng bộ với rôto lồng sóc. Tổn thất điện năng theo cách điều chỉnh này là nhỏ vì chúng không đi kèm với sự gia tăng. Các đặc tính cơ học thu được có độ cứng cao.

Hiện nay, động cơ điện không đồng bộ đã trở thành thiết bị chính trong hầu hết các bộ truyền động điện. Ngày càng có nhiều biến tần có điều khiển xung điện được sử dụng để điều khiển nó. Việc quản lý như vậy mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng tạo ra một số vấn đề trong việc lựa chọn các giải pháp kỹ thuật nhất định. Hãy cố gắng hiểu chúng chi tiết hơn.

Thiết bị chuyển đổi tần số

Việc phát triển và sản xuất nhiều loại mô-đun IGBT bóng bán dẫn điện áp cao công suất cao đã giúp thực hiện các công tắc nguồn nhiều pha được điều khiển trực tiếp bởi tín hiệu số. Các công cụ tính toán có thể lập trình giúp tạo ra các chuỗi số ở đầu vào của các thiết bị chuyển mạch cung cấp tín hiệu. Sự phát triển và sản xuất hàng loạt các bộ vi điều khiển đơn chip với tài nguyên tính toán lớn đã giúp chuyển sang các bộ điều khiển điện servo với bộ điều khiển kỹ thuật số.

Bộ biến tần nguồn thường được thực hiện theo mạch chứa bộ chỉnh lưu sử dụng điốt hoặc bóng bán dẫn công suất mạnh và bộ biến tần ( công tắc được quản lý) trên các bóng bán dẫn IGBT được nối song song bằng điốt (Hình 1).


Cơm. 1. Mạch biến tần

Giai đoạn đầu vào điều chỉnh điện áp nguồn hình sin được cung cấp, sau khi làm mịn bằng bộ lọc điện dung cảm ứng, đóng vai trò là nguồn điện cho biến tần được điều khiển, được tạo ra khi áp dụng lệnh điều khiển kỹ thuật số tín hiệu c, tạo ra dòng điện hình sin trong cuộn dây stato với các thông số đảm bảo chế độ vận hành cần thiết của động cơ điện.

Việc điều khiển số của bộ biến đổi nguồn được thực hiện bằng phần cứng bộ vi xử lý và tương ứng với nhiệm vụ được giao phần mềm. thiết bị tin học tạo tín hiệu điều khiển cho 52 mô-đun trong thời gian thực và xử lý tín hiệu hệ thống đo lường, điều khiển hoạt động của bộ truyền động.

Các thiết bị điện và thiết bị tính toán điều khiển được kết hợp thành một sản phẩm công nghiệp được thiết kế có cấu trúc gọi là bộ biến tần.

Có hai loại bộ biến tần chính được sử dụng trong thiết bị công nghiệp:

    bộ chuyển đổi có thương hiệu cho các loại cụ thể thiết bị.

    bộ biến tần phổ quát được thiết kế để điều khiển hoạt động IM đa mục đích ở các chế độ do người dùng chỉ định.

Việc cài đặt và điều khiển các chế độ vận hành của bộ biến tần có thể được thực hiện bằng bảng điều khiển được trang bị màn hình để hiển thị thông tin đã nhập. Trong một phiên bản đơn giản của điều khiển tần số vô hướng, bạn có thể sử dụng một tập hợp các hàm logic, có sẵn trong cài đặt gốc của bộ điều khiển và bộ điều khiển PID tích hợp.

Để thực hiện các chế độ điều khiển phức tạp hơn bằng cách sử dụng tín hiệu từ cảm biến phản hồi, cần phát triển cấu trúc và thuật toán ACS, cần được lập trình bằng máy tính bên ngoài được kết nối.

Hầu hết các nhà sản xuất đều sản xuất nhiều loại bộ biến tần có đầu vào và đầu ra khác nhau. Đặc điểm điện từ, quyền lực, thiết kế và các thông số khác. Để kết nối với thiết bị bên ngoài (nguồn điện, động cơ), bổ sung yếu tố bên ngoài: bộ khởi động từ, máy biến áp, cuộn cảm.


Các loại tín hiệu điều khiển

Cần phân biệt giữa các loại tín hiệu khác nhau và sử dụng cáp riêng cho từng loại tín hiệu. Các loại tín hiệu khác nhau có thể ảnh hưởng lẫn nhau. Trong thực tế, sự phân tách như vậy thường xảy ra, ví dụ, cáp từ có thể được kết nối trực tiếp với bộ biến tần.


Cơm. 2. Ví dụ nối mạch nguồn và mạch điều khiển của bộ biến tần

Bạn có thể chọn các loại sau tín hiệu:

    tín hiệu tương tự - điện áp hoặc dòng điện (0...10 V, 0/4...20 mA), giá trị thay đổi chậm hoặc hiếm khi thay đổi, thường là các tín hiệu điều khiển hoặc đo lường;

    tín hiệu rời rạcđiện áp hoặc dòng điện (0...10 V, 0/4...20 mA), chỉ có thể nhận hai giá trị hiếm khi thay đổi (cao hoặc thấp);

    tín hiệu số (dữ liệu) - điện áp (0...5 V, 0...10 V), thay đổi nhanh và có tần số cao, thường là các tín hiệu từ các cổng RS232, RS485, v.v.;

    rơle - tiếp điểm rơle (0...220 V AC) có thể bật dòng điện cảm ứng tùy thuộc vào tải kết nối (rơle ngoài, đèn, van, phanh, v.v.).

Chọn công suất của bộ biến tần

Khi chọn công suất của bộ biến tần, không chỉ cần căn cứ vào công suất của động cơ điện mà còn phải căn cứ vào dòng điện, điện áp định mức của bộ biến tần và động cơ. Thực tế là công suất biểu thị của bộ biến tần chỉ áp dụng cho hoạt động của nó với động cơ điện không đồng bộ 4 cực tiêu chuẩn trong các ứng dụng tiêu chuẩn.

Ổ đĩa thực có nhiều khía cạnh có thể khiến tải hiện tại của ổ đĩa tăng lên, chẳng hạn như trong quá trình khởi động. Nhìn chung, ứng dụng ổ tần số cho phép bạn giảm tải hiện tại và cơ học do khởi động mềm. Ví dụ, dòng khởi động giảm từ 600% xuống 100-150% giá trị định mức.

Lái xe vận hành ở tốc độ giảm

Cần phải nhớ rằng mặc dù bộ biến tần dễ dàng cung cấp khả năng điều khiển tốc độ 10:1, nhưng khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp, công suất của quạt riêng có thể không đủ. Cần phải theo dõi nhiệt độ động cơ và cung cấp thông gió cưỡng bức.

Tương thích điện từ

Vì bộ biến tần nguồn mạnh mẽ sóng hài tần số cao thì phải sử dụng cáp có vỏ bọc có chiều dài tối thiểu để kết nối các động cơ. Cáp như vậy phải được đặt ở khoảng cách ít nhất 100 mm so với các cáp khác. Điều này giảm thiểu sự can thiệp. Nếu bạn cần cắt cáp, việc cắt cáp được thực hiện ở góc 90 độ.

Nguồn điện từ máy phát điện khẩn cấp

Khởi động mềm, được cung cấp bởi bộ biến tần, cho phép bạn giảm công suất cần thiết máy phát điện Vì khi khởi động như vậy, dòng điện giảm đi 4 - 6 lần nên công suất máy phát có thể giảm đi một số lần tương tự. Nhưng tất cả đều giống nhau, một công tắc tơ phải được lắp đặt giữa máy phát và bộ truyền động, được điều khiển từ đầu ra rơle của bộ truyền động tần số. Điều này bảo vệ bộ biến tần khỏi tình trạng quá điện áp nguy hiểm.

Nguồn điện của bộ chuyển đổi ba pha từ mạng một pha

Bộ biến tần ba pha có thể được cấp nguồn từ mạng một pha, nhưng dòng điện đầu ra của chúng không được vượt quá 50% dòng điện định mức.

Tiết kiệm năng lượng và tiền bạc

Tiết kiệm xảy ra vì nhiều lý do. Thứ nhất, do tăng trưởng đến giá trị 0,98, tức là. công suất tối đa được sử dụng để thực hiện công việc hữu ích, mức tối thiểu sẽ bị thua lỗ. Thứ hai, hệ số gần với hệ số này đạt được ở tất cả các chế độ vận hành của động cơ.

Nếu không có bộ biến tần, động cơ không đồng bộ ở mức tải thấp có cosin phi là 0,3-0,4. Thứ ba, không cần điều chỉnh thêm cơ khí (cánh, van tiết lưu, van, phanh, v.v.), mọi thứ đều được thực hiện bằng điện tử. Với thiết bị điều khiển như vậy, mức tiết kiệm có thể đạt tới 50%.

Đồng bộ nhiều thiết bị

Do có thêm đầu vào điều khiển của bộ điều khiển tần số, có thể đồng bộ hóa các quy trình trên băng tải hoặc đặt tỷ lệ thay đổi ở một số đại lượng tùy thuộc vào các đại lượng khác. Ví dụ: làm cho tốc độ quay của trục chính máy phụ thuộc vào tốc độ nạp của dao cắt. Quá trình sẽ được tối ưu hóa vì khi tải trên máy cắt tăng thì lượng cấp liệu sẽ giảm và ngược lại.

Bảo vệ mạng khỏi sóng hài cao hơn

Để bảo vệ bổ sung, ngoài cáp có vỏ bọc ngắn, cuộn cảm đường dây và tụ điện shunt được sử dụng. Ngoài ra, còn hạn chế dòng điện tăng vọt khi bật.

Lựa chọn lớp bảo vệ phù hợp

Để ổ tần hoạt động không gặp sự cố, cần có bộ tản nhiệt đáng tin cậy. Nếu bạn sử dụng các lớp bảo vệ cao, chẳng hạn như IP 54 trở lên, thì việc đạt được khả năng tản nhiệt như vậy sẽ khó hoặc tốn kém. Vì vậy, bạn có thể sử dụng một chiếc tủ riêng có cao cấp bảo vệ, nơi lắp đặt các mô-đun có cấp độ thấp hơn và cung cấp hệ thống thông gió và làm mát chung.

Kết nối song song động cơ điện với một bộ biến tần

Để giảm chi phí, một bộ biến tần có thể được sử dụng để điều khiển một số động cơ điện. Công suất của nó phải được chọn với biên độ 10-15% tổng công suất của tất cả các động cơ điện. Trong trường hợp này, cần giảm thiểu chiều dài của cáp động cơ và rất nên lắp đặt bộ điều tiết động cơ.

Hầu hết các bộ biến tần không cho phép ngắt kết nối hoặc kết nối động cơ bằng công tắc tơ trong khi bộ biến tần đang chạy. Điều này chỉ có thể được thực hiện thông qua lệnh dừng lái xe.

Thiết lập chức năng điều khiển

Để có được các chỉ tiêu hoạt động tối đa của bộ truyền động điện như: hệ số công suất, hệ số hành động hữu ích, khả năng quá tải, độ điều chỉnh êm ái, độ bền, bạn cần lựa chọn chính xác mối quan hệ giữa sự thay đổi tần số hoạt động và điện áp ở đầu ra của bộ biến tần.

Hàm thay đổi điện áp phụ thuộc vào bản chất của mômen tải. Ở mô men xoắn không đổi, điện áp trên stato của động cơ điện phải được điều chỉnh tỷ lệ với tần số (điều chỉnh vô hướng U/F = const). Ví dụ: đối với một chiếc quạt, một tỷ lệ khác là U/F*F = const. Nếu chúng ta tăng tần số lên 2 lần thì điện áp phải tăng thêm 4 (điều chỉnh vectơ). Có ổ đĩa với nhiều hơn hàm phức tạp quy định.

Ưu điểm của việc sử dụng bộ truyền động điện điều chỉnh bằng bộ biến tần

Ngoài việc tăng hiệu suất và tiết kiệm năng lượng, bộ truyền động điện như vậy còn cho phép bạn đạt được những phẩm chất điều khiển mới. Điều này được thể hiện ở việc từ chối bổ sung thiết bị cơ khí, tạo ra tổn hao và làm giảm độ tin cậy của các hệ thống: phanh, giảm chấn, van tiết lưu, van điều khiển, v.v. Ví dụ, phanh có thể được thực hiện bằng cách quay ngược lại trường điện từ trong stato của động cơ điện. Chỉ thay đổi sự phụ thuộc chức năng giữa tần số và điện áp, chúng ta có một động cơ khác mà không thay đổi bất cứ điều gì về cơ học.

Đọc tài liệu

Cần lưu ý rằng mặc dù các bộ biến tần tương tự nhau và đã thành thạo một bộ, nhưng rất dễ hiểu bộ kia, tuy nhiên, cần phải đọc kỹ tài liệu. Một số nhà sản xuất áp đặt các hạn chế đối với việc sử dụng sản phẩm của họ và nếu vi phạm, họ sẽ loại bỏ sản phẩm khỏi bảo hành.

Bộ truyền động biến tần (bộ truyền động tần số thay đổi, VFD) là hệ thống điều khiển tốc độ rôto của động cơ điện không đồng bộ (đồng bộ). Nó bao gồm động cơ điện và bộ biến tần.

Bộ biến tần (bộ biến tần) là một thiết bị bao gồm một bộ chỉnh lưu (cầu nối dòng điện một chiều), chuyển đổi dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp thành dòng điện một chiều và bộ biến tần (bộ chuyển đổi) (đôi khi có cả xung điện), chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và biên độ theo yêu cầu. Thyristor đầu ra (GTO) hoặc IGBT cung cấp dòng điện cần thiết để cấp nguồn cho động cơ. Để tránh làm quá tải bộ chuyển đổi khi bộ cấp nguồn dài, các cuộn cảm được lắp đặt giữa bộ chuyển đổi và bộ cấp nguồn, đồng thời để giảm nhiễu điện từ, một bộ lọc EMC được lắp đặt. Với điều khiển vô hướng, dòng điện hài của các pha động cơ được hình thành. Điều khiển vector- phương pháp điều khiển động cơ đồng bộ và không đồng bộ, không chỉ tạo ra dòng điện hài (điện áp) của các pha mà còn cung cấp khả năng điều khiển từ thông rôto (mô-men xoắn trên trục động cơ).

Ứng dụng của ổ tần số

Bộ biến tần được sử dụng trong:

  • truyền động điện tàu năng lượng cao
  • máy cán ( công việc đồng bộ lồng)
  • truyền động tốc độ cao của máy bơm phân tử chân không (lên tới 100.000 vòng/phút)
  • hệ thống băng tải
  • máy cắt
  • Máy CNC - đồng bộ hóa chuyển động của một số trục cùng một lúc (tối đa 32 - ví dụ như trong thiết bị in hoặc đóng gói) (bộ truyền động servo)
  • tự động mở cửa
  • máy trộn, máy bơm, quạt, máy nén
  • điều hòa không khí gia đình
  • máy giặt
  • giao thông điện đô thị, đặc biệt là xe điện.

Hiệu quả kinh tế lớn nhất đến từ việc sử dụng VFD trong hệ thống thông gió, điều hòa không khí và cấp nước, nơi việc sử dụng VFD gần như đã trở thành một tiêu chuẩn.

Ưu điểm của việc sử dụng VFD

  • Độ chính xác điều khiển cao
  • Tiết kiệm năng lượng trong trường hợp tải thay đổi (nghĩa là vận hành động cơ điện ở chế độ tải một phần).
  • Bằng mômen khởi động lớn nhất.
  • Khả năng chẩn đoán từ xa của ổ đĩa thông qua mạng công nghiệp
    • phát hiện lỗi pha cho mạch đầu vào và đầu ra
    • ghi giờ động cơ
    • lão hóa của tụ điện mạch chính
    • quạt trục trặc
  • Tăng tuổi thọ thiết bị
  • Giảm lực cản thủy lực của đường ống do không có van điều khiển
  • Khởi động động cơ êm ái, giúp giảm đáng kể độ mài mòn động cơ
  • VFD thường chứa bộ điều khiển PID và có thể được kết nối trực tiếp với cảm biến của biến được điều khiển (ví dụ: áp suất).
  • Kiểm soát phanh và tự động khởi động lại khi có sự cố điện áp
  • Nhấc một động cơ điện quay
  • Ổn định tốc độ quay khi tải thay đổi
  • Giảm đáng kể tiếng ồn âm thanh của động cơ điện (sử dụng chức năng SoftPWM)
  • Tiết kiệm năng lượng bổ sung từ việc tối ưu hóa kích thích điện. động cơ
  • Cho phép bạn thay thế bộ ngắt mạch

Nhược điểm của việc sử dụng ổ tần số

  • Hầu hết các mẫu VFD đều là nguồn gây nhiễu (yêu cầu lắp đặt Bộ lọc nhiễu tần số cao)
  • Chi phí tương đối cao cho VFD công suất cao (hoàn vốn tối thiểu 1-2 năm)

Ứng dụng bộ biến tần tại trạm bơm

Phương pháp cổ điển để kiểm soát việc cung cấp các thiết bị bơm bao gồm việc điều tiết đường áp suất và điều chỉnh số lượng thiết bị vận hành theo một số thông số kỹ thuật (ví dụ: áp suất trong đường ống). Trong trường hợp này, các đơn vị bơm được lựa chọn dựa trên các đặc điểm thiết kế nhất định (thường có dự trữ hiệu suất) và liên tục hoạt động ở tốc độ không đổi mà không tính đến chi phí thay đổi do mức tiêu thụ nước thay đổi. Ở lưu lượng tối thiểu, máy bơm tiếp tục hoạt động với tốc độ không đổi, tạo ra áp lực dư thừa trong mạng lưới (nguyên nhân gây ra tai nạn), đồng thời lãng phí một lượng điện đáng kể. Ví dụ, điều này xảy ra vào ban đêm, khi lượng nước tiêu thụ giảm mạnh. Hiệu quả chính đạt được không phải bằng cách tiết kiệm năng lượng mà bằng cách giảm đáng kể chi phí sửa chữa mạng lưới cấp nước.

Sự ra đời của bộ truyền động điện có thể điều chỉnh giúp duy trì áp suất không đổi trực tiếp vào người tiêu dùng. Truyền động điện có tần số thay đổi với động cơ điện không đồng bộ dùng trong công nghiệp nói chung được sử dụng rộng rãi trong thực tế thế giới. Là kết quả của sự thích ứng của nền công nghiệp nói chung động cơ không đồng bộĐể đáp ứng các điều kiện hoạt động của chúng trong các bộ truyền động điện có điều khiển, các động cơ không đồng bộ có thể điều chỉnh đặc biệt được tạo ra với các chỉ số năng lượng và trọng lượng-chi phí cao hơn so với các động cơ không thích ứng. Việc điều khiển tần số tốc độ quay trục của động cơ không đồng bộ được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị điện tử, thường được gọi là bộ biến tần. Hiệu ứng trên đạt được bằng cách thay đổi tần số và biên độ của điện áp ba pha cung cấp cho động cơ điện. Do đó, bằng cách thay đổi các thông số của điện áp nguồn (điều khiển tần số), bạn có thể làm cho tốc độ quay của động cơ thấp hơn hoặc cao hơn tốc độ danh định. Ở vùng thứ hai (tần số trên danh nghĩa), mô-men xoắn cực đại trên trục tỷ lệ nghịch với tốc độ quay.

Phương pháp chuyển đổi tần số dựa trên nguyên tắc sau. Thông thường, tần số mạng công nghiệp là 50 Hz. Ví dụ: hãy lấy một máy bơm có động cơ điện hai cực. Có tính đến khả năng trượt, tốc độ quay của động cơ là khoảng 2800 (tùy thuộc vào công suất) vòng quay mỗi phút và mang lại cho đầu ra của bộ phận bơm áp suất và hiệu suất danh nghĩa (vì đây là các thông số danh nghĩa của nó, theo hộ chiếu). Nếu bạn sử dụng bộ biến tần để giảm tần số và biên độ của điện áp xoay chiều cung cấp cho nó, tốc độ quay của động cơ sẽ giảm tương ứng và do đó, hiệu suất của bộ phận bơm sẽ thay đổi. Thông tin về áp suất trong mạng đi vào bộ biến tần từ một cảm biến áp suất đặc biệt được lắp đặt tại người tiêu dùng, dựa trên dữ liệu này, bộ chuyển đổi sẽ thay đổi tần số cung cấp cho động cơ theo đó.

Bộ biến tần hiện đại có thiết kế nhỏ gọn, vỏ chống bụi, chống ẩm, giao diện thân thiện với người dùng, cho phép nó được sử dụng nhiều nhất Điều kiện khó khăn và môi trường đầy thử thách. Dải công suất rất rộng và dao động từ 0,18 đến 630 kW trở lên. thức ăn tiêu chuẩn 220/380 V và 50-60 Hz. Thực tiễn cho thấy việc sử dụng bộ biến tần tại các trạm bơm cho phép:

  • tiết kiệm năng lượng (có sự thay đổi đáng kể về mức tiêu thụ) bằng cách điều chỉnh công suất của bộ truyền động điện tùy theo mức tiêu thụ nước thực tế (hiệu quả tiết kiệm 20-50%);
  • giảm lượng nước tiêu thụ bằng cách giảm rò rỉ khi vượt quá áp suất trong đường dây chính, khi lượng nước tiêu thụ thực sự nhỏ (trung bình 5%);
  • giảm chi phí (hiệu quả kinh tế chính) bằng cách sửa chữa khẩn cấp thiết bị (toàn bộ cơ sở hạ tầng cấp nước do giảm mạnh số lượng các tình huống khẩn cấp gây ra, đặc biệt là do búa nước, thường xảy ra khi sử dụng ổ điện không được kiểm soát (người ta đã chứng minh rằng tuổi thọ của thiết bị tăng lên ít nhất 1,5 lần);
  • đạt được mức tiết kiệm nhiệt nhất định trong hệ thống cấp nước nóng bằng cách giảm thất thoát nước mang nhiệt;
  • tăng áp suất trên mức bình thường nếu cần thiết;
  • tự động hóa toàn diện hệ thống cấp nước, từ đó giảm lương của nhân viên phục vụ và trực, đồng thời loại bỏ ảnh hưởng của “yếu tố con người” đến hoạt động của hệ thống, đây cũng là điều quan trọng.

Theo số liệu hiện có, thời gian hoàn vốn của một dự án sử dụng bộ biến tần dao động từ 3 tháng đến 2 năm.

Tổn thất điện năng khi hãm động cơ điện

Trong nhiều hệ thống lắp đặt, một bộ truyền động điện có thể điều chỉnh có nhiệm vụ không chỉ điều chỉnh mô-men xoắn và tốc độ quay của động cơ điện một cách trơn tru mà còn có nhiệm vụ làm chậm và hãm các bộ phận của hệ thống lắp đặt. Giải pháp cổ điển cho vấn đề này là hệ thống truyền động với động cơ không đồng bộ có bộ biến tần được trang bị công tắc phanh có điện trở hãm.

Đồng thời, ở chế độ giảm tốc/phanh, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện, chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện, cuối cùng năng lượng này bị tiêu tán bởi điện trở hãm. Các hệ thống lắp đặt điển hình trong đó chu kỳ tăng tốc xen kẽ với chu kỳ giảm tốc là bộ truyền động kéo của xe điện, tời nâng, thang máy, máy ly tâm, máy cuộn, v.v. Chức năng phanh điện lần đầu tiên xuất hiện trên bộ truyền động DC (ví dụ: xe buýt điện). Vào cuối thế kỷ 20, các bộ biến tần có tích hợp bộ thu hồi nhiệt đã xuất hiện, cho phép đưa năng lượng nhận được từ động cơ hoạt động ở chế độ phanh trở lại mạng. Trong trường hợp này, quá trình cài đặt bắt đầu “kiếm tiền” gần như ngay lập tức sau khi vận hành.

Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần

Sự miêu tả:

Bộ biến tần kết hợp với động cơ điện không đồng bộ cho phép bạn thay thế ổ điện DC. Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC khá đơn giản nhưng điểm yếu Một ổ điện như vậy là một động cơ điện. Nó đắt tiền và không đáng tin cậy. Trong quá trình vận hành, chổi than phát ra tia lửa điện và cổ góp bị hao mòn dưới tác động của hiện tượng ăn mòn điện, không thể sử dụng động cơ điện như vậy trong môi trường bụi bặm và dễ nổ.

Động cơ điện không đồng bộ vượt trội hơn động cơ DC ở nhiều khía cạnh: chúng có thiết kế đơn giản và đáng tin cậy vì không có tiếp điểm chuyển động. Chúng có kích thước, trọng lượng và giá thành nhỏ hơn so với động cơ DC có cùng công suất. Động cơ không đồng bộ dễ chế tạo và vận hành.

Nhược điểm chính của động cơ điện không đồng bộ là khó điều chỉnh tốc độ phương pháp truyền thống(bằng cách thay đổi điện áp nguồn, đưa thêm điện trở vào mạch cuộn dây).

Việc điều khiển động cơ điện không đồng bộ ở chế độ tần số cho đến gần đây vẫn là một vấn đề lớn, mặc dù lý thuyết về điều khiển tần số đã được phát triển từ những năm 30. Sự phát triển của các bộ điều khiển tần số thay đổi đã bị cản trở bởi chi phí cao của các bộ biến tần. Sự xuất hiện của các mạch điện sử dụng bóng bán dẫn IGBT, sự phát triển của các mạch điện hiệu suất cao hệ thống vi xử lý control cho phép nhiều công ty khác nhau ở Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản tạo ra các bộ biến tần hiện đại với giá cả phải chăng.

Được biết, việc điều chỉnh tốc độ quay của bộ truyền động có thể được thực hiện bằng nhiều thiết bị khác nhau: bộ biến thiên cơ khí, khớp nối thủy lực, điện trở được lắp thêm vào stato hoặc rôto, bộ biến tần cơ điện, bộ chuyển đổi tĩnh tần số.

Việc sử dụng bốn thiết bị đầu tiên không mang lại khả năng kiểm soát tốc độ chất lượng cao, không kinh tế và đòi hỏi chi phí lắp đặt và vận hành cao.
Bộ biến tần tĩnh là thiết bị điều khiển truyền động không đồng bộ tiên tiến nhất hiện nay.

Nguyên lý của phương pháp tần số điều khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ là bằng cách thay đổi tần số f1điện áp cung cấp, có thể thực hiện theo biểu thức

không thay đổi số cặp cực p thì vận tốc góc của từ trường stato thay đổi.

Phương pháp này cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ trơn tru trên phạm vi rộng và các đặc tính cơ học có độ cứng cao.

Việc điều chỉnh tốc độ không đi kèm với việc tăng độ trượt của động cơ không đồng bộ nên tổn thất điện năng trong quá trình điều chỉnh là nhỏ.

Để đạt được hiệu suất năng lượng cao của động cơ không đồng bộ - hệ số công suất, hiệu suất, khả năng quá tải - cần thay đổi điện áp đầu vào đồng thời với tần số.

Quy luật biến đổi điện áp phụ thuộc vào bản chất của mômen tải Bệnh đa xơ cứng. Ở mômen tải không đổi Mc=constĐiện áp stato phải được điều chỉnh tỉ lệ với tần số :

Đối với tính chất quạt của mô men tải, trạng thái này có dạng:

Với mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ:

Vì vậy, để điều chỉnh trơn tru vô cấp tốc độ trục của động cơ điện không đồng bộ, bộ biến tần phải cung cấp khả năng điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp trên stato của động cơ không đồng bộ.

Ưu điểm của việc sử dụng bộ truyền động điện điều chỉnh trong quy trình công nghệ

Việc sử dụng bộ truyền động điện được điều khiển đảm bảo tiết kiệm năng lượng và cho phép đạt được những phẩm chất mới của hệ thống và vật thể. Tiết kiệm năng lượng đáng kể đạt được bằng cách điều chỉnh bất kỳ thông số công nghệ nào. Nếu là băng tải hoặc băng tải thì bạn có thể điều chỉnh tốc độ chuyển động của nó. Nếu là máy bơm hoặc quạt, bạn có thể duy trì áp suất hoặc điều chỉnh hiệu suất. Nếu đây là máy công cụ thì bạn có thể điều chỉnh tốc độ nạp hoặc chuyển động chính một cách trơn tru.

Hiệu quả kinh tế đặc biệt từ việc sử dụng bộ biến tần đến từ việc sử dụng bộ điều chỉnh tần số tại các cơ sở vận chuyển chất lỏng. Cho đến nay, cách phổ biến nhất để điều chỉnh hoạt động của các vật thể đó là sử dụng van cổng hoặc van điều khiển, nhưng ngày nay việc điều khiển tần số của động cơ không đồng bộ truyền động, chẳng hạn như cánh quạt của bộ bơm hoặc quạt, đang trở nên khả dụng.


Lời hứa về việc điều chỉnh tần số có thể thấy rõ trong Hình 1

Vì vậy, khi điều tiết, dòng chảy của một chất bị hạn chế bởi một cổng hoặc van không thực hiện bất kỳ công hữu ích nào. Việc sử dụng bộ truyền động điện có thể điều chỉnh của máy bơm hoặc quạt cho phép bạn đặt áp suất hoặc tốc độ dòng chảy cần thiết, điều này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm tổn thất của chất vận chuyển.

Cấu trúc bộ biến tần

Hầu hết các bộ biến tần hiện đại đều được chế tạo bằng sơ đồ chuyển đổi kép. Chúng bao gồm các bộ phận chính sau: liên kết DC (bộ chỉnh lưu không điều khiển), bộ biến tần xung nguồn và hệ thống điều khiển.

Liên kết DC bao gồm bộ chỉnh lưu không điều khiển và bộ lọc. Điện áp xoay chiều của mạng cung cấp được chuyển đổi thành điện áp dòng điện một chiều.

Bộ biến tần xung ba pha công suất bao gồm sáu công tắc bóng bán dẫn. Mỗi cuộn dây của động cơ điện được nối thông qua một công tắc tương ứng với cực dương và cực âm của bộ chỉnh lưu. Biến tần chuyển đổi điện áp chỉnh lưu thành điện áp ba pha điện xoay chiều tần số và biên độ cần thiết được áp dụng cho cuộn dây stato của động cơ điện.

Trong các giai đoạn đầu ra của biến tần, các bóng bán dẫn IGBT công suất được sử dụng làm công tắc. So với thyristor, chúng có tần số chuyển mạch cao hơn, cho phép chúng tạo ra tín hiệu đầu ra hình sin với độ méo tối thiểu.

Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần

Bộ biến tần bao gồm một bộ chỉnh lưu công suất diode không điều khiển B, một bộ biến tần tự động, một hệ thống điều khiểnPWM, một hệ thống điều khiển tự động, một cuộn cảm Lв và một tụ lọc Cв (Hình 2). Điều chỉnh tần số đầu ra. và Uout điện áp được thực hiện trong biến tần nhờ điều khiển độ rộng xung tần số cao.

Điều khiển độ rộng xung được đặc trưng bởi một khoảng thời gian điều chế, trong đó cuộn dây stato của động cơ điện được nối luân phiên với cực dương và cực âm của bộ chỉnh lưu.

Khoảng thời gian của các trạng thái này trong chu kỳ xung điện được điều chế theo quy luật hình sin. Ở mức cao (thường là 2...15 kHz) tốc độ đồng hồ Trong cuộn dây của động cơ điện, có tính chất lọc nên có dòng điện hình sin chạy qua, trong các cuộn dây của động cơ điện có xung điều khiển từ xa (PWM).


Việc điều chỉnh tốc độ không đi kèm với việc tăng độ trượt của động cơ không đồng bộ nên tổn thất điện năng trong quá trình điều chỉnh là nhỏ. Để đạt được hiệu suất năng lượng cao của động cơ không đồng bộ - hệ số công suất, hiệu suất, khả năng quá tải - cần thay đổi điện áp đầu vào đồng thời với tần số.

Cấu trúc bộ biến tần

Hiện đại nhất Bộ chuyển đổi tần sốđược xây dựng bằng cách sử dụng sơ đồ chuyển đổi kép. Điện áp hình sin đầu vào có biên độ và tần số không đổi được chỉnh lưu trong liên kết DC B, được làm mịn bằng bộ lọc gồm một cuộn cảm Lв và tụ lọc Cv, sau đó được biến đổi lại bằng biến tần AIN thành điện áp xoay chiều có tần số và biên độ thay đổi. Điều chỉnh tần số đầu ra đánh nhau. và Uout điện áp được thực hiện trong biến tần nhờ điều khiển độ rộng xung tần số cao. Điều khiển độ rộng xung được đặc trưng bởi một khoảng thời gian điều chế, trong đó cuộn dây stato của động cơ điện được nối luân phiên với cực dương và cực âm của bộ chỉnh lưu.



Khoảng thời gian nối của mỗi cuộn dây trong khoảng thời gian lặp lại xung được điều chế theo định luật hình sin. Độ rộng xung lớn nhất được cung cấp ở giữa nửa chu kỳ và giảm dần về đầu và cuối nửa chu kỳ. Như vậy, hệ thống điều khiển của hệ thống điều khiển cung cấp khả năng điều chế độ rộng xung (PWM) của điện áp đặt vào cuộn dây động cơ, biên độ và tần số của điện áp được xác định bởi các tham số của hàm điều chế hình sin. Do đó, một điện áp xoay chiều ba pha có tần số và biên độ thay đổi được hình thành ở đầu ra của bộ biến tần.

Chúng tôi luôn vui mừng khi được gặp lại các đối tác cũ và mong chờ những đối tác mới.


Giao hàng đến tất cả các vùng của Nga!

Bộ chuyển đổi tần số

Kể từ cuối những năm 1960, các bộ biến tần đã thay đổi đáng kể, phần lớn là do sự phát triển của công nghệ vi xử lý và chất bán dẫn cũng như giá thành ngày càng giảm của chúng.

Tuy nhiên, các nguyên tắc cơ bản vốn có của bộ biến tần vẫn giữ nguyên.

Bộ biến tần bao gồm bốn phần tử chính:

Cơm. 1. Sơ đồ khối bộ biến tần

1. Bộ chỉnh lưu tạo ra điện áp DC dao động khi nó được kết nối với nguồn điện xoay chiều một pha/ba pha. Có hai loại bộ chỉnh lưu chính - được kiểm soát và không được kiểm soát.

2.Mạch trung gian thuộc một trong ba loại:

a) Biến đổi điện áp chỉnh lưu thành dòng điện một chiều.

b) ổn định hoặc ổn định điện áp DC xung và cung cấp cho bộ biến tần.

c) chuyển đổi điện áp DC không đổi của bộ chỉnh lưu thành điện áp xoay chiều thay đổi.

3. Bộ biến tần tạo ra tần số điện áp của động cơ điện. Một số bộ biến tần cũng có thể chuyển đổi điện áp DC không đổi thành điện áp xoay chiều khác nhau.

4. Mạch điều khiển điện tử gửi tín hiệu đến bộ chỉnh lưu, mạch trung gian và bộ biến tần và nhận tín hiệu từ các phần tử này. Việc xây dựng các phần tử được điều khiển phụ thuộc vào thiết kế của bộ biến tần cụ thể (xem Hình 2.02).

Điểm chung của tất cả các bộ biến tần là tất cả các mạch điều khiển đều điều khiển các phần tử bán dẫn của bộ biến tần. Bộ biến tần khác nhau ở chế độ chuyển mạch được sử dụng để điều chỉnh điện áp cung cấp cho động cơ.

Trong bộ lễ phục. 2, thể hiện các nguyên tắc cấu tạo/điều khiển khác nhau của bộ chuyển đổi, các ký hiệu sau đây được sử dụng:

1- bộ chỉnh lưu có điều khiển,

2- chỉnh lưu không điều khiển được,

3- mạch trung gian có dòng điện một chiều thay đổi,

4- Mạch trung gian có điện áp không đổi DC

5- mạch trung gian có dòng điện một chiều thay đổi,

6- Biến tần có điều chế biên độ xung (PAM)

7- Biến tần với điều chế độ rộng xung (PWM)

Biến tần hiện tại (IT) (1+3+6)

Bộ chuyển đổi có điều chế biên độ xung (PAM) (1+4+7) (2+5+7)

Bộ chuyển đổi điều chế độ rộng xung (PWM/VVCplus) (2+4+7)

Cơm. 2. Nguyên tắc khác nhau xây dựng/điều khiển bộ biến tần

Để đầy đủ, cần đề cập đến các bộ chuyển đổi trực tiếp không có mạch trung gian. Những bộ chuyển đổi như vậy được sử dụng trong dải công suất megawatt để tạo ra điện áp cung cấp tần số thấp trực tiếp từ mạng 50 Hz, với tần số đầu ra tối đa khoảng 30 Hz.

bộ chỉnh lưu

Điện áp nguồn chính là điện áp xoay chiều ba pha hoặc một pha có tần số cố định (ví dụ: 3x400 V/50 Hz hoặc 1 x 240 V/50 Hz); Đặc điểm của các điện áp này được minh họa trong hình dưới đây.

Cơm. 3. Điện áp xoay chiều một pha và ba pha

Trong hình, cả ba pha đều dịch chuyển theo thời gian, điện áp pha liên tục thay đổi hướng và tần số biểu thị số chu kỳ trong một giây. Tần số 50 Hz có nghĩa là có 50 tiết mỗi giây (50 x T), tức là một khoảng thời gian kéo dài 20 mili giây.

Bộ chỉnh lưu của bộ biến tần được chế tạo trên điốt hoặc trên thyristor hoặc kết hợp cả hai. Bộ chỉnh lưu được xây dựng trên điốt không được điều khiển, trong khi bộ chỉnh lưu được xây dựng trên thyristor được điều khiển. Nếu sử dụng cả điốt và thyristor thì bộ chỉnh lưu là bán điều khiển.

Bộ chỉnh lưu không điều khiển

Cơm. 4. Chế độ vận hành diode.

Điốt cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng: từ cực dương (A) đến cực âm (K). Như trường hợp của một số người khác Thiết bị bán dẫn, dòng điốt không thể điều chỉnh được. Điện áp xoay chiều được diode chuyển đổi thành điện áp DC xung. Nếu bộ chỉnh lưu ba pha không được điều khiển được cấp nguồn bằng điện áp xoay chiều ba pha thì trong trường hợp này điện áp DC sẽ dao động.

Cơm. 5. Bộ chỉnh lưu không điều khiển

Trong bộ lễ phục. Hình 5 cho thấy bộ chỉnh lưu ba pha không điều khiển có chứa hai nhóm điốt. Một nhóm bao gồm các điốt D1, D3 và D5. Nhóm còn lại bao gồm điốt D2, D4 và D6. Mỗi diode dẫn dòng điện trong một phần ba thời gian (120°). Trong cả hai nhóm, điốt dẫn dòng điện theo một trình tự nhất định. Khoảng thời gian mà cả hai nhóm làm việc lệch nhau 1/6 thời gian của khoảng thời gian T (60°).

Điốt D1,3,5 mở (dẫn điện) khi đặt điện áp dương vào chúng. Nếu điện áp pha L đạt giá trị cực đại dương thì diode D mở và cực A nhận điện áp pha L1, hai diode còn lại sẽ hoạt động điện áp ngược giá trị U L1-2 và U L1-3

Điều tương tự cũng xảy ra ở nhóm điốt D2,4,6. Trong trường hợp này, đầu B nhận được điện áp pha âm. Nếu ở khoảnh khắc này pha L3 đạt giá trị âm cực đại, diode D6 hở (dẫn điện). Cả hai điốt khác đều bị ảnh hưởng bởi điện áp ngược có cường độ U L3-1 và U L3-2

Điện áp ra của bộ chỉnh lưu không điều khiển bằng hiệu điện áp của hai nhóm diode này. Giá trị trung bình của điện áp DC gợn sóng là 1,35 x điện áp nguồn.

Cơm. 6. Điện áp ra của bộ chỉnh lưu ba pha không điều khiển

Bộ chỉnh lưu có điều khiển

Trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, điốt được thay thế bằng thyristor. Giống như một diode, thyristor truyền dòng điện chỉ theo một hướng - từ cực dương (A) đến cực âm (K). Tuy nhiên, trái ngược với diode, thyristor có điện cực thứ ba gọi là “cổng” (G). Để mở thyristor, tín hiệu phải được đưa vào cổng. Nếu dòng điện chạy qua thyristor thì thyristor sẽ cho dòng điện chạy qua cho đến khi dòng điện trở thành bằng 0.

Dòng điện không thể bị gián đoạn bằng cách đưa tín hiệu vào cổng. Thyristor được sử dụng trong cả bộ chỉnh lưu và bộ biến tần.

Tín hiệu điều khiển a được cung cấp cho cổng thyristor, được đặc trưng bởi độ trễ biểu thị bằng độ. Những độ này gây ra độ trễ giữa thời điểm điện áp vượt qua 0 và thời điểm thyristor mở.

Cơm. 7. Chế độ vận hành Thyristor

Nếu góc a nằm trong phạm vi từ 0° đến 90° thì mạch thyristor được sử dụng làm bộ chỉnh lưu, và nếu trong phạm vi từ 90° đến 300° thì mạch này được sử dụng làm bộ biến tần.

Cơm. 8. Bộ chỉnh lưu ba pha có điều khiển

Bộ chỉnh lưu có điều khiển về cơ bản không khác gì bộ chỉnh lưu không điều khiển, ngoại trừ việc thyristor được điều khiển bởi tín hiệu a và bắt đầu dẫn điện từ thời điểm một diode thông thường bắt đầu dẫn điện cho đến thời điểm muộn hơn 30 ° so với điểm mà điện áp vượt qua số không.

Việc điều chỉnh giá trị của a cho phép bạn thay đổi độ lớn của điện áp chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu được điều khiển tạo ra một điện áp không đổi, giá trị trung bình của nó là 1,35 x điện áp nguồn x cos α

Cơm. 9. Điện áp ra của bộ chỉnh lưu ba pha có điều khiển

So với bộ chỉnh lưu không điều khiển, bộ chỉnh lưu được điều khiển có tổn thất đáng kể hơn và gây nhiễu cao hơn vào mạng lưới cung cấp điện, vì với thời gian truyền dẫn của thyristor ngắn hơn, bộ chỉnh lưu tiêu tốn nhiều năng lượng hơn từ mạng. dòng điện phản kháng.

Ưu điểm của bộ chỉnh lưu có điều khiển là khả năng trả lại năng lượng cho mạng lưới cung cấp.

Chuỗi trung gian

Mạch trung gian có thể được coi là một thiết bị lưu trữ mà từ đó động cơ điện có thể lấy năng lượng thông qua bộ biến tần. Tùy thuộc vào bộ chỉnh lưu và bộ biến tần, có thể có ba nguyên tắc để xây dựng mạch trung gian.

Biến tần - nguồn hiện tại (1 bộ chuyển đổi)

Cơm. 10. Mạch trung gian DC biến thiên

Trong trường hợp bộ biến tần - nguồn dòng điện, mạch trung gian chứa một cuộn dây có độ tự cảm lớn và chỉ được giao tiếp với bộ chỉnh lưu được điều khiển. Cuộn cảm chuyển đổi điện áp khác nhau của bộ chỉnh lưu thành dòng điện một chiều khác nhau. Điện áp của động cơ điện được xác định bởi tải.

Biến tần - nguồn điện áp (U-converter)

Cơm. 11. Mạch trung gian điện áp một chiều

Trong trường hợp bộ biến tần - nguồn điện áp, mạch trung gian là bộ lọc chứa tụ điện và có thể giao tiếp với bộ chỉnh lưu thuộc một trong hai loại. Bộ lọc làm mịn điện áp DC xung (U21) của bộ chỉnh lưu.

Trong bộ chỉnh lưu được điều khiển, điện áp ở tần số nhất định là không đổi và được cung cấp cho biến tần dưới dạng điện áp DC thực (U22) với biên độ khác nhau.

Trong các bộ chỉnh lưu không điều khiển, điện áp ở đầu vào biến tần là điện áp không đổi với biên độ không đổi.

Mạch trung gian biến đổi điện áp một chiều

Cơm. 12. Mạch trung gian có điện áp thay đổi

Trong các mạch trung gian có điện áp DC khác nhau, bạn có thể bật cầu dao phía trước bộ lọc, như trong Hình. 12.

Bộ ngắt điện chứa một bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc, bật và tắt điện áp chỉnh lưu. Hệ thống điều khiển điều khiển máy cắt bằng cách so sánh điện áp thay đổi sau bộ lọc (U v) với tín hiệu đầu vào. Nếu có sự khác biệt, tỷ lệ sẽ được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian bật và thời gian tắt của bóng bán dẫn. Điều này làm thay đổi giá trị hiệu dụng và cường độ của điện áp không đổi, có thể được biểu thị bằng công thức

U v = U x t bật / (t bật + t tắt)

Khi bóng bán dẫn chopper mở mạch dòng điện, cuộn cảm của bộ lọc sẽ tạo ra điện áp trên bóng bán dẫn vô cùng lớn. Để tránh điều này, cầu dao được bảo vệ bằng một diode chuyển mạch nhanh. Khi bóng bán dẫn mở và đóng như trong hình. 13, điện áp sẽ cao nhất ở chế độ 2.

Cơm. 13. Transitor chopper điều khiển điện áp mạch trung gian

Bộ lọc mạch trung gian làm mịn điện áp sóng vuông sau bộ cắt. Tụ điện và cuộn cảm lọc duy trì điện áp không đổi ở tần số nhất định.

Tùy thuộc vào thiết kế, mạch trung gian cũng có thể thực hiện chức năng bổ sung, bao gôm:

Cách ly bộ chỉnh lưu với biến tần

Giảm sóng hài

Lưu trữ năng lượng để hạn chế sự đột biến của tải không liên tục.

Biến tần

Biến tần là liên kết cuối cùng trong bộ biến tần trước động cơ điện và là nơi xảy ra sự thích ứng cuối cùng của điện áp đầu ra.

Bộ biến tần cung cấp các điều kiện hoạt động bình thường trong toàn bộ phạm vi điều khiển bằng cách điều chỉnh điện áp đầu ra phù hợp với điều kiện tải. Điều này cho phép bạn duy trì từ hóa tối ưu của động cơ.

Từ mạch trung gian, biến tần nhận được

Dòng điện một chiều thay đổi,

Thay đổi điện áp DC hoặc

Điện áp DC không đổi.

Nhờ có bộ biến tần, trong mỗi trường hợp này, một lượng thay đổi được cung cấp cho động cơ điện. Nói cách khác, biến tần luôn tạo ra tần số điện áp mong muốn cung cấp cho động cơ điện. Nếu dòng điện hoặc điện áp thay đổi, biến tần chỉ tạo ra tần số mong muốn. Nếu điện áp không đổi, biến tần sẽ tạo ra cả tần số và điện áp mong muốn cho động cơ.

Mặc dù bộ biến tần hoạt động theo nhiều cách khác nhau nhưng cấu trúc cơ bản của chúng luôn giống nhau. Các bộ phận chính của bộ biến tần là các thiết bị bán dẫn được điều khiển, được kết nối theo cặp thành ba nhánh.

Hiện nay, hầu hết các thyristor đều được thay thế bằng các bóng bán dẫn tần số cao, có khả năng đóng mở rất nhanh. Tần số chuyển mạch thường nằm trong khoảng từ 300 Hz đến 20 kHz và phụ thuộc vào thiết bị bán dẫn được sử dụng.

Các thiết bị bán dẫn trong biến tần được đóng mở bằng tín hiệu do mạch điều khiển tạo ra. Tín hiệu có thể được tạo ra theo nhiều cách khác nhau.

Cơm. 14. Biến tần dòng điện mạch trung gian có điện áp biến đổi thông thường.

Bộ biến tần thông thường, chủ yếu chuyển đổi dòng điện mạch trung gian có điện áp khác nhau, chứa sáu thyristor và sáu tụ điện.

Tụ điện cho phép thyristor đóng mở sao cho dòng điện trong cuộn dây lệch pha 120 độ và phải điều chỉnh phù hợp với kích thước của động cơ điện. Khi dòng điện được cấp định kỳ vào các cực của động cơ theo trình tự U-V, V-W, W-U, U-V..., sẽ xuất hiện một từ trường quay không liên tục có tần số yêu cầu. Ngay cả khi dòng điện động cơ có dạng gần như hình chữ nhật thì điện áp động cơ sẽ gần như hình sin. Tuy nhiên, khi bật hoặc tắt dòng điện, điện áp luôn xảy ra.

Các tụ điện được tách khỏi dòng tải của động cơ điện bằng điốt.

Cơm. 15. Biến tần cho điện áp thay đổi hoặc không đổi của mạch trung gian và sự phụ thuộc của dòng điện ra vào tần số chuyển mạch của biến tần

Biến tần có điện áp mạch trung gian thay đổi hoặc không đổi chứa sáu phần tử chuyển mạch và bất kể loại thiết bị bán dẫn nào được sử dụng, chúng đều hoạt động gần như giống nhau. Mạch điều khiển đóng mở các thiết bị bán dẫn bằng nhiều phương pháp điều chế khác nhau, từ đó làm thay đổi tần số đầu ra của bộ biến tần.

Phương pháp đầu tiên là thay đổi điện áp hoặc dòng điện trong mạch trung gian.

Khoảng thời gian mở của các thiết bị bán dẫn riêng lẻ được sắp xếp theo trình tự được sử dụng để đạt được tần số đầu ra yêu cầu.

Trình tự chuyển mạch bán dẫn này được điều khiển bởi cường độ của điện áp hoặc dòng điện trung gian khác nhau. Nhờ sử dụng bộ dao động, điều khiển điện áp, tần số luôn theo dõi biên độ điện áp. Kiểu điều khiển biến tần này được gọi là điều chế biên độ xung (PAM).

Đối với điện áp mạch trung gian cố định, một phương pháp cơ bản khác được sử dụng. Điện áp động cơ có thể thay đổi bằng cách đặt điện áp mạch trung gian vào cuộn dây động cơ trong khoảng thời gian dài hơn hoặc ngắn hơn.

Cơm. 16 Điều chế biên độ và thời lượng xung

Tần số được thay đổi bằng cách thay đổi các xung điện áp dọc theo trục thời gian - dương trong nửa chu kỳ này và âm trong nửa chu kỳ còn lại.

Vì phương pháp này làm thay đổi thời lượng (độ rộng) của xung điện áp nên nó được gọi là điều chế độ rộng xung (PWM). Điều chế PLC (và các phương pháp liên quan như điều khiển bằng sóng hình sin) là phương pháp điều khiển biến tần phổ biến nhất.

Trong điều chếPWM, mạch điều khiển xác định thời điểm các thiết bị bán dẫn chuyển đổi tại điểm giao nhau của điện áp dốc và điện áp tham chiếu hình sin chồng lên nhau (PWM điều khiển hình sin). Các phương pháp điều chế độ rộng xung đầy hứa hẹn khác là các phương pháp điều chế độ rộng xung được sửa đổi như WC và WC plus, được phát triển bởi Tập đoàn Danfoss.

Linh kiện bán dẫn

Vì các bóng bán dẫn có thể chuyển đổi ở tốc độ cao nên nhiễu điện từ xảy ra khi động cơ bị “xung” (từ hóa) sẽ giảm đi.

Một ưu điểm khác của tần số chuyển mạch cao là tính linh hoạt trong việc điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến tần, cho phép tạo ra dòng điện động cơ hình sin, trong khi mạch điều khiển chỉ cần bật tắt các bóng bán dẫn biến tần.

Tần số chuyển đổi biến tần là “con dao hai lưỡi” vì tần số cao có thể dẫn đến nóng động cơ điện và xuất hiện điện áp đỉnh lớn. Tần số chuyển mạch càng cao thì tổn thất càng cao.

Mặt khác, tần số chuyển mạch thấp có thể dẫn đến nhiễu âm thanh cao.

Các bóng bán dẫn tần số cao có thể được chia thành ba nhóm chính:

Transistor lưỡng cực(LTR)

MOSFET đơn cực (MOS-FET)

Transitor lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT)

Hiện nay, IGBT là loại bóng bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất vì chúng kết hợp đặc tính điều khiển của bóng bán dẫn MOS-FET với đặc tính đầu ra của bóng bán dẫn LTR; Ngoài ra, chúng có dải công suất phù hợp, độ dẫn điện và tần số chuyển mạch phù hợp, giúp việc điều khiển dễ dàng hơn đáng kể. bộ chuyển đổi hiện đại tần số.

Với IGBT, cả phần tử biến tần và bộ điều khiển biến tần đều được đặt trong một mô-đun đúc sẵn được gọi là "mô-đun nguồn thông minh" (IPM).

Điều chế biên độ xung (PAM)

Điều chế biên độ xung được sử dụng cho các bộ biến tần có điện áp mạch trung gian thay đổi.

Trong các bộ biến tần có bộ chỉnh lưu không điều khiển, biên độ của điện áp đầu ra được tạo ra bởi bộ ngắt mạch trung gian và nếu bộ chỉnh lưu được điều khiển thì biên độ sẽ được lấy trực tiếp.

Cơm. 20. Tạo điện áp trong các bộ biến tần có cầu dao ở mạch trung gian

Transitor (chopper) trong hình. 20 được mở khóa hoặc khóa bởi mạch điều khiển và điều chỉnh. Thời gian chuyển mạch phụ thuộc vào giá trị danh định (tín hiệu đầu vào) và tín hiệu điện áp đo được (giá trị thực). Giá trị thực được đo ở tụ điện.

Cuộn cảm và tụ điện hoạt động như một bộ lọc làm dịu gợn sóng điện áp. Đỉnh điện áp phụ thuộc vào thời gian bật bóng bán dẫn và nếu giá trị danh nghĩa và thực tế khác nhau, bộ ngắt sẽ hoạt động cho đến khi đạt được mức điện áp yêu cầu.

điều chỉnh tần số

Tần số của điện áp đầu ra được biến tần thay đổi trong một khoảng thời gian và các thiết bị chuyển mạch bán dẫn được vận hành nhiều lần trong một khoảng thời gian.

Thời gian của khoảng thời gian có thể được điều chỉnh theo hai cách:

1. trực tiếp bằng tín hiệu đầu vào hoặc

2. sử dụng điện áp không đổi thay đổi, tỷ lệ thuận tín hiệu đầu vào.

Cơm. 21a. Điều khiển tần số sử dụng điện áp mạch trung gian

Điều chế độ rộng xung là phương pháp phổ biến nhất để tạo ra điện áp ba pha với tần số thích hợp.

Với điều chế độ rộng xung, sự hình thành tổng điện áp của mạch trung gian (≈ √2 x U nguồn điện chính) được xác định bởi thời lượng và tần số chuyển mạch của các phần tử nguồn. Tốc độ lặp lại của các xung điều hòa giữa các thời điểm bật và tắt có thể thay đổi và cho phép điều chỉnh điện áp.

Có ba tùy chọn chính để cài đặt chế độ chuyển đổi trong biến tần được điều khiển bằng điều chế độ rộng xung.

1.PWM điều khiển hình sin

2.PWM đồng bộ

3.PWM không đồng bộ

Mỗi chân của bộ biến tần ba pha có thể có hai trạng thái khác nhau (bật và tắt).

Ba công tắc tạo thành tám tổ hợp chuyển mạch có thể có (2 3), và do đó có tám vectơ điện áp số ở đầu ra của bộ biến tần hoặc ở cuộn dây stato của động cơ điện được kết nối. Như thể hiện trong hình. Trong hình 21b, các vectơ 100, 110, 010, 011, 001, 101 này nằm ở các góc của lục giác ngoại tiếp, sử dụng vectơ 000 và 111 làm vectơ 0.

Trong trường hợp tổ hợp chuyển mạch 000 và 111, cùng một điện thế được tạo ra ở cả ba đầu ra của biến tần - dương hoặc âm đối với mạch trung gian (xem Hình 21c). Đối với động cơ điện, điều này có nghĩa là có tác dụng gần như làm ngắn mạch các cực; điện áp O V cũng được đặt vào cuộn dây của động cơ điện.

Điều khiển bằng sóng sin

Điều khiển bằng sóng hình sin sử dụng điện áp tham chiếu hình sin (Us) để điều khiển từng đầu ra biến tần. Khoảng thời gian của chu kỳ điện áp hình sin tương ứng với tần số cơ bản mong muốn của điện áp đầu ra. Một điện áp răng cưa (UD) được đặt vào ba điện áp tham chiếu, xem hình. 22.

Cơm. 22. Nguyên lý hoạt động của xung điều khiển hình sin (có hai điện áp tham chiếu)

Khi điện áp tăng dần và điện áp tham chiếu hình sin giao nhau, chất bán dẫn biến tần sẽ mở hoặc đóng.

Các nút giao được xác định yếu tố điện tử các bảng điều khiển. Nếu điện áp tăng dần lớn hơn điện áp hình sin thì khi điện áp tăng giảm, xung đầu ra thay đổi từ dương sang âm (hoặc từ âm sang dương), do đó điện áp đầu ra bộ biến tần được xác định bởi điện áp mạch trung gian.

Điện áp đầu ra thay đổi theo tỷ lệ giữa thời gian ở trạng thái mở và đóng và tỷ lệ này có thể được thay đổi để đạt được điện áp yêu cầu. Như vậy, biên độ xung điện áp âm và xung điện áp dương luôn tương ứng với một nửa điện áp của mạch trung gian.

Cơm. 23. Điện áp đầu ra của xung điều khiển hình sin

Ở tần số stato thấp, thời gian ở trạng thái đóng tăng lên và có thể dài đến mức không thể duy trì tần số điện áp dốc.

Điều này làm tăng thời gian không có điện áp và động cơ sẽ chạy không đều. Để tránh điều này, ở tần số thấp, bạn có thể tăng gấp đôi tần số của điện áp tăng dần.

Điện áp pha tại các đầu ra của bộ biến tần tương ứng với một nửa điện áp mạch trung gian chia cho √ 2, tức là. bằng một nửa điện áp nguồn. Điện áp đường dây tại các cực đầu ra là √ 3 lần điện áp pha, tức là. bằng điện áp nguồn nhân với 0,866.

Bộ biến tần được điều khiển bằng xung điện chỉ hoạt động điều chỉnh điện áp tham chiếu sóng hình sin có thể cung cấp điện áp bằng 86,6% điện áp định mức (xem Hình 23).

Khi sử dụng điều chế sóng sin thuần túy, điện áp đầu ra của bộ biến tần không thể đạt tới điện áp động cơ vì điện áp đầu ra cũng sẽ giảm đi 13%.

Tuy nhiên, có thể đạt được điện áp bổ sung cần thiết bằng cách giảm số xung khi tần số vượt quá khoảng 45 Hz, nhưng phương pháp này có một số nhược điểm. Đặc biệt, nó gây ra sự thay đổi điện áp từng bước, dẫn đến động cơ điện hoạt động không ổn định. Nếu số lượng xung giảm, sóng hài cao hơn ở đầu ra của bộ biến tần sẽ tăng lên, làm tăng tổn thất trong động cơ điện.

Một cách khác để giải quyết vấn đề này là sử dụng các điện áp tham chiếu khác thay vì ba điện áp hình sin. Những ứng suất này có thể có hình dạng bất kỳ (ví dụ như hình thang hoặc bậc thang).

Ví dụ, một điện áp tham chiếu chung sử dụng sóng hài thứ ba của điện áp tham chiếu hình sin. Có thể có được chế độ chuyển mạch như vậy cho các thiết bị bán dẫn của biến tần, chế độ này sẽ làm tăng điện áp đầu ra của bộ biến tần bằng cách tăng biên độ của điện áp tham chiếu hình sin lên 15,5% và thêm sóng hài thứ ba vào nó.

Đồng bộ xung

Khó khăn chính khi sử dụng phương pháp điều khiển hình sin là cần phải xác định giá trị tối ưu thời gian chuyển mạch và góc điện áp trong quá trình khoảng thời gian quy định. Những thời gian chuyển đổi này phải được thiết lập sao cho chỉ cho phép mức tối thiểu các sóng hài cao hơn. Chế độ chuyển mạch này chỉ được duy trì trong một dải tần số nhất định (có giới hạn). Hoạt động ngoài phạm vi này yêu cầu sử dụng phương pháp chuyển mạch khác.

PWM không đồng bộ

Nhu cầu định hướng trường và khả năng đáp ứng của hệ thống về mặt điều khiển mô-men xoắn và tốc độ của bộ truyền động xoay chiều ba pha (bao gồm cả động cơ servo) đòi hỏi phải thay đổi từng bước về biên độ và góc của điện áp biến tần. Việc sử dụng chế độ chuyển mạch "bình thường" hoặc "PWM đồng bộ" không cho phép thay đổi từng bước về biên độ và góc của điện áp biến tần.

Một cách để đáp ứng yêu cầu này là điều chế xung điện không đồng bộ, thay vì đồng bộ hóa việc điều chế điện áp đầu ra với tần số đầu ra, như thường được thực hiện để giảm sóng hài trong động cơ điện, thì điều chỉnh vòng điều khiển điện áp vectơ, tạo ra sự ghép nối đồng bộ với tần số đầu ra.

Có hai tùy chọn chính cho xung điện không đồng bộ:

SFAVM (Điều chế vectơ không đồng bộ theo hướng dòng chảy của Stator = (Điều chế vectơ không đồng bộ hướng theo từ thông stato)

60° AVM (Điều chế vectơ không đồng bộ = điều chế vectơ không đồng bộ).

SFAVM là một phương pháp điều chế vectơ không gian cho phép ngẫu nhiên, nhưng thay đổi đột ngột điện áp, biên độ và góc của biến tần trong thời gian chuyển mạch. Điều này đạt được các đặc tính động tăng lên.

Mục đích chính của việc sử dụng phương pháp điều chế như vậy là để tối ưu hóa từ thông stato bằng cách sử dụng điện áp stato đồng thời giảm gợn sóng mô-men xoắn, vì độ lệch góc phụ thuộc vào trình tự chuyển mạch và có thể gây ra sự gia tăng gợn sóng mô-men xoắn. Do đó, trình tự giao hoán phải được tính toán sao cho giảm thiểu độ lệch góc vectơ. Việc chuyển đổi giữa các vectơ điện áp dựa trên việc tính toán đường từ thông mong muốn trong stato của động cơ, từ đó xác định mô-men xoắn.

Nhược điểm của các hệ thống nguồn điện xung thông thường trước đây là sự sai lệch về biên độ của vectơ từ thông stato và góc từ thông. Những sai lệch này ảnh hưởng xấu đến trường quay (mô-men xoắn) trong khe hở không khí của động cơ điện và gây ra xung mô-men xoắn. Ảnh hưởng của độ lệch biên độ U là không đáng kể và có thể giảm thêm bằng cách tăng tần số chuyển mạch.

Tạo điện áp động cơ

Công việc ổn định tương ứng với sự điều chỉnh của vectơ điện áp máy U wt sao cho nó mô tả một đường tròn (xem Hình 24).

Vectơ điện áp được đặc trưng bởi độ lớn của điện áp động cơ điện và tốc độ quay, tương ứng với tần số hoạt động tại thời điểm đang xem xét. Điện áp động cơ được tạo ra bằng cách tạo ra các giá trị trung bình bằng cách sử dụng các xung ngắn từ các vectơ liền kề.

Phương pháp SFAVM, được phát triển bởi Tập đoàn Danfoss, có các đặc tính sau:

Vectơ điện áp có thể được điều chỉnh theo biên độ và pha mà không sai lệch so với cài đặt đã đặt.

Trình tự chuyển mạch luôn bắt đầu bằng 000 hoặc 111. Điều này cho phép vectơ điện áp có ba chế độ chuyển mạch.

Giá trị trung bình của vectơ điện áp thu được bằng cách sử dụng các xung ngắn của các vectơ lân cận, cũng như các vectơ 0 000 và 111.

Mạch điều khiển

Mạch điều khiển, hay bảng điều khiển - thứ tư yếu tố chính bộ biến tần, được thiết kế để giải quyết bốn vấn đề quan trọng:

Điều khiển các phần tử bán dẫn của bộ biến tần.

Trao đổi dữ liệu giữa các bộ biến tần và thiết bị ngoại vi.

Thu thập dữ liệu và tạo thông báo lỗi.

Thực hiện chức năng bảo vệ cho bộ biến tần và động cơ điện.

Bộ vi xử lý đã tăng tốc độ của mạch điều khiển, mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của bộ truyền động và giảm số lượng phép tính cần thiết.

Bộ vi xử lý được tích hợp vào bộ biến tần và luôn có khả năng xác định tổ hợp xung tối ưu cho từng điều kiện hoạt động.

Mạch điều khiển bộ biến tần AIM

Cơm. 25 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển cho mạch trung gian được điều khiển bằng máy cắt.

Trong bộ lễ phục. Hình 25 cho thấy bộ biến tần có điều khiển AIM và bộ ngắt mạch trung gian. Mạch điều khiển điều khiển bộ chuyển đổi (2) và biến tần (3).

Việc điều khiển được thực hiện dựa trên giá trị tức thời của điện áp mạch trung gian.

Điện áp mạch trung gian điều khiển một mạch hoạt động như bộ đếm địa chỉ trong bộ nhớ lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ lưu trữ các chuỗi đầu ra cho mẫu xung biến tần. Khi điện áp mạch trung gian tăng, quá trình đếm diễn ra nhanh hơn, trình tự kết thúc sớm hơn và tần số đầu ra tăng.

Đối với điều khiển ngắt, điện áp mạch trung gian trước tiên được so sánh với giá trị danh định của tín hiệu điện áp tham chiếu. Tín hiệu điện áp này dự kiến ​​sẽ cung cấp điện áp và tần số đầu ra chính xác. Nếu tín hiệu tham chiếu và tín hiệu mạch trung gian bị thay đổi, bộ điều khiển PI sẽ thông báo cho mạch rằng thời gian chu kỳ cần được thay đổi. Điều này làm cho điện áp mạch trung gian được điều chỉnh theo tín hiệu tham chiếu.

Một phương pháp điều chế phổ biến để điều khiển bộ chuyển đổi nguồn là điều chế biên độ xung (PAM). Điều chế độ rộng xung (PWM) là một phương pháp hiện đại hơn.

Điều khiển trường (điều khiển vector)

Kiểm soát véc tơ có thể được tổ chức theo nhiều cách. Sự khác biệt chính giữa các phương pháp là tiêu chí được sử dụng để tính toán các giá trị của dòng điện hoạt động, dòng điện từ hóa (từ thông) và mô-men xoắn.

Khi so sánh động cơ DC và động cơ không đồng bộ ba pha (Hình 26), một số vấn đề nhất định được bộc lộ. Ở dòng điện một chiều, các thông số quan trọng để tạo ra mômen xoắn - từ thông (F) và dòng điện phần ứng - được cố định về kích thước và vị trí của pha và được xác định bởi hướng của cuộn dây kích từ và vị trí của cacbon. bàn chải (Hình 26a).

Trong động cơ một chiều, dòng điện phần ứng và dòng điện tạo ra từ thông nằm vuông góc với nhau và giá trị của chúng không lớn lắm. Trong động cơ điện không đồng bộ, vị trí của từ thông (F) và dòng điện rôto (I,) phụ thuộc vào tải. Hơn nữa, không giống như động cơ DC, góc pha và dòng điện không thể được xác định trực tiếp từ kích thước stato.

Cơm. 26. So sánh máy DC và máy không đồng bộ AC

Tuy nhiên, với sự giúp đỡ mô hình toán học Mô men xoắn có thể được tính từ mối quan hệ giữa từ thông và dòng điện stato.

Từ dòng điện stato đo được (l s), một thành phần (l w) được rút ra, tạo ra một mômen xoắn có từ thông (Ф) vuông góc giữa hai biến này (l in). Điều này tạo ra từ thông của động cơ điện (Hình 27).


Cơm. 27. Tính toán thành phần dòng điện điều độ tại hiện trường

Với hai thành phần dòng điện này, mô men xoắn và từ thông có thể bị ảnh hưởng độc lập. Tuy nhiên, do tính phức tạp nhất định của các phép tính dựa trên mô hình động học của động cơ điện, các phép tính như vậy chỉ mang lại hiệu quả về mặt chi phí trong các bộ truyền động kỹ thuật số.

Do điều khiển kích thích, độc lập với tải, được tách biệt khỏi điều khiển mô-men xoắn trong phương pháp này, nên có thể điều khiển động động cơ cảm ứng theo cách tương tự như động cơ DC - miễn là có tín hiệu nhận xét. Phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều ba pha này có những ưu điểm sau:

Phản ứng tốt với những thay đổi tải

Kiểm soát điện năng chính xác

Mô-men xoắn đầy đủ ở tốc độ bằng không

Đặc tính hiệu suất có thể so sánh với đặc tính của ổ đĩa DC.

Điều chỉnh đặc tính V/f và vectơ từ thông

TRONG những năm trước hệ thống kiểm soát tốc độ được phát triển động cơ ba pha AC dựa trên hai nguyên tắc khác nhauđiều khiển:

điều khiển V/f thông thường hoặc điều khiển SCALAR và điều khiển vectơ từ thông.

Cả hai phương pháp đều có ưu điểm riêng, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể về hiệu suất truyền động (động lực học) và độ chính xác.

Điều khiển V/f có phạm vi điều khiển tốc độ giới hạn (khoảng 1:20) và ở tốc độ thấp cần có nguyên tắc điều khiển khác (bù). Sử dụng phương pháp này, việc điều chỉnh bộ biến tần cho phù hợp với động cơ là tương đối dễ dàng và bộ điều khiển không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi tức thời của tải trên toàn bộ dải tốc độ.

Trong các bộ điều khiển từ thông, bộ biến tần phải được cấu hình chính xác cho động cơ, đòi hỏi kiến ​​thức chi tiết về các thông số của nó. Cũng được yêu cầu thành phần bổ sungđể nhận tín hiệu phản hồi.

Một số ưu điểm của loại điều khiển này:

Phản ứng nhanh với những thay đổi về tốc độ và phạm vi rộng tốc độ

Phản ứng năng động tốt hơn với những thay đổi hướng

Nguyên tắc điều khiển thống nhất được đảm bảo trên toàn bộ dải tốc độ.

Đối với người dùng giải pháp tối ưu sẽ có sự kết hợp tài sản tốt nhất cả hai nguyên tắc. Rõ ràng, cả hai đặc tính của khả năng chống tải/dỡ tải theo bước trên toàn bộ phạm vi tốc độ, thường là điểm mạnh của điều khiển V/f, và phản ứng nhanh với những thay đổi trong tham chiếu tốc độ (như trong điều khiển hiện trường) đều được yêu cầu.