Cet article porte sur les caractéristiques du moteur inverseur, l'application et le principe de contrôle du moteur inverseur, les caractéristiques de conception sont mises en évidence et l'application du moteur inverseur avec variateur de fréquence et du moteur commun est également comparée.
Mots-clés
Technologie de contrôle de vitesse AC ; onduleur; vitesse variable en continu ; niveau d'isolation ; lutte anti-vectorielle ; contrôle direct du couple, moteur électrique, moteur VFD, fabricant
Introduction
Avec le développement rapide de l'électronique de puissance et des nouveaux dispositifs à semi-conducteurs, la technologie de contrôle de vitesse CA a été continuellement améliorée et améliorée, et les onduleurs sont largement utilisés dans les moteurs CA pour leur bonne forme d'onde de sortie et leur excellent rapport performance-prix.
Par exemple : aciéries pour le laminage de gros moteurs et de moyens et petits rouleaux, chemins de fer et transports ferroviaires urbains avec moteurs de traction, moteurs d'ascenseurs, moteurs de levage pour équipements de levage de conteneurs, pompes et ventilateurs avec moteurs, compresseurs, appareils électroménagers avec moteurs, etc. J'ai utilisé des moteurs à vitesse variable à courant alternatif avec des entraînements à fréquence variable et j'ai obtenu de bons résultats.
L'utilisation d'un moteur à vitesse variable à fréquence variable CA plutôt qu'un moteur à vitesse CC présente des avantages significatifs.
(1) simple et facile à régler la vitesse, économisant de l'énergie.
(2) La structure du moteur à induction AC est simple, de petite taille, petite inertie, faible coût, entretien facile, durable.
3) Il peut augmenter la capacité, réaliser un fonctionnement à grande vitesse et à haute tension.
4) Il peut réaliser un démarrage progressif et un freinage rapide.
5) Anti-étincelles, antidéflagrantes et forte adaptabilité environnementale.
Ces dernières années, le dispositif de transmission de contrôle de vitesse de conversion de fréquence a atteint un taux de croissance annuel de 13 % à 16 %, et a progressivement remplacé la plupart de la tendance du dispositif de transmission de contrôle de vitesse CC.
Comme le moteur asynchrone ordinaire fonctionnant avec une alimentation à fréquence et tension constantes présente de grandes limites lorsqu'il est appliqué au système de contrôle de vitesse à fréquence variable, pour cette raison, le moteur électrique spécial à courant alternatif à fréquence variable conçu en fonction de l'utilisation de l'occasion et des exigences d'utilisation a été développé.
Il existe principalement des moteurs variateurs à faible bruit et faibles vibrations, des moteurs variateurs avec des caractéristiques améliorées de couple à basse vitesse, des moteurs variateurs à grande vitesse, des moteurs avec générateurs de mesure de vitesse et des moteurs variateurs à commande vectorielle.
Les principales caractéristiques et principe de contrôle du moteur de conversion de fréquence
Le moteur spécial à conversion de fréquence présente les caractéristiques suivantes.
(1) Conception d'augmentation de température de niveau B, fabrication d'isolation de niveau F.
En adoptant un matériau isolant polymère, un processus de fabrication de peinture par trempage sous vide et une structure d'isolation spéciale, la résistance à la tension d'isolation de l'enroulement électrique et la résistance mécanique sont grandement améliorées, ce qui est capable de faire fonctionner le moteur à grande vitesse et de résister à l'impact du courant haute fréquence de l'onduleur et dommages causés par la tension à l'isolation.
(2) qualité d'équilibre élevée, niveau de vibration R (niveau de réduction des vibrations) précision de traitement des pièces mécaniques
L'utilisation de roulements spéciaux de haute précision permet un fonctionnement à grande vitesse en fonction de la vitesse du moteur.
(3) système de ventilation forcée et de dissipation thermique, tous utilisant des ventilateurs axiaux importés ultra-silencieux, haute durée de vie et vent fort.
Pour protéger le moteur à n'importe quelle vitesse, obtenir une dissipation thermique efficace, peut obtenir un fonctionnement à long terme à grande ou à basse vitesse.
4) par rapport au moteur de conversion de fréquence traditionnel,
avec une gamme plus large de régulation de vitesse et une qualité de conception supérieure, grâce à la conception spéciale du champ magnétique, pour supprimer davantage le champ magnétique harmonique élevé, afin de répondre à l'indice de conception de fréquence large, d'économie d'énergie et de faible bruit.
5) Avec une large gamme de caractéristiques de régulation de couple et de vitesse de puissance constantes, régulation de vitesse en douceur, pas de pulsation de couple.
Avec tous les types de convertisseurs de fréquence, une bonne correspondance des paramètres, avec contrôle vectoriel, peut réaliser un couple complet à vitesse nulle, un couple élevé basse fréquence et un contrôle de vitesse de haute précision, un contrôle de position et un contrôle de réponse dynamique rapide.
(6) le moteur spécial de conversion de fréquence peut être équipé de freins et d'encodeurs,
afin d'obtenir un stationnement précis et de réaliser un contrôle de vitesse de haute précision grâce à un contrôle de vitesse en boucle fermée.
Adopting "reducer + inverter special motor + encoder + inverter" to realize precise control of ultra-low speed step less speed regulation.
(7) Le moteur inverseur a une bonne polyvalence,
sa taille d'installation est conforme à la norme CEI et est interchangeable avec les moteurs standard généraux.
La vitesse du moteur asynchrone est proportionnelle à la fréquence lorsque la vitesse de rotation ne change pas beaucoup, donc changer la fréquence de l'alimentation peut modifier la vitesse du moteur asynchrone.
En régulation de fréquence, le flux principal devrait rester constant.
Si le flux principal est supérieur au flux en fonctionnement normal, le circuit magnétique sera sursaturé et le courant d'excitation augmentera et le facteur de puissance sera réduit.
Si le flux principal est inférieur au flux en fonctionnement normal, le couple moteur sera réduit.
Au début du 21e siècle, l'onduleur utilisé adopte principalement le mode AC-DC (conversion de fréquence VVVF ou conversion de fréquence à contrôle vectoriel), qui convertit d'abord l'alimentation AC en alimentation DC via le redresseur, puis convertit l'alimentation DC en fréquence et tension.
L'alimentation CC est convertie en puissance CC par un redresseur, puis en puissance CA avec une fréquence et une tension contrôlées pour alimenter le moteur triphasé.
Le circuit de l'onduleur se compose généralement de quatre parties : redresseur, liaison CC intermédiaire, onduleur et contrôle.
Le redresseur est un redresseur non contrôlé de type pont triphasé, l'onduleur est un onduleur de type pont triphasé IGBT avec sortie de forme d'onde PWM, et la liaison CC intermédiaire est destinée au filtrage, au stockage d'énergie CC et à la mise en mémoire tampon de la puissance réactive.
Moteur VFD - Application de moteur de conversion de fréquence
Le moteur de conversion de fréquence est devenu le programme de contrôle de vitesse grand public, peut être largement utilisé dans tous les domaines de la transmission à vitesse variable en continu.
Surtout avec l'application de plus en plus répandue de l'onduleur dans le domaine du contrôle industriel, l'utilisation du moteur inverseur se développe de plus en plus, en raison de la supériorité du moteur inverseur en matière de contrôle de fréquence par rapport au moteur ordinaire, où l'inverseur est utilisé.
Les avantages sociaux des onduleurs haute tension nationalisés sont importants, principalement en matière d'économie d'énergie, d'économie de ressources et de réduction de la pollution de l'environnement.
Éliminez le choc de démarrage du moteur à courant alternatif et l'impact sur le réseau électrique, et réduisez le taux de défaillance du moteur électrique et de l'équipement.
Améliorer la précision du contrôle et le degré d'automatisation.
Les avantages économiques du contrôle de la vitesse de conversion de fréquence sont remarquables.
Pour les pompes centrifuges et les ventilateurs, le débit de fluide est proportionnel au côté primaire de la vitesse, le couple est proportionnel au côté secondaire de la vitesse et la puissance est proportionnelle au côté tertiaire de la vitesse, la vitesse diminue et la consommation électrique du moteur diminue. dans trois directions, de sorte que l'effet d'économie d'énergie du contrôle de la vitesse de conversion de fréquence est très significatif.
Si le débit diminue, la vitesse de rotation diminue, le courant diminue et la consommation électrique du moteur diminue, ce qui permet théoriquement d'économiser de l'énergie.
Si l'utilisation originale des amortisseurs, la régulation des vannes, le débit diminue, la hauteur de pression augmente, la puissance du moteur diminue, de sorte que la régulation de vitesse à fréquence variable que les amortisseurs, la régulation de type vanne permet d'économiser de l'énergie.
En plus des économies d'énergie et de l'efficacité, pour différentes charges, il existe certains avantages économiques indirects, principalement le facteur de puissance qui peut être amélioré, pour obtenir un démarrage en douceur, réduire le couple de démarrage sur les dommages électriques et mécaniques du moteur, en douceur, stable et élevé. contrôle de précision.
21e siècle, le contrôle de vitesse à fréquence variable est devenu le programme de contrôle de vitesse grand public, peut être largement utilisé dans tous les domaines de la transmission à vitesse variable en continu.
Caractéristiques de conception des moteurs à fréquence variable
3.1 Conception électromagnétique
Les principaux paramètres de performances pris en compte dans la conception des moteurs asynchrones ordinaires sont la capacité de surcharge, les performances de démarrage, le rendement et le facteur de puissance.
Quant au moteur inverseur, puisque le taux de variation critique est inversement proportionnel à la fréquence d'alimentation.
Il peut être démarré directement lorsque le taux de refus critique est proche de 1.
Par conséquent, la capacité de surcharge et les performances de démarrage ne nécessitent plus beaucoup de considération, et le problème clé à résoudre est de savoir comment améliorer l'adaptabilité du moteur à l'alimentation non sinusoïdale.
La conception électromagnétique se concentre sur les aspects suivants :
1) Réduisez autant que possible la résistance du stator et du rotor, la réduction de la résistance du stator peut réduire la consommation fondamentale de cuivre pour compenser l'augmentation de la consommation de cuivre causée par les harmoniques élevées.
2) Pour supprimer les harmoniques élevées du courant, l'inductance du moteur AC doit être augmentée de manière appropriée.
Mais la résistance aux fuites de la fente du rotor est plus grande, son effet cutané est également plus important et la consommation de cuivre des harmoniques élevées est également augmentée.
Par conséquent, la taille de la réactance de fuite du moteur doit prendre en compte le caractère raisonnable de l’adaptation d’impédance dans toute la plage de vitesse.
3) Le circuit magnétique principal du moteur de l'onduleur est généralement conçu pour être insaturé. L'une consiste à considérer que les harmoniques élevées approfondiront la saturation du circuit magnétique et l'autre consiste à considérer qu'à basse fréquence, la tension de sortie de l'onduleur doit être augmentée de manière appropriée. afin d'améliorer le couple de sortie.
3.2 Conception des structures
La conception de la structure, prend également en compte principalement l'impact des caractéristiques de puissance non sinusoïdales sur la structure d'isolation du moteur de l'onduleur, les vibrations, le mode de refroidissement du bruit, etc., et prête généralement attention aux problèmes suivants.
(1) niveau d'isolation, généralement de niveau F ou supérieur, pour renforcer l'isolation à la terre et à la résistance de l'isolation des spires de ligne, en particulier pour prendre en compte la capacité de l'isolation à résister à la tension de choc.
(2) La vibration et le bruit du moteur, nous devons pleinement prendre en compte la rigidité des composants du moteur et de l'ensemble, et faire de notre mieux pour améliorer sa fréquence inhérente afin d'éviter le phénomène de résonance à chaque onde de force.
(3) Méthode de refroidissement : utilisez généralement un refroidissement par ventilation forcée, c'est-à-dire que le ventilateur de refroidissement du moteur principal est entraîné par un moteur indépendant.
(4) Des mesures visant à empêcher le courant d'arbre et des mesures d'isolation des roulements doivent être adoptées pour les moteurs d'une capacité supérieure à 160 kW.
Principalement, il est facile de produire une asymétrie du circuit magnétique, qui produira également un courant d’arbre.
Lorsque les courants produits par d'autres composants haute fréquence sont combinés, le courant de l'arbre sera considérablement augmenté, ce qui entraînera des dommages aux roulements. Des mesures d'isolation doivent donc être prises en général.
5) Pour un moteur à fréquence variable à puissance constante, lorsque la vitesse dépasse 3 000/min, une graisse spéciale résistante aux températures élevées doit être utilisée pour compenser l'augmentation de température du roulement.
La différence entre le moteur inverseur et le moteur ordinaire
La plupart des moteurs ordinaires domestiques ne peuvent fonctionner que dans des conditions de AC380V/50HZ, les moteurs ordinaires peuvent réduire ou augmenter la fréquence d'utilisation.
Mais la portée ne peut pas être trop grande, sinon le moteur chaufferait ou même brûlerait. Les moteurs inverseurs peuvent être utilisés à n’importe quelle vitesse dans leur plage de vitesse et le moteur ne sera pas endommagé.
En général, moteur à induction à conversion de fréquence avec une charge nominale de 100 % dans la plage de 10 % à 100 % de vitesse nominale en fonctionnement continu, l'augmentation de température ne dépassera pas la valeur standard autorisée du moteur.
La majeure partie de la dissipation thermique des moteurs ordinaires est de type auto-refroidissement par air, et la dissipation thermique du moteur dépend du barattage des deux roues à l'extrémité du moteur.
Lorsque la vitesse du moteur est faible, la dissipation thermique du moteur devient un problème.
Par rapport aux moteurs ordinaires, le prix des moteurs inverseurs n’est pas beaucoup plus cher et les avantages sont évidents.
Inverter motor adopts "special inverter induction motor + inverter" AC speed control method, so that the degree of mechanical automation and production efficiency is greatly improved, equipment miniaturization, increase comfort.
Au-delà de 3000 tr/min, une graisse spéciale résistante aux hautes températures doit être utilisée pour compenser l'échauffement des roulements.
Charge de couple secondaire, lorsque la vitesse est réduite, le couple est également réduit et la génération de chaleur est également réduite, adaptée à la sélection d'un moteur ordinaire pour la conversion de fréquence, la vitesse réelle n'est pas inférieure à 40 % de la vitesse synchrone à utiliser.
Les autres charges, lorsqu'elles fonctionnent à une vitesse synchrone de 60 % et plus, utilisent des moteurs ordinaires.
Lors du fonctionnement à une vitesse synchrone de 25 % à 60 %, utilisez un moteur asynchrone triphasé de type cage d'onduleur à refroidissement forcé externe, c'est-à-dire un moteur spécial pour la conversion de fréquence.
Lorsque la vitesse est inférieure à 25 % de la vitesse synchrone, utilisez un moteur à refroidissement complètement forcé. C'est-à-dire un moteur spécial vectoriel.
La vitesse contrôlée par différentes méthodes de contrôle de conversion de fréquence est différente.
La plage de vitesse contrôlée par la méthode de contrôle U/F est de 150 à 1 470 m/min ; la plage de vitesse contrôlée par contrôle vectoriel sans capteur de vitesse et contrôle direct du couple est de 60 à 1 500 m/min ; la plage de vitesse contrôlée par contrôle vectoriel avec capteur de vitesse et contrôle direct du couple, la plage de vitesse de contrôle est de 5 à 1 500 m/min et la stabilité de fonctionnement à 5 m/min n'est pas très bonne.
Après avoir adopté le convertisseur de fréquence, le moteur peut être démarré à très basse fréquence et tension sans courant d'appel, et peut utiliser diverses méthodes de freinage fournies par le convertisseur de fréquence pour un freinage rapide,
ce qui crée les conditions de démarrages et de freinages fréquents, ainsi le système mécanique et le système électromagnétique du moteur sont sous l'action d'une force alternative cyclique,
ce qui entraîne des problèmes de fatigue et de vieillissement accéléré de la structure mécanique et de la structure isolante.
La technologie FM nécessite trois aspects principaux du moteur : le niveau d'isolation, le refroidissement forcé et les roulements du rotor.
Si la vitesse est régulée vers le haut au-delà de la fréquence fondamentale, la résistance mécanique de la structure du moteur est également prise en compte.
Conclusion
L'efficacité et l'augmentation de la température du moteur seront environ 10 % plus élevées dans le cas d'un variateur, et l'augmentation de la température sera environ 20 % plus faible, en particulier dans la région des basses fréquences du contrôle vectoriel ou du contrôle direct du couple.
Le moteur inverseur est meilleur que le moteur ordinaire pour les occasions nécessitant des démarrages fréquents, une régulation de la vitesse et un freinage.
En termes de bruit et de vibrations électromagnétiques, les moteurs à onduleur ont moins de bruit et de vibrations électromagnétiques que les moteurs ordinaires lorsqu'ils sont entraînés par un onduleur.
Étant donné que le moteur inverseur est conçu pour un entraînement par inverseur, il peut résister à des changements de tension plus importants et la résistance d'isolation du moteur inverseur est plus élevée.
Surtout en mode de contrôle DTC, c'est un excellent test pour la résistance de l'isolation du moteur.
La principale différence est que le moteur inverseur a une dissipation thermique supplémentaire (ventilation forcée avec ventilateurs axiaux séparés).
La dissipation thermique dans les basses fréquences, le freinage CC et certaines applications spéciales est bien meilleure que celle des moteurs asynchrones CA normaux.
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