산업용 유도 전동기 관련 응용 분야에서 고효율,우수한 관리 효율성 및 에너지 절약을 실현하려면 제어 가능한 주파수 변환기 시스템을 채택해야합니다. 주파수 변환기 시스템은 현재 정적 주파수 변환기에 의해 공급되는 교류 모터입니다. 최신 주파수 변환기는 교류 모터 신청 및 쉬운 임명을 위해 중대한 작동합니다. 그러나 한 가지 중요한 문제는 비 정현파 출력 전압에 의해 발생합니다. 이 요인은 많은 바람직하지 않은 문제를 야기했습니다. 유도 전동기 손실,소음 및 진동 증가,유도 절연 시스템에 대한 해로운 영향 및 베어링 고장은 주파수 변환기 관련 시스템의 문제의 예입니다. 증가 된 유도 손실은 과열을 방지하기 위해 유도 출력 전력의 디 등급을 의미합니다. 실험실에서의 측정은 온도 상승이 일반 전원 공급 장치에 비해 주파수 변환기의 경우 40%더 높을 수 있음을 보여줍니다. 주파수 변환기의 지속적인 연구 그리고 증진은 이 문제점의 많은 것을 해결했습니다. 불행히도 한 문제를 해결하는 것이 다른 문제를 강조한 것 같습니다. 유도 및 주파수 변환기 손실을 줄이면 절연에 해로운 영향을 증가시키는 경향이 있습니다. 유도 제조업체는 물론 이것을 알고 있습니다. 새로운 유도 설계(인버터 방지 모터)가 시장에 등장하기 시작했습니다. 더 나은 고정자 감기 절연제 및 다른 구조상 개선은 빈도 변환기 신청을 위해 잘 적응시킬 유동 전동기를 지킵니다.
소개
유도 전동기의 가장 심각한 문제 중 하나는 속도 조절에 적응하기가 어렵다는 것입니다. 교류 모터의 동기 속도는 다음 방정식에 의해 결정됩니다.
120*에프/피
에프=동기 속도
에프=파워 그리드 주파수
피=극 번호
주어진 극 번호에 대해 속도를 조정하는 유일한 방법은 주파수를 변경하는 것입니다.
기본 원리
이론상 기본 개념은 간단하며 안정적인 전력선 주파수를 가변 주파수로 변환하는 과정은 기본적으로 두 단계로 수행됩니다:
- 교류 전원 근원은 직류 전압으로 조정됩니다.
- 직류 전압은 원하는 주파수의 교류 전압으로 잘립니다.
주파수 변환기는 기본적으로 정류기,직류 링크 및 인버터의 세 블록으로 구성됩니다.
다른 종류의 주파수 변환기
그들은 메가 와트까지 수백 와트에서 사용할 수 있습니다.
100 킬로와트 컨버터로 20 킬로와트 유도를 실행할 수 있습니다. 이 응용 프로그램에 대한 작업을 쉽게 큰 혜택입니다.
현재,주파수 변환기는 절연 게이트 바이폴라 번역기를 사용하고 있다. 현대 주파수 변환기는 매우 잘 수행하고,정현파 전원 공급 장치를 사용하여 멀리 디자인 뒤에 없습니다-적어도 100 킬로와트 정도의 전력 범위까지.전류소스 인버터는 전류소스 인버터에 비해 거칠고 단순한 설계입니다. 그것은 전원 회로에 간단한 사이리스터 또는 스크랩을 사용하여 훨씬 저렴합니다. 그것은 또한 매우 신뢰할 수있는 이점이 있습니다. 이 디자인은 직류 링크의 큰 인덕터로 인해 단락 방지 기능을 제공합니다. 이 모든 것은 매우 간단합니다.
이전,전류 소스 인버터 최고의 선택 큰 부하. 전류 소스 인버터의 단점은 부하와 일치 할 필요가 있다는 것입니다. 주파수 변환기는 사용되는 유도 모터 용으로 설계되어야합니다. 사실,유도 자체는 반전 회로의 일부입니다.
전류 소스 인버터는 유도 전동기에 사각형 모양의 전류를 공급합니다. 낮은 속도에서 유도는 코깅 토크를 생성합니다. 이 유형의 주파수 변환기는 공급 소스에 비해 더 많은 노이즈를 생성합니다. 필터링이 필요합니다.
출력 전압의 중전압 과도현상은 전류 소스 인버터의 추가적인 단점이다. 과도 현상은 최악의 경우 공칭 전압의 거의 두 배에 도달 할 수 있습니다. 이 주파수 변환기를 사용하면 권선 절연이 조기에 마모 될 위험이 있습니다. 이 효과는 부하가 주파수 변환기와 제대로 일치하지 않을 때 가장 심각합니다. 이것은 부분 짐에 달릴 때 일어날 수 있습니다. 이러한 종류의 주파수 변환기는 점점 더 인기를 잃고 있습니다.
속 벡터 제어(FVC)
플럭스 벡터 제어가 더 복잡한 유형의 주파수 변환기에 사용되는 응용 프로그램에서는 극단적 제어 요구합니다. 예를 들어 제지 공장에서는 속도 및 연신력을 매우 정확하게 제어 할 필요가 있습니다.
주파수 변환기에는 항상 어떤 종류의 피드백 루프가 있습니다. 주파수 변환기의 이 종류는 펌프 신청에 있는 작은 관심사의 일반적으로 입니다. 그것은 비싸고,그것의 이득은 이용 될 수 없다.
모터에 미치는 영향
유도는 순수한 정현파 전압 소스와 함께 공급 될 때 가장 잘 작동합니다. 이것은 주로 강력한 유틸리티 전원에 연결된 경우입니다.
유도가 주파수 변환기에 연결되면 잘게 잘린 사각형 전압과 같은 비 정현파 전압이 공급됩니다. 우리가 대칭 3 단계 정연한 전압을 가진 3 단계 감응작용을 공급하는 경우에,짝수아울러 3 의 배수인 모든 고조파는,대칭 때문에 삭제될 것입니다. 그러나,여전히 왼쪽 숫자는 5;7 과 11;13 과 17;19 과 23;25 등등. 고조파의 각 쌍을 위해,더 낮은 수는 반전이고 더 높은 수는 앞으로 자전하고 있습니다.
유도 전동기의 속도는 강한 지배력 때문에 기본 숫자 또는 숫자 1 에 의해 결정됩니다. 이제 고조파는 어떻게됩니까?
고조파의 관점에서 볼 때,유도는 회 전자가 차단 된 것으로 보이며,이는 고조파의 경우 슬립이 약 1 임을 의미합니다. 이들은 더 유용한 작업을 제공하지 않습니다. 결과는 대부분 로터 손실과 여분의 가열입니다. 특히 우리의 응용 프로그램에서,이 심각한 결과이다. 현대 기술로,그러나,그로 인하여 여분 손실을 감소시키는 감응작용 현재에 있는 조화되는 내용의 다량을 삭제하는 것이 가능합니다.
주파수 변환기
이전의 초기 주파수 변환기는 종종 유도 모터를 공급하기 위해 간단한 사각형 전압을 사용했습니다. 그들은 가열 문제를 일으켰고 인덕션은 토크 리플에 의한 전형적인 소음으로 달렸다. 단순히 다섯 번째와 일곱 번째를 제거함으로써 훨씬 더 나은 성능을 달성했습니다. 즉,전압 신호의 몇 가지 여분의 스위칭을 통해 이루어졌다.
주파수 변환기 오늘
요즘,이 기술은 더 정교하고 대부분의 단점은 역사입니다. 고속 전력 반도체 및 마이크로 프로세서의 개발로 인해 대부분의 유해한 고조파가 제거되는 방식으로 스위칭 패턴을 조정할 수있었습니다.
스위칭 주파수 20 키로헤르쯔 사용할 주파수 컨버터 중간 전원 범위(일부 수십 킬로와트). 주파수 변환기의 이 유형을 가진 감응작용 현재는 거의 공동 형성될 것입니다.
높은 스위칭 주파수에서 유도 손실은 낮게 유지되지만 주파수 변환기의 손실은 증가합니다. 총 손실은 지나치게 높은 스위칭 주파수에서 더 높아질 것입니다.
일부 모터 기초 이론
유도 전동기에서의 토크 생산은
=고정자 전압의 각주파수
이자형=유도형 고정자 전압
다양한 속도에서 최상의 성능을 얻기 위해서는 각 속도에서 유도에 적합한 자화 수준을 유지할 필요가 있다.
다양한 토크 특성의 범위는 다음 그림과 같다. 일정한 토크 부하를 위해,브이/에프 비율은 일정해야 합니다. 정연한 토크 짐을 위해,일정한 브이/에프 비율은 저속에 지나치게 높은 자화 귀착될 것입니다. 이것은 불필요하게 높은 철 손실과 저항 손실을 생성합니다(적외선).
제곱 브이/에프비를 사용하는 것이 좋다. 따라서 철 손실과 적외선 손실은 실제 부하 토크에 대해 더 수용 가능한 수준으로 감소합니다.
이 그림을 보면 전압이 최대에 도달했으며 50 헤르쯔 기본 주파수 이상으로 증가 할 수 없다는 것을 알 수 있습니다. 기본 주파수 위의 범위를 필드 약화 범위라고합니다. 이 결과는 전류를 증가시키지 않고 필요한 토크를 더 이상 유지할 수 없다는 것입니다. 이것은 정현파 전력망에서 달리는 전압의 밑에 정상과 동일한 종류의 난방 위로 문제 귀착될 것입니다. 주파수 변환기의 정격 전류가 초과 될 가능성이 있습니다.
필드 약화 범위에서 실행
때때로,그렇지 않으면 불가능할 의무 지점에 도달하기 위해 상용 전력망 주파수 이상의 주파수에서 펌프를 작동시키려는 유혹이 있습니다. 이렇게 하는 것은 여분 의식을 요구한다. 펌프를 위한 갱구 힘은 속도의 입방체로 증가할 것입니다. 10%의 과속은 33%더 많은 출력 전력을 필요로합니다. 대략적으로 말하면 온도 상승이 약 75%증가 할 것으로 예상 할 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 우리가 과속으로 유도로부터 짜낼 수있는 것에 한계가 있습니다. 유도의 최대 토크는 필드 약화 범위에서 1/에프의 함수로 떨어집니다.
주파수 변환기가 토크에 의해 필요한 전압에 해당하는 전압으로 그것을 지원할 수 없다면 유도가 떨어질 것이 분명합니다.
감세
대부분의 경우 유도는 정현파 전력망에서 최대 용량으로 실행되며 추가 가열은 용인 할 수 없습니다. 그런 감응작용이 어떤 종류의 빈도 변환기에서 강화되는 경우에,가장 가능하게 더 낮은 출력 전력에 과열을 피하기 위하여 달려야 한다.
300 킬로와트 이상의 대형 펌프 용 주파수 변환기가 25-30%의 유도 손실을 추가한다는 것은 드문 일이 아닙니다. 위 전력 범위에서,주파수 변환기의 단지 약간은 높은 엇바꾸기 빈도가 있습니다:500 에서 1000 헤르쯔는 주파수 변환기의 이전 발생을 위해 보통 입니다.
여분 손실을 보상하기 위하여는,출력 전력을 감소시키는 것이 필요합니다. 우리는 큰 펌프를 위해 10-15%의 일반적인 감세를 추천합니다.
주파수 변환기가 고조파로 공급 그리드를 오염시키기 때문에 전력 회사가 입력 필터를 처방하는 경우가 있습니다. 이 필터는 사용 가능한 전압을 일반적으로 5-10%줄입니다. 감응작용은 명목상 전압의 90-95%에 그 결과로 달릴 것입니다. 결과는 추가 가열입니다. 감세가 필요할 수 있습니다.
예
실제 펌프 모터의 출력 전력은 50 헤르츠에서 300 킬로와트이고 온도 상승은 80 이다. 30%의 추가 손실은 30%따뜻한 유도가 발생합니다. 보수적인 가정은 온도 상승이 갱구 힘의 제곱으로 변화한다 입니다.
80,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000= √(1/1.3) * 300 = 감소는 임펠러 직경을 감소시키거나 아래로 속력을 내서 달성될 수 있습니다.
주파수 변환기 손실
주파수 변환기 시스템의 전체 효율이 결정될 때,주파수 변환기의 내부 손실이 포함되어야 한다. 이 주파수 변환기 손실은 일정하지 않으며 결정하기 쉽지 않습니다. 그들은 일정한 부분과 부하 의존 부분으로 구성됩니다.
일정한 손실:
냉각 손실(냉각 팬)—전자 회로의 손실 등.
부하 종속 손실:
전력 반도체의 스위칭 손실 및 리드 손실.
다음 그림은 45,90 및 260 킬로와트의 정격 단위에 대한 입방 부하에서 주파수의 함수로서의 주파수 변환기 효율을 보여줍니다. 곡선은 50-300 킬로와트의 전력 범위의 주파수 변환기에 대한 대표;스위칭 주파수는 약 3 킬로헤르츠 및 2 세대의 이그 비트와 같게.
모터 절연에 미치는 영향
최신 주파수 변환기의 출력 전압은 전압 상승 시간이 매우 짧습니다.
이러한 가파른 전압 경사는 유도 권선의 절연 재료에 과도한 스트레스를 유발합니다. 상승 시간이 짧으면 고정자 권선의 전압이 균일하게 분포되지 않습니다. 정현파 전원 공급 장치를 사용하면 유도 권선의 턴-턴 전압이 일반적으로 동일하게 분배됩니다. 반면에 주파수 변환기를 사용하면 전압의 최대 80%가 첫 번째 및 두 번째 턴에 걸쳐 떨어집니다. 전선 사이의 절연은 약점을 구성하기 때문에,이 유도에 대한 위험 증명할 수 있습니다. 짧은 상승 시간은 또한 감응작용 케이블에 있는 전압 반영을 일으키는 원인이 됩니다. 최악의 경우,이 현상은 유도 단자에서 전압을 두 배로 증가시킵니다. 690 볼트 주파수 변환기에서 공급되는 유도는 위상 사이에 최대 1 900 볼트에 노출 될 수 있습니다.
전압 진폭은 유도 케이블의 길이와 상승 시간에 따라 달라집니다. 상승 시간이 매우 짧으면 길이가 10~20 미터 인 케이블에서 전체 반사가 발생합니다.
기능과 충분한 모터 수명을 보장하기 위해서는 주파수 변환기와 함께 사용하기 위해 권선을 적용해야 합니다. 500 볼트의 위 전압을 위한 유도에는 강화한 절연제의 어떤 모양이 있어야 합니다. 고정자 권선은 거품 또는 구멍의 절연제를 자유로운 지키는 수지로 임신되어야 합니다. 글로우 방전은 종종 충치 주변에서 시작됩니다. 이 현상은 결국 절연을 파괴합니다.
모터를 보호하는 방법이 있습니다. 강화 된 절연 시스템 이상,주파수 변환기와 유도 사이에 필터를 삽입해야 할 수도 있습니다. 이러한 필터는 가장 잘 알려진 주파수 변환기 공급 업체에서 사용할 수 있습니다.
베어링 고장
회전 기계의 고장은 종종 베어링 고장과 관련 될 수 있습니다. 과도한 가열,불충분 한 윤활 또는 금속 피로 외에도 베어링을 통한 전류가 많은 신비한 베어링 고장,특히 큰 인덕션의 원인이 될 수 있습니다. 이 현상은 일반적으로 고정자 구조에서 작은 전압을 유도하는 자기 회로의 비 대칭 또는 제로 시퀀스 전류에 의해 발생합니다. 고정자 구조와 갱구 단위 사이 잠재력이 충분히 높이 되는 경우에,출력은 방위를 통해서 일어날 것입니다. 회전 성분과 방위 도수로사이 작은 전기 출력은 결국 방위를 손상할 것입니다.
주파수 변환기를 사용하면 이러한 유형의 베어링 고장이 발생할 확률이 높아집니다. 현대 주파수 변환기의 스위칭 기술은 특정 상황에서 베어링을 통해 길을 찾는 제로 시퀀스 전류를 발생시킵니다.
이 문제를 치료하는 가장 쉬운 방법은 전류에 대한 장애물을 높이는 것입니다. 일반적인 방법은 외부 링에 절연 코팅이 된 베어링을 사용하는 것입니다.
결론
주파수 변환기를 사용하는 것은 문제 없는 것을 의미하지 않는다. 디자인 작업 중에 관심을 지불해야하는 질문이 많이 있습니다. 예를 들어 과도한 가열을 방지하기 위해 사용 가능한 샤프트 전력을 제한 할 필요가 있습니까? 이 문제를 피하기 위해 더 낮은 출력 전력으로 실행해야 할 수도 있습니다.
유도 전동기 절연은 인버터의 효과에 저항합니까? 필터링이 필요합니까? 현대적이고 효율적인 인버터는 높은 스위칭 주파수와 짧은 전압 상승 시간으로 인해 절연에 해로운 영향을 미칩니다.
최대 전압 반사를 생성하지 않고 사용할 수있는 최대 케이블 길이는 무엇입니까? 전압 진폭은 케이블 길이와 상승 시간 모두에 따라 다릅니다. 매우 짧은 상승 시간으로 전체 반사는 10~20 미터 길이의 케이블에서 발생합니다.
제로 시퀀스 전류가 베어링으로 향하는 것을 방지하기 위해 절연 베어링을 사용해야 할 수 있습니까?
이 모든 질문을 지울 때만 주파수 변환기 사용에 대한 올바른 결정을 내릴 수 있습니다.