Tesis de graduación sobre el diseño de un sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable para el control de la frecuencia de deslizamiento. .

Resumen

Los métodos populares de regulación de velocidad de motores asíncronos se pueden dividir en dos tipos: regulación de velocidad de frecuencia variable y regulación de velocidad de voltaje variable. Entre ellos, la regulación de velocidad de frecuencia variable de motores asíncronos. es ampliamente utilizado. Sus métodos de regulación de velocidad se pueden dividir en dos tipos: regulación de velocidad de frecuencia variable y método de control vectorial. El primero tiene un método de control relativamente simple y tiene más de 20 años de experiencia en desarrollo. Por tanto, 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 de CA, 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 Especificación del cableado del convertidor de frecuencia 7

2.5 Operación del inversor 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 principios de construcción de los motores de frecuencia variable 15

5.1 Los motores de conversión de frecuencia especiales tienen las siguientes características: 15

5.2 Construcción Principios de los motores de frecuencia variable 15

Capítulo 6 Motor asíncrono de CA 16

6.1 Principios básicos de la regulación de velocidad de frecuencia variable del motor asíncrono de CA 16

6.2 Motor durante la variación Regulación de velocidad de frecuencia y velocidad variable (VVVF) Características mecánicas del SPWM) 25

7.2 Método SPWM unipolar ........................ ..... ................................................. .................... .............26

Conclusión 31

Agradecimientos 32

Referencias 33

Prólogo

1.1 El propósito y la importancia del diseño

En los últimos años, con el desarrollo de la electrónica de potencia tecnología, tecnología informática, automática Con el rápido desarrollo de la tecnología de control, la tecnología de control y transmisión de CA se ha convertido en una de las tecnologías de transmisión eléctrica de más rápido desarrollo y se enfrenta a una revolución histórica, es decir, la regulación de velocidad de CA reemplaza la regulación de velocidad de CC y la computadora. La tecnología de control digital reemplaza la tecnología de control analógico. La tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia de motores de CA es hoy un medio importante para ahorrar energía, mejorar el flujo de procesos, mejorar la calidad del producto y el medio ambiente y promover el progreso tecnológico. La regulación de velocidad de frecuencia variable es reconocida en el país y en el extranjero como el método de regulación de velocidad más prometedor debido a su excelente regulación de velocidad y rendimiento de arranque y frenado, alta eficiencia, alto factor de potencia y efecto de ahorro de energía, amplia gama de aplicaciones y muchas otras ventajas. Es de gran importancia tener un conocimiento profundo de las tendencias en 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 convertidores de frecuencia 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 pasa a través del rectificador y el condensador la filtra para formar un voltaje de CC con una amplitud básicamente fija y se aplica al inversor el control de encendido y apagado del componente de potencia del inversor. se utiliza para obtener el extremo de salida del inversor. Una forma de onda de pulso rectangular de cierta forma.

Aquí, la amplitud del voltaje del pulso rectangular se controla cambiando el ancho del pulso rectangular; la frecuencia de salida se controla cambiando el período de modulación, de modo que el voltaje y la frecuencia de salida se controlan simultáneamente en el inversor, satisfaciendo así la U/ Control coordinado de los requisitos de regulación de velocidad de frecuencia variable. La ventaja de PWM es que puede eliminar o suprimir armónicos de bajo orden, lo que permite que el motor de carga funcione bajo una tensión alterna casi sinusoidal, con pequeños impulsos de par y un amplio rango de velocidades.

La velocidad del motor que utiliza el control PWM está limitada por el límite de velocidad superior. Por ejemplo, para los compresores, generalmente no supera los 7000 r/lluvia. La velocidad del compresor utilizando el método de control PAM se puede aumentar aproximadamente 1,5 veces, lo que mejora en gran medida la capacidad de aumentar y desacelerar rápidamente la velocidad. Al mismo tiempo, debido a que PAM tiene un efecto de modelado en la forma de onda de la corriente al ajustar el voltaje, puede lograr una mayor eficiencia que PWM. Además, también tiene ventajas incomparables en antiinterferencias y PWM, 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 reduce en un 64%, la frecuencia de alimentación se reduce en un 30% y la presión de descarga de pegamento se reduce 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 utiliza electricidad La función de encendido y apagado del dispositivo semiconductor convierte la potencia de frecuencia industrial en un dispositivo de control de potencia de otra frecuencia. Los convertidores de frecuencia que utilizamos ahora utilizan principalmente el modo AC-DC-AC (conversión de frecuencia VVVF o conversión de frecuencia de control vectorial). Primero, la potencia de CA de frecuencia industrial se convierte en potencia de CC a través de un rectificador, y luego la potencia de CC se convierte en un. Fuente de alimentación de CA controlable por frecuencia y voltaje al motor. El circuito del convertidor de frecuencia generalmente consta de cuatro partes: rectificador, enlace de CC intermedio, inversor y control. La parte del rectificador es un puente rectificador incontrolable de tres fases, la parte del inversor es un inversor de puente trifásico IGBT y la salida es una forma de onda PWM. El enlace de CC intermedio filtra, almacena energía de CC y amortigua la potencia reactiva.

2.1 Selección del convertidor de frecuencia:

Se deben determinar los siguientes puntos al seleccionar un convertidor de frecuencia:

1) El propósito de utilizar el control de voltaje constante; o control de voltaje constante Control de flujo, etc.

2) El tipo de carga del convertidor de frecuencia, como bomba de paletas o bomba de desplazamiento positivo, etc., preste especial atención a la curva de rendimiento de la carga. La curva de rendimiento determina el método de aplicación.

3) Problema de coincidencia entre el inversor y la carga;

I. Coincidencia de voltaje; el voltaje nominal del inversor coincide con el voltaje nominal de la carga.

II. Coincidencia de corriente; para bombas centrífugas ordinarias, la corriente nominal del convertidor de frecuencia coincide con la corriente nominal del motor. Para cargas especiales, como bombas de aguas profundas, debe consultar los parámetros de rendimiento del motor y determinar la corriente del inversor y la capacidad de sobrecarga en función de la corriente máxima.

III. Coincidencia de torque; esta situación puede ocurrir cuando existe una carga de torque constante o un dispositivo reductor.

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, el aumento de los armónicos de alto orden da como resultado un aumento en el valor de la corriente de salida. . Por lo tanto, la capacidad del convertidor de frecuencia utilizado para motores de alta velocidad es ligeramente mayor que la de los motores normales.

5) Si el inversor necesita funcionar con un cable largo, se deben tomar medidas para suprimir el impacto del cable largo en la capacitancia de acoplamiento a tierra para evitar una salida insuficiente del inversor, por lo tanto, en este caso. , se debe ampliar la capacidad del inversor Primera marcha o instalar un reactor de salida en el extremo de salida del inversor.

6) Para algunas aplicaciones especiales, como altas temperaturas y grandes altitudes, el convertidor de frecuencia se reducirá y la capacidad del convertidor de frecuencia deberá ampliarse en una velocidad.

2.2 Diseño esquemático de control del inversor:

1) Primero confirme el entorno de instalación del inversor.

I. Temperatura de trabajo. Hay componentes electrónicos de alta potencia dentro del inversor, que se ven afectados fácilmente por la temperatura de funcionamiento. El producto generalmente requiere un rango de temperatura de 0 a 55 °C. Sin embargo, para garantizar un trabajo seguro y confiable, debe haber espacio para. Consideración al usarlo. Es mejor controlarlo por debajo de 40 °C. 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. No está permitido en absoluto instalar elementos calefactores o componentes propensos a calentarse cerca. hasta la parte inferior del convertidor de frecuencia.

II. Cuando la temperatura es demasiado alta y cambia mucho, es probable que se produzca condensación dentro del inversor, lo que reducirá considerablemente 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 la sala de tratamiento de agua, el vapor de agua es generalmente relativamente pesado. Si la temperatura cambia mucho, este problema será más prominente.

III.Gases corrosivos. Si la concentración de gas corrosivo es alta en el entorno de uso, no solo corroerá los cables de los componentes, las placas de circuito impreso, etc., sino que también acelerará el envejecimiento de los componentes plásticos y reducirá el rendimiento del aislamiento.

IV. Vibraciones y Choques. Cuando el gabinete de control equipado con un convertidor de frecuencia está sujeto a vibraciones e impactos mecánicos, puede ocurrir 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 usar almohadillas de goma antisísmicas para fijar componentes que generan vibraciones, como interruptores electromagnéticos, fuera y dentro del gabinete de control. . Después de que el equipo haya estado funcionando durante un período de tiempo, se debe inspeccionar y mantener.

V. Interferencias electromagnéticas. Debido a la rectificación y conversión de frecuencia del convertidor de frecuencia durante el funcionamiento, se generan muchas ondas electromagnéticas de interferencia a su alrededor. Estas ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen cierta interferencia con los instrumentos e instrumentos 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 usar cables de control blindados para las conexiones entre componentes eléctricos, instrumentos y medidores, y la capa de blindaje debe estar conectada a tierra. Si las interferencias electromagnéticas no se manejan bien, a menudo todo el sistema dejará de funcionar, lo que provocará un mal funcionamiento o daños en la unidad de control.

2) La distancia entre el inversor y el motor determina el cable y el método de cableado;

I. La distancia entre el inversor y el motor debe ser lo más corta posible. Esto reduce la capacitancia del cable a tierra y reduce las fuentes de interferencia.

II. Utilice cables blindados para cables de control, cables blindados para cables de potencia o utilice blindaje de conductos desde el inversor hasta el motor.

III. El cable del motor debe tenderse independientemente de otros cables, con una distancia mínima de 500 mm. Al mismo tiempo, se debe evitar el tendido 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 en un ángulo de 90 grados, si es posible. Las líneas de señal analógica relacionadas con el convertidor de frecuencia deben tenderse por separado de las líneas del bucle principal, incluso en el armario de control.

IV. Es mejor utilizar pares trenzados blindados para las líneas de señal analógica relacionadas con el convertidor de frecuencia, y los cables de alimentación deben ser cables blindados de tres núcleos (las especificaciones son más grandes que las de los cables de motor normales) o cumplir con las especificaciones del manual del usuario.

3) Diagrama de principio de control del convertidor de frecuencia;

I. 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 Si afecta a otros equipos alimentados, debe decidir si agregar un reactor de acuerdo con la capacidad del convertidor de frecuencia, el filtro está instalado en el extremo de salida del convertidor de frecuencia para reducir la Armónicos de alto orden emitidos por el convertidor de frecuencia Cuando la distancia entre el convertidor de frecuencia y el motor está muy alejada, se debe instalar un filtro. Aunque el convertidor de frecuencia en sí tiene varias funciones de protección, la protección contra pérdida de fase no es perfecta. El disyuntor proporciona protección contra sobrecarga y pérdida de fase en el circuito principal. La selección puede basarse en la capacidad del convertidor de frecuencia. El relé térmico puede sustituirse por la protección contra sobrecarga del propio convertidor de frecuencia.

II. Lazo de control: Tiene conmutación manual de conversión de frecuencia eléctrica, de modo que cuando falla la conversión de frecuencia, se puede cambiar manualmente a operación de frecuencia eléctrica. Dado que no se puede aplicar voltaje al extremo de salida, el. La frecuencia de potencia fija y la conversión de frecuencia deben estar entrelazadas.

4) Puesta a tierra del convertidor de frecuencia;

La conexión a tierra correcta del convertidor de frecuencia es un medio importante para mejorar la estabilidad del sistema y suprimir las capacidades de ruido. La resistencia de conexión a tierra del terminal de conexión a tierra del convertidor de frecuencia debe ser lo más pequeña posible. La sección transversal del cable de conexión a tierra no debe ser inferior a 4 mm y la longitud no debe exceder los 5 m. El punto de conexión a tierra del convertidor de frecuencia debe estar separado del punto de conexión a tierra del equipo eléctrico y no puede conectarse a tierra. 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 y el armario de control están conectados eléctricamente.

2.3 Diseño del gabinete de control del convertidor de frecuencia

El convertidor de frecuencia debe instalarse dentro del gabinete de control. Se debe prestar atención a las siguientes cuestiones al diseñar el gabinete de control.

1) Problema de disipación de calor: El calor generado por el convertidor de frecuencia se genera por pérdidas internas. Entre las pérdidas en varias partes del convertidor de frecuencia, el circuito principal es principalmente el principal y representa aproximadamente el 98%, y el circuito de control representa el 2%.

Para garantizar el funcionamiento normal y confiable del convertidor de frecuencia, el convertidor de frecuencia debe estar refrigerado. Generalmente utilizamos ventiladores para disipar el calor; el ventilador no puede funcionar normalmente, el convertidor de frecuencia debe detenerse inmediatamente; los inversores de alta potencia también deben agregar ventiladores al gabinete de control. Los conductos de aire del gabinete de control deben tener un diseño razonable y todas las entradas de aire deben estar equipadas con rejillas contra el polvo. para garantizar un escape suave para evitar la formación de corrientes parásitas en el gabinete y la acumulación de polvo en ubicaciones fijas. Seleccione un ventilador que coincida con el volumen de ventilación en el manual del inversor. Preste atención a los problemas a prueba de golpes al instalar el ventilador.

2) Problema de interferencia electromagnética:

I. Debido a la rectificación y conversión de frecuencia durante el funcionamiento, se generan muchas ondas electromagnéticas de interferencia alrededor del inversor. Estas ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen. Efectos nocivos en instrumentos e instrumentos cercanos. Hay una cierta cantidad de interferencia y se generarán armónicos de alto orden. Estos armónicos de alto orden ingresarán a toda la red de suministro de energía a través del bucle de suministro de energía, afectando así a otros instrumentos. Si la potencia del convertidor de frecuencia es muy grande y representa más del 25% de todo el sistema, se deben considerar medidas antiinterferentes para el suministro de energía de control.

II.Cuando haya cargas de impacto de alta frecuencia en el sistema, como máquinas de soldar y fuentes de alimentación de galvanoplastia, el propio inversor estará protegido contra interferencias y la calidad de la energía de todo el sistema debe ser alta. consideró.

3) Es necesario tener en cuenta los siguientes puntos por cuestiones de protección:

I. Impermeabilidad y anticondensación: Si el convertidor de frecuencia se coloca en el sitio, es necesario prestar atención. Además del hecho de que no hay bridas de tubería encima del gabinete del convertidor de frecuencia u otros puntos de fuga, no debe haber salpicaduras de agua cerca del convertidor de frecuencia. En resumen, el nivel de protección del gabinete en el sitio debe ser superior a IP43.

II. A prueba de polvo: Todas las entradas de aire deben estar equipadas con redes a prueba de polvo para bloquear la entrada de desechos floculantes. Las redes a prueba de polvo deben estar diseñadas para ser desmontables 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 firmemente.

III.Gas anticorrosivo: Esta situación es más 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 de 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 señal analógica del inversor y otros Para evitar interferencias en el equipo, 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. También en el armario de control se deben respetar estas especificaciones de cableado. La línea del circuito de control más larga entre esta señal y el inversor no debe exceder los 50 m.

Las líneas de señal y las líneas de alimentación deben colocarse dentro de diferentes tubos metálicos o mangueras metálicas: si las líneas de señal que conectan el PLC y el convertidor de frecuencia no se colocan en tubos metálicos, son extremadamente susceptibles a sufrir daños por la frecuencia. convertidor y equipo externo al mismo tiempo, debido a que el inversor no tiene un reactor incorporado, las líneas de alimentación de las etapas de entrada y salida del inversor causarán fuertes interferencias en el exterior. donde se coloca la línea de señal debe extenderse hasta los terminales de control del inversor para garantizar la completa separación de las líneas de señal y las líneas de alimentación.

1) La línea de señal de control analógico debe utilizar un cable blindado de par trenzado y la especificación del cable es de 0,75 mm2. Asegúrese de prestar atención al cablear. El pelado del cable debe ser lo más corto posible (alrededor de 5-7 mm). Al mismo tiempo, la capa protectora después del pelado debe envolverse con cinta aislante para evitar que el cable protector entre en contacto con otros equipos. provocando interferencias.

2) Para mejorar la simplicidad y confiabilidad del cableado, se recomienda utilizar terminales de barra de engarzado en las líneas de señal.

2.5 El funcionamiento del convertidor de frecuencia y la configuración de parámetros relacionados

El convertidor de frecuencia tiene muchos parámetros de configuración y cada parámetro tiene un cierto rango de selección Durante el uso, a menudo. Si encuentra problemas debido a parámetros individuales, una configuración incorrecta puede hacer que el inversor no funcione correctamente.

Método de control: control de velocidad, control de par, control PID u otros métodos. Después de adoptar el método de control, generalmente es necesario realizar una identificación estática o dinámica de acuerdo con la precisión del control.

Frecuencia mínima de funcionamiento: es decir, la velocidad mínima a la que funciona el motor. Cuando el motor funciona a baja velocidad, su rendimiento de disipación de calor es muy pobre si el motor funciona a baja velocidad durante mucho tiempo. , provocará que el motor se queme. Además, a baja velocidad, la corriente en el cable también aumentará, lo que también provocará que el cable se caliente.

Frecuencia máxima de funcionamiento: La frecuencia máxima de los inversores generales es de 60 Hz, y algunos incluso alcanzan los 400 Hz. La alta frecuencia hará que el motor funcione a alta velocidad. Para los motores normales, sus rodamientos no pueden sobrevalorarse durante mucho tiempo. tiempo cuando funciona a alta velocidad, si el rotor del motor puede soportar tal fuerza centrífuga.

Frecuencia portadora: Cuanto mayor sea la frecuencia portadora, mayor será el componente armónico de alto orden. Esto está estrechamente relacionado con factores como la longitud del cable, el calentamiento del motor, el calentamiento del cable y. Calefacción por inversor.

Parámetros del motor: El inversor establece la potencia, corriente, voltaje, velocidad y frecuencia máxima del motor en los parámetros. Estos parámetros 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 dispositivo 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 pueden dividir 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, generalmente es posible extender el tiempo de aceleración y desaceleración, reducir los cambios repentinos de carga, agregar componentes de frenado que consumen energía, llevar a cabo el diseño de distribución de carga e inspeccionar la línea. Si la falla de sobrecorriente persiste después de desconectar el inversor de carga, significa que el circuito del inversor ha entrado en 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, la carga es demasiado pesada, etc. Generalmente se puede ampliar el tiempo de aceleración, ampliar el tiempo de frenado, comprobar la tensión de la red, etc. La carga es demasiado pesada y el motor seleccionado y el convertidor de frecuencia no pueden arrastrar la carga. También puede deberse a una mala lubricación mecánica. Si es el primer caso, se deben reemplazar los motores de alta potencia y los convertidores de frecuencia; si es el segundo, se debe revisar la maquinaria de producción.

3) Subtensión: Significa que hay un problema con la parte de entrada de energía del inversor y es necesario verificarlo antes de operar.

Capítulo 3 Descripción general del sistema de control de velocidad de CA

3.1 Características del sistema de control de velocidad de CA

Para sistemas de accionamiento eléctrico de velocidad ajustable, la ingeniería a menudo Se divide en dos categorías: sistema de control de velocidad de CC y sistema de control de velocidad de CA. Esto se divide principalmente según el tipo de motor del sistema actual que se utiliza para convertir la energía eléctrica y la energía mecánica. El llamado sistema de control de velocidad de CA utiliza un motor de CA como dispositivo de conversión de energía eléctrica-mecánica y lo controla para generar la requerida. energía.

A lo largo del proceso de desarrollo del accionamiento eléctrico, los dos principales sistemas de control de velocidad, CA y CC, siempre han convivido en diversos campos industriales aunque su estatus es diferente debido al desarrollo de la ciencia y la tecnología en cada época. Siempre compiten entre sí con el desarrollo de la tecnología industrial, especialmente con el desarrollo de componentes 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 utilizaban en el campo de la tecnología de accionamiento eléctrico con velocidad reversible y ajustable, alta precisión y amplio rango de regulación de velocidad. Sin embargo, debido a la debilidad fatal del motor de CC, que es un conmutador mecánico, el costo de fabricación del motor de CC es alto, el precio es caro, el mantenimiento es problemático y el entorno de uso es limitado. Su propia estructura también limita. el límite de velocidad y potencia de un solo motor. Esto trae una serie de restricciones a la aplicación de variadores 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, fácil mantenimiento, pequeña inercia, buena respuesta dinámica y son fáciles de mover a alto voltaje, alta velocidad y alta potencia y otras ventajas. Por lo tanto, en las últimas décadas, muchos países se han comprometido con la investigación de sistemas de regulación de velocidad de CA, utilizando motores de CA sin conmutadores para lograr una regulación de velocidad para reemplazar los motores de CC y superar sus limitaciones.

Con el rápido desarrollo de dispositivos electrónicos de potencia, circuitos integrados a gran escala y 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 condiciones favorables para el desarrollo y la investigación de sistemas de control de velocidad de CA. Como 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, el sistema de regulación de velocidad de CA tiene gradualmente un amplio rango de regulación de velocidad, precisión de estabilidad de alta velocidad y respuesta dinámica rápida. así como buenas prestaciones técnicas como funcionamiento reversible en cuatro cuadrantes.

Hoy en día, desde servosistemas de cientos de vatios hasta sistemas de transmisión de alta velocidad de potencia extremadamente alta de cientos de kilovatios, desde transmisiones de regulación de velocidad de pequeño rango con requisitos generales hasta sistemas de regulación de velocidad de amplio rango, respuesta rápida y alta precisión. Las transmisiones, desde la transmisión de una sola máquina hasta la operación coordinada de múltiples máquinas, casi todas pueden usar transmisión de velocidad de CA. La tendencia objetiva de desarrollo del variador de velocidad de CA ha demostrado que puede competir completamente con el variador de CC y tiene tendencia a reemplazarlo.

3.2 Esquemas de regulación de velocidad comúnmente utilizados para la regulación de velocidad de CA y su comparación de rendimiento

Según la ciencia del motor, la fórmula de velocidad de un motor asíncrono de CA es la siguiente:

n= 60 ?1 (1-s) pn (1-1)

Donde Pn——el número de pares de polos magnéticos del devanado del estator del motor;

f1— —la frecuencia de alimentación del voltaje del estator del motor;

s ——deslizamiento del motor.

Se puede ver en la ecuación (1-1) que existen tres tipos principales de soluciones para ajustar la velocidad de los motores asíncronos de CA.

(1) Cambiar el número de pares de polos magnéticos del motor

Se puede conocer a partir de la velocidad síncrona del motor asíncrono

no= 60? 1 pn

, bajo la condición de que la frecuencia de suministro de energía f1 permanezca sin cambios, al cambiar el método de conexión del devanado del estator para cambiar el par de polos magnéticos Pn del devanado del estator del motor asíncrono, la velocidad síncrona Se puede cambiar el 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 pares de polos magnéticos del motor encendiendo y apagando los contactos. Con este método de control, la velocidad del motor cambia en pasos, no continuamente. Generalmente, solo hay tres engranajes como máximo. Es adecuado para ocasiones en las que el grado de automatización no es alto y solo se requiere 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 pares de polos magnéticos Pn del motor asíncrono es constante, el La velocidad de deslizamiento s-tiempo cambia. La frecuencia de la fuente de alimentación f1 del devanado del estator puede lograr el propósito de regular la velocidad. La velocidad del motor n es básicamente proporcional a la frecuencia f1 de la fuente de alimentación. Puede ajustar de forma suave y continua la velocidad del motor asíncrono. La regulación de velocidad de frecuencia variable tiene un amplio rango de regulación de velocidad y características duras de baja velocidad. La frecuencia fundamental f = 50 Hz está por debajo del método de regulación de velocidad de par constante. Por encima de la frecuencia fundamental, es el método de regulación de velocidad de potencia constante, que es similar a. La regulación de reducción de voltaje y debilitamiento de campo de los motores de CC es muy similar. Y el uso del arranque de frecuencia variable puede mejorar significativamente el rendimiento de arranque de los motores 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) Regulación de velocidad de deslizamiento variable

Hay muchas formas de cambiar la regulación de velocidad de deslizamiento. Las soluciones comúnmente utilizadas incluyen: regulación de voltaje y velocidad del estator de motor asíncrono, velocidad del embrague deslizante electromagnético. Regulación y bobinado del circuito del rotor del motor asíncrono, regulación de velocidad de resistencia en serie, regulación de velocidad en cascada, etc.

El sistema de regulación de voltaje y velocidad del estator consiste en conectar un tiristor entre la fuente de alimentación de CA constante y el motor de CA como un controlador de voltaje de CA. Este sistema de regulación de voltaje y velocidad solo es adecuado para algunos cortocircuitos. Operaciones a corto plazo y repetidas. Cargas que funcionan a gran velocidad. Para obtener una buena precisión de regulación de velocidad y un funcionamiento estable, generalmente se utiliza el método de control con 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 regulación de velocidad del embrague deslizante electromagnético está compuesto por 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 para hacer que la armadura del embrague electromagnético gire a una velocidad constante, y la velocidad de su polo magnético se ajusta controlando la corriente de excitación del embrague electromagnético. Este tipo de sistema también utiliza generalmente control de velocidad en circuito cerrado.

La regulación de velocidad de resistencia en serie del circuito del rotor del motor asíncrono es ajustar la velocidad cambiando la resistencia en serie del circuito del rotor. Este método de regulación de velocidad es simple, pero la regulación de velocidad es paso a paso. y la resistencia en serie es grande después de agregar una resistencia, 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 consiste en introducir el potencial inverso Ef con la misma frecuencia que el potencial del rotor en el circuito del rotor del motor, siempre que este potencial inverso adicional Ef con el. Se cambia la misma frecuencia que el voltaje del rotor del motor. Al aumentar el potencial Ef, el devanado del motor asíncrono se puede ajustar suavemente. Cuanto mayor es Ef, menor es la velocidad del motor.

La característica más común 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, la tasa de 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 para arrastrar la carga, y la otra parte es la potencia de deslizamiento PS=sPM, que es proporcional a la tasa de deslizamiento s. Su destino es un símbolo de la eficiencia del sistema de control de velocidad. En términos de dónde va 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

Este tipo de sistema de control de velocidad tiene todos deslizamiento La potencia se consume y el consumo de mayor potencia de deslizamiento se intercambia por la reducción de la velocidad de rotación. La relación de deslizamiento s aumenta y la potencia de deslizamiento PS = sPM aumenta. Se consume en el circuito del rotor en forma de calor. para que la eficiencia del sistema también aumente. Los tres métodos de regulación de voltaje del estator y regulación de velocidad, regulación de velocidad del embrague deslizante electromagnético y regulación de velocidad de resistencia de la cadena del rotor del motor asíncrono pertenecen a esta categoría. En este tipo de sistema de regulación de velocidad, cuanto más amplio es el rango de regulación de velocidad, mayor es la potencia de deslizamiento. PD: Cuanto mayor es el problema, menor es la eficiencia del sistema, por lo que no vale la pena promocionarlo.

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, mayor es la potencia de deslizamiento. mayor será la potencia de retroalimentación, pero los dispositivos adicionales también consumirán 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 transformador mediante rectificación e inversión, pero no consume energía en forma de calor, incluso a bajas velocidades. Regulación de velocidad en cascada. La eficiencia del sistema de control de velocidad también es muy alta.

3) Tipo de potencia de deslizamiento invariante

En este sistema de control de velocidad, la potencia de deslizamiento todavía se consume en el rotor, pero independientemente de la velocidad, la potencia de deslizamiento básicamente permanece sin cambios. Como la regulación de velocidad logarítmica con cambio de polos y la regulación de velocidad por conversión de frecuencia pertenecen a esta categoría. Dado que la velocidad síncrona n0 cambia durante el proceso de regulación de velocidad, la tasa de deslizamiento s es constante, por lo que la eficiencia del sistema no se reducirá debido a la regulación de velocidad. . Entre los dos esquemas de control de velocidad que cambian n0, dado que el control de velocidad logarítmico de polo variable es control de velocidad de polo y el número de polos es muy limitado, el rango de control de velocidad es estrecho. Por lo tanto, en el esquema de control de velocidad de CA actual, la variable. El control de velocidad de frecuencia es la solución de control de velocidad de CA más ideal y prometedora.

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, arranque rendimiento, eficiencia y factor de potencia. En cuanto al motor de frecuencia variable, dado que el deslizamiento crítico es inversamente proporcional a la frecuencia de potencia, se puede arrancar directamente cuando el deslizamiento crítico es cercano a 1. Por lo tanto, ya no es necesario considerar demasiado la capacidad de sobrecarga y el rendimiento de arranque, sino la cuestión clave a resolver es cómo mejorar el rendimiento del motor. Adaptabilidad a fuentes de alimentación no sinusoidales. El método es generalmente el siguiente: