بادئ ذي بدء، لماذا نستخدم محول التردد للتحكم في المحرك؟
دعونا نفهم بإيجاز هذين الجهازين أولاً.
المحرك عبارة عن حمل حثي، مما يعيق تغيير التيار، وسينتج تغيرًا كبيرًا في التيار عند بدء تشغيله.
محول التردد هو جهاز للتحكم في الطاقة يستخدم وظيفة التشغيل والإيقاف لجهاز أشباه موصلات الطاقة لتحويل مصدر طاقة تردد الطاقة إلى تردد آخر. يتكون بشكل أساسي من جزأين من الدائرة، أحدهما هو الدائرة الرئيسية (وحدة المعدل، والمكثف الإلكتروليتي، ووحدة العاكس)، والآخر هو دائرة التحكم (لوحة إمداد الطاقة التبديلية، ولوحة دائرة التحكم).
من أجل تقليل تيار بدء المحرك، خاصة بالنسبة للمحرك ذو الطاقة الأعلى، كلما زادت الطاقة، زاد تيار البدء. سيؤدي تيار البدء المفرط إلى عبئ أكبر على شبكة إمداد الطاقة والتوزيع، ويمكن لمحول التردد حل مشكلة البدء هذه بحيث يبدأ المحرك بسلاسة دون التسبب في تيار بدء زائد.
وظيفة أخرى لاستخدام محول التردد هي ضبط سرعة المحرك. في العديد من المناسبات، من الضروري التحكم في سرعة المحرك للحصول على كفاءة إنتاج أفضل، وكان تنظيم سرعة محول التردد دائمًا هو أهم ما يميزه. يمكن لمحول التردد تغيير تردد مصدر الطاقة لتحقيق الغرض من التحكم في سرعة المحرك.
ما هي طرق التحكم في العاكس؟
الطرق الخمس الأكثر شيوعًا التي يتحكم بها العاكس في المحرك هي كما يلي:
الجهد الناتج لتحويل التردد العالمي ذو الجهد المنخفض هو 380-650 فولت، طاقة الخرج هي 0.75-400 كيلو واط، وتردد العمل هو 0-400 هرتز. دائرتها الرئيسية تتبنى دائرة AC-DC-AC. وقد مرت طريقة التحكم بها عبر الأجيال الأربعة التالية.
1U/f=C طريقة التحكم في تعديل عرض النبضة الجيبية (SPWM).
إنه يتميز بهيكل دائرة تحكم بسيط، وتكلفة منخفضة، وخصائص ميكانيكية جيدة وصلابة، والتي يمكن أن تلبي متطلبات تنظيم السرعة السلس لناقل الحركة العام، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في مختلف مجالات الصناعة.
ومع ذلك، عندما تكون طريقة التحكم هذه بتردد منخفض، نظرًا لانخفاض جهد الخرج، يتأثر عزم الدوران بشكل كبير بانخفاض جهد مقاومة الجزء الثابت، مما يقلل من الحد الأقصى لعزم دوران الخرج.
بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصها الميكانيكية ليست صعبة مثل محركات التيار المستمر بعد ذلك، وقدرة عزم الدوران الديناميكي وأداء تنظيم السرعة الثابتة ليست مرضية، وأداء النظام ليس مرتفعًا، وسيتغير منحنى التحكم مع تغير الحمل، واستجابة عزم الدوران بطيء، ويدور المحرك، ومعدل الاستفادة من عزم الدوران ليس عاليًا، وينخفض الأداء بسبب وجود مقاومة الجزء الثابت وتأثير المنطقة الميتة للعاكس عند السرعة المنخفضة، ويصبح الثبات ضعيفًا. لذلك، طور الناس تنظيم سرعة تحويل تردد التحكم في ناقلات الأمراض.
وضع تحكم ناقل مساحة الجهد (SVPWM)
إنه يعتمد على فرضية تأثير التوليد الكلي لشكل الموجة ثلاثي الطور ويهدف إلى الاقتراب من مسار المجال المغناطيسي الدائري المثالي لفجوة الهواء الحركية. فهو يولد شكل موجة تعديل ثلاثي الطور في وقت واحد ويتحكم فيه بطريقة يقترب فيها المضلع المنقوش من الدائرة.
بعد الاستخدام العملي، تم تحسينه، أي أن إدخال تعويض التردد يمكن أن يزيل خطأ التحكم في السرعة؛ يمكن تقدير حجم وصلة التدفق من خلال التغذية المرتدة للتخلص من تأثير مقاومة الجزء الثابت عند السرعة المنخفضة؛ الجهد الناتج والتيار عبارة عن حلقة مغلقة لتحسين الدقة الديناميكية والاستقرار. ومع ذلك، هناك العديد من الروابط في دائرة التحكم، ولم يتم إدخال أي تعديل لعزم الدوران، لذلك لم يتم تحسين أداء النظام بشكل أساسي.
وضع التحكم في المتجه (VC)
تتمثل ممارسة تنظيم سرعة تحويل تردد التحكم في المتجهات في تحويل تيارات الجزء الثابت Ia وIb وIc للمحرك غير المتزامن في نظام الإحداثيات ثلاثي الطور إلى تيار متناوب مكافئ Ia1Ib1 في نظام الإحداثيات الثابت ثنائي الطور من خلال ثلاث مراحل - تحويل على مرحلتين، ومن ثم وفقًا لتحويل دوران الاتجاه للمجال المغناطيسي الدوار، فهو يعادل تيار DC Im1 وIt1 في نظام الإحداثيات الدوار المتزامن (Im1 يعادل تيار الإثارة لمحرك DC؛ إنه يعادل تيار عضو الإنتاج المتناسب مع عزم الدوران) ثم يقلد محرك DC في طريقة التحكم، يتم الحصول على كمية التحكم في محرك DC، ويتم تحقيق التحكم في المحرك غير المتزامن من خلال التحويل العكسي الإحداثي المقابل.
جوهرها هو أن محرك التيار المتردد يعادل محرك التيار المستمر، ويتم التحكم بشكل مستقل في مكوني السرعة والمجال المغناطيسي. من خلال التحكم في وصلة تدفق الدوار، ومن ثم تحلل تيار الجزء الثابت للحصول على مكوني عزم الدوران والمجال المغناطيسي، يمكن أن يحقق تحويل الإحداثيات التحكم في التربيع أو الفصل. إن اقتراح طريقة مكافحة ناقلات الأمراض له أهمية تاريخية. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، نظرًا لصعوبة المراقبة الدقيقة لوصلة تدفق الدوار، تتأثر خصائص النظام بشكل كبير بمعلمات المحرك، ويكون تحويل دوران المتجهات المستخدم في عملية التحكم في محرك DC المكافئ أكثر تعقيدًا، مما يجعل من الصعب تأثير التحكم الفعلي لتحقيق التحليل المثالي. نتيجة.
وضع التحكم المباشر في عزم الدوران (DTC)
في عام 1985، اقترح البروفيسور ديبنبروك من جامعة الرور في ألمانيا تقنية تحويل التردد للتحكم المباشر في عزم الدوران لأول مرة. تحل هذه التكنولوجيا إلى حد كبير أوجه القصور المذكورة أعلاه في التحكم في ناقلات الأمراض وقد تطورت بسرعة بأفكار تحكم جديدة وبنية نظام بسيطة وواضحة وأداء ديناميكي وثابت ممتاز.
في الوقت الحاضر، تم تطبيق هذه التكنولوجيا بنجاح على نقل التيار المتردد عالي الطاقة للقاطرة الكهربائية. يقوم التحكم المباشر في عزم الدوران بتحليل النموذج الرياضي لمحرك التيار المتردد مباشرة في نظام إحداثيات الجزء الثابت ويتحكم في رابط التدفق وعزم دوران المحرك. لا يحتاج إلى مساواة محرك التيار المتردد بمحرك DC، وبالتالي توفير العديد من الحسابات المعقدة في تحويل دوران المتجهات؛ فهو لا يحتاج إلى محاكاة التحكم في محرك التيار المستمر، ولا يحتاج إلى تبسيط النموذج الرياضي لمحرك التيار المتردد لفصله.
وضع التحكم في المصفوفة AC-AC
إن تحويل تردد VVVF، وتحويل تردد التحكم في المتجهات، وتحويل تردد التحكم في عزم الدوران المباشر كلها تحويلات تردد AC-DC-AC. عيوبها الشائعة هي انخفاض عامل طاقة الإدخال، والتيار التوافقي الكبير، ومكثفات تخزين الطاقة الكبيرة لدوائر التيار المستمر، ولا يمكن تغذية الطاقة المتجددة مرة أخرى إلى الشبكة، أي لا يمكن إجراء عملية رباعية الأرباع.
لهذا السبب، ظهر تحويل تردد المصفوفة AC-AC إلى حيز الوجود. نظرًا لأن تحويل تردد المصفوفة AC-AC يلغي وصلة DC المتوسطة، فقد تم حذف المكثفات الإلكتروليتية الضخمة والمكلفة. يمكن أن يدرك أن عامل الطاقة هو l، وأن تيار الإدخال جيبي ويمكن تشغيله في أربعة أرباع، وكثافة طاقة النظام عالية. على الرغم من أن التكنولوجيا لم تنضج بعد، إلا أنها لا تزال تجتذب العديد من العلماء لإجراء أبحاث متعمقة. جوهرها لا يتمثل في التحكم بشكل غير مباشر في التيار، أو وصلة التدفق، وما إلى ذلك، ولكن في تحقيق عزم الدوران مباشرة ككمية يتم التحكم فيها.
الطريقة المحددة هي:
التحكم في وصلة تدفق الجزء الثابت وإدخال مراقب رابط تدفق الجزء الثابت لتحقيق وضع السرعة بدون مستشعر؛
يعتمد التحديد التلقائي (ID) على النموذج الرياضي الدقيق للمحرك لتحديد معلمات المحرك تلقائيًا؛
حساب القيمة الفعلية المقابلة لمقاومة الجزء الثابت، والحث المتبادل، وعامل التشبع المغناطيسي، والقصور الذاتي، وما إلى ذلك. حساب عزم الدوران الفعلي، وربط تدفق الجزء الثابت، وسرعة الدوار للتحكم في الوقت الحقيقي؛
تحقيق التحكم في نطاق النطاق وفقًا للتحكم في نطاق النطاق في وصلة التدفق وعزم الدوران، يتم إنشاء إشارات PWM للتحكم في حالة تبديل العاكس.
يتميز تحويل تردد Matrix AC-AC باستجابة عزم الدوران السريعة (<2 مللي ثانية)، ودقة عالية السرعة (±2%، بدون ردود فعل PG)، ودقة عزم دوران عالية (<+3%)؛ كما أنها تتمتع بسرعة عزم دوران عالية ودقة عزم دوران عالية، خاصة عند السرعة المنخفضة (بما في ذلك السرعة 0)، ويمكنها إخراج عزم دوران من 150% إلى 200%.
كيف يتحكم العاكس في المحرك؟ كيف هما السلكية؟
تعتبر أسلاك العاكس للتحكم في المحرك بسيطة نسبيًا، تشبه أسلاك الموصل. تدخل خطوط إمداد الطاقة الرئيسية الثلاثة ثم تخرج إلى المحرك.
أولاً، دعونا نلقي نظرة على أطراف العاكس. على الرغم من وجود العديد من العلامات التجارية وطرق توصيل الأسلاك المختلفة، إلا أن معظم أطراف العاكس لا تختلف كثيرًا. يتم تقسيمها بشكل عام إلى مدخلات التبديل الأمامية والخلفية، والتي تستخدم للتحكم في الدوران الأمامي والخلفي للعديد من المحركات. يتم استخدام محطة التغذية الراجعة للتغذية الراجعة حول حالة تشغيل المحرك، بما في ذلك تردد التشغيل والسرعة وحالة الخطأ وما إلى ذلك. للتحكم في السرعة المرجعية، تستخدم بعض محولات التردد مقاييس الجهد، بينما يستخدم البعض الآخر المفاتيح مباشرة.
يتم التحكم فيه عن طريق الأسلاك المادية، وهناك طريقة أخرى وهي المرور عبر شبكة الاتصالات. العديد من العاكسون يدعمون الآن التحكم في الاتصالات. من خلال خط الاتصال هذا، يمكن التحكم في المحرك لبدء التشغيل والتوقف، للأمام والخلف، وضبط السرعة، وما إلى ذلك، وفي نفس الوقت يتم أيضًا إرسال معلومات التغذية الراجعة عبر الاتصالات.
ماذا يحدث لعزم الدوران الناتج للمحرك عندما تتغير سرعة دورانه (التردد)؟
يكون عزم الدوران المبدئي وعزم الدوران الأقصى عند القيادة بواسطة محول التردد أصغر من تلك التي يتم تشغيلها مباشرة بواسطة مصدر طاقة التردد التجاري.
عندما يتم تشغيل المحرك بواسطة مصدر طاقة ترددي تجاري، تكون صدمات البدء والتسارع كبيرة جدًا، ولكن عندما يتم تشغيل المحرك بواسطة محول تردد، ستكون هذه الصدمات أضعف. سوف يؤدي البدء المباشر لتردد الطاقة إلى توليد تيار بدء كبير. عند استخدام محول التردد، يتم إضافة جهد الخرج وتردد محول التردد تدريجيًا إلى المحرك، وبالتالي يكون تيار البدء وتأثير المحرك أصغر.
بشكل عام، يتناقص عزم الدوران الناتج عن المحرك مع انخفاض التردد (تناقص السرعة). سيتم شرح البيانات الفعلية المخفضة في بعض أدلة العاكس.
باستخدام محول التردد الذي يتم التحكم فيه عن طريق ناقل التدفق المغناطيسي، سيتم تحسين نقص عزم الدوران عند السرعة المنخفضة للمحرك، ويمكن للمحرك إنتاج عزم دوران كافٍ حتى في المنطقة منخفضة السرعة.
عندما يتم ضبط محول التردد على تردد أكبر من 50 هرتز، سينخفض عزم دوران المحرك الناتج.
تم تصميم وتصنيع المحرك العادي وفقًا لجهد 50 هرتز، كما يتم تحديد عزم الدوران المقدر أيضًا ضمن نطاق الجهد هذا. ولذلك، فإن تنظيم السرعة تحت التردد المقدر يسمى تنظيم سرعة عزم الدوران الثابت. (T=Te،P<=Pe)
عندما يكون تردد الخرج لمحول التردد أكبر من 50 هرتز، فإن عزم الدوران الناتج عن المحرك سوف ينخفض في علاقة خطية تتناسب عكسيا مع التردد.
عندما يعمل المحرك بتردد أكبر من 50 هرتز، يجب مراعاة حمل المحرك لمنع عدم كفاية عزم دوران خرج المحرك.
على سبيل المثال، سيتم تقليل عزم الدوران الناتج عن المحرك عند 100 هرتز إلى حوالي نصف عزم الدوران الناتج عند 1 هرتز.
ولذلك، فإن تنظيم السرعة فوق التردد المقدر يسمى تنظيم سرعة الطاقة الثابتة. (P=أوي*إي)
تطبيق محول التردد فوق 50 هرتز
كما نعلم جميعًا، بالنسبة لمحرك معين، يكون الجهد المقنن والتيار المقنن ثابتين.
على سبيل المثال، القيم المقدرة للعاكس والمحرك هي: 15kW/380V/30A، ويمكن للمحرك أن يعمل فوق 50 هرتز.
عندما تكون سرعة الدوران 50 هرتز، يكون جهد الخرج للعاكس 380 فولت والتيار 30 أمبير. في هذا الوقت، إذا تمت زيادة تردد الخرج إلى 60 هرتز، فإن الحد الأقصى لجهد الخرج والتيار للعاكس يمكن أن يكون 380 فولت/30 أمبير فقط. من الواضح أن طاقة الخرج تظل دون تغيير، لذلك نسميها التنظيم الثابت لسرعة الطاقة.
ما هو وضع عزم الدوران في هذا الوقت؟
نظرًا لأن P=wT(w؛ السرعة الزاوية، T: عزم الدوران)، نظرًا لأن P تظل دون تغيير وتزداد w، فإن عزم الدوران سينخفض وفقًا لذلك.
ويمكننا أيضاً أن ننظر إلى الأمر من زاوية أخرى:
جهد الجزء الثابت للمحرك U=E+I*R (I هو التيار، R هو المقاومة الإلكترونية، E هو الجهد المستحث)
يمكن أن نرى أنه عندما لا يتغير U وI، فإن E لا يتغير أيضًا.
وE=k*f*X (k: ثابت؛ f: التردد؛ X: التدفق المغناطيسي)، لذلك عندما يتغير f من 50–>60 هرتز، ستنخفض X وفقًا لذلك
بالنسبة للمحرك، T=K*I*X (K: ثابت؛ I: تيار؛ X: تدفق)، وبالتالي فإن عزم الدوران T سينخفض مع انخفاض التدفق X
في الوقت نفسه، عندما يكون أقل من 50 هرتز، نظرًا لأن I*R صغير جدًا، عندما يكون U/f=E/f ثابتًا، يكون التدفق المغناطيسي (X) ثابتًا. عزم الدوران T يتناسب مع التيار. هذا هو السبب في أن قدرة التحميل الزائد (عزم الدوران) للعاكس توصف عادة بقدرة التيار الزائد، ويطلق عليها تنظيم سرعة عزم الدوران الثابت (التيار المقنن لا يتغير -> الحد الأقصى لعزم الدوران لا يتغير)
الخلاصة: عندما يزيد تردد خرج العاكس عن 50 هرتز، فإن عزم دوران خرج المحرك سينخفض
عوامل أخرى تتعلق بعزم الدوران الناتج
تحدد قدرة توليد الحرارة وتبديد الحرارة قدرة التيار الناتج للعاكس، وبالتالي تؤثر على قدرة عزم الدوران الناتج للعاكس.
تردد الناقل: بشكل عام، يعتمد التيار المقنن للعاكس على أعلى تردد حامل، والذي يمكن أن يضمن إخراجًا مستمرًا عند أعلى درجة حرارة محيطة. إذا تم تقليل تردد الموجة الحاملة، فلن يتأثر تيار المحرك. ولكن سيتم تخفيض تسخين المكونات.
درجة الحرارة المحيطة: فقط لأنه اكتشف أن درجة الحرارة المحيطة منخفضة نسبيًا، فإنه لن يزيد من قيمة تيار حماية العاكس.
الارتفاع: مع زيادة الارتفاع، فإنه يؤثر على كل من تبديد الحرارة وأداء العزل. بشكل عام، يمكن تجاهله أقل من 1000 متر، ويكفي تقليل السعة بنسبة 5% كل 1000 متر أعلاه.
ما هو التردد المناسب لمحول التردد للتحكم في المحرك؟
في الترتيب أعلاه، تعلمنا لماذا يتم استخدام العاكس للتحكم في المحرك، وكيف يتحكم العاكس في المحرك. يتحكم محول التردد في المحرك، ويمكن تلخيص ذلك في نقطتين: أولاً، يتحكم محول التردد في جهد بدء التشغيل وتردد المحرك؛ يحقق بداية سلسة وتوقف سلس. ثانيًا، استخدم محول التردد لضبط سرعة المحرك، وضبط سرعة المحرك عن طريق تغيير التردد.
