Прибл. 90% всех потерь, вызванных преобразователем, происходит в роторе и может привести к вредному нагреву двигателя », - объясняет Торстен Бланкенбург, технический директор Sieb & Meyer AG. «Кроме того, характерный низкий объем ротора высокоскоростного двигателя создает дополнительные проблемы с температурой».
Проблема распознана, проблема устранена
Процедуры управления преобразователями частоты SD2x от Sieb & Meyer приводят к низкой пропорции частот гармоник в токе двигателя. Потери до 90% ниже, чем у продуктов конкурентов; нагрев двигателя соответственно уменьшается. Дополнительными преимуществами более низких температур двигателя являются более длительный срок службы шарикоподшипников и положительное влияние на качество обработки.
Картинная галерея
Улучшить качество тока двигателя
Но что именно является фоном и как можно улучшить качество токов двигателя? «Вы должны знать, что все токи, которые отклоняются от идеальной синусоидальной формы, вызывают потери в двигателе», - говорит Бланкенбург. «Эта составляющая тока двигателя генерируется преобразователем и представляет собой так называемый пульсирующий ток, который накладывает синусоидальный ток двигателя.» Установленный пульсационный ток зависит от частоты переключения, напряжения постоянного тока преобразователя и, что очень важно, от этого Индуктивность двигателя.
Малые индуктивности приводят к большим пульсирующим токам, что очень неблагоприятно, особенно для высокоскоростных синхронных двигателей, потому что они имеют очень малую индуктивность из-за своей физической природы. Результирующий нагрев ротора может оказать экстремальное влияние на стабильность ротора, постоянных магнитов и подшипников. Проблемы возникают прежде всего при высоких номинальных оборотах двигателя.
Преобразователь частоты
Избегайте гармоник - где форма синуса, пожалуйста?
Что дает использование LC-фильтров
Чтобы избежать этого, стандартные фильтры с двухуровневой широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и низкой частотой переключения часто используют LC-фильтры. Эти решения, которые по отдельности состоят из пассивных электронных компонентов, позволяют либо ослабить только фронты переключения импульсного шаблона, выводимого преобразователем (фильтр du / dt), либо даже достичь приблизительно синусоидальных напряжений и токов двигателя. Если вы используете LC-фильтры, вы должны ожидать дополнительных затрат, дополнительного места и веса, а также потерь в эффективности. Также важно заранее разработать LC-фильтры для соответствующего применения - это требует времени и гибкости.
Подсказка к книге
Книга Drive Practice содержит обзор приводов, используемых с фиксированной или переменной скоростью, которые работают в энергосберегающем и сетевом режиме. В нем объясняется, как работают компоненты и как они взаимодействуют в системе привода, вплоть до создания сетей в операционных и глобальных сетях.
Трехуровневые технологии и повышение частоты коммутации
Другое решение - увеличить частоту коммутации для ШИМ. Если он удваивается, то пульсация тока обычно уменьшается вдвое. Однако технически и экономически это имеет свои пределы:
- Во-первых, быстродействующие силовые транзисторы в более высоком диапазоне напряжений стоят дороже.
- Однако потери на переключение на выходном каскаде также чрезвычайно возрастают, что оказывает очень неблагоприятное влияние на эффективность и, следовательно, на охлаждающее усилие.
- Кроме того, не все двигатели положительно реагируют на увеличение частоты переключения. Из-за конструкции может случиться так, что увеличение частоты переключения приводит к незначительному улучшению потерь в двигателе. Это в основном тот случай, когда речь идет о синхронных двигателях, в которых нет сегментации постоянных магнитов.
определение
Что такое тормозной резистор?
Трехуровневая технология сокращает потери на 75%
В качестве альтернативы можно использовать трехуровневую технологию, на которой основан, например, преобразователь частоты SD2M. Благодаря используемой технологии силовые полупроводниковые приборы на выходных каскадах подвергаются воздействию только половины напряжения, которое имеет место при использовании двухуровневой технологии. Поэтому возможно работать с силовыми полупроводниками, которые рассчитаны на гораздо более низкие напряжения и, следовательно, (благодаря технологии) переключаются еще быстрее. Результат: на выходном каскаде происходит меньше потерь на переключение, и частота переключения может быть значительно увеличена.
В то же время, двигатель загружен только на 50% скачков напряжения по сравнению с двухуровневой технологией. Использование только трехуровневой технологии может снизить потери в роторе примерно на 75%. Если вы теперь используете как трехуровневую технологию, так и увеличение частоты переключения, потери в роторе могут быть уменьшены до 90%. Фильтры LC часто могут быть полностью опущены.
Преобразователь частоты
Пять самых распространенных ошибок при разработке дисков
Новое поколение устройств на продвижении
Пока все хорошо, но становится еще лучше: Sieb & Meyer недавно представила новую платформу разработки SD4x, на основе которой компания теперь будет разрабатывать серию ориентированных на будущее устройств. Устройства поддерживают новые интерфейсы и предлагают ряд дополнительных функций. Пользователи получат выгоду от более высоких скоростей и значительно улучшенной производительности. Благодаря встроенному контроллеру положения устройства SD4x теперь могут также выполнять независимое, высокоточное позиционирование; Регуляторы скорости и тока остаются постоянными по сравнению с серией SD2x.
Технология мехатронного привода
Оптимальный дизайн эффективной системы привода
«Наша цель с этими устройствами - динамически приводить в движение высокоскоростные двигатели с еще меньшими потерями мощности», - говорит Бланкенбург. «Именно поэтому мы теперь также поддерживаем частоты переключения ШИМ 24 и 32 кГц». Для еще более точной модуляции синусоидального сигнала теперь также встроен контроль угла коммутации для 32, 48 и 64 кГц. Это приводит к почти оптимальному синусу, гармонических токов почти нет. Потеря мощности, вызванная ШИМ, может быть уменьшена до доли.
« Оптимизированная производительность, более высокие скорости и низкое прогревание двигателя без синусоидального фильтра - это основные преимущества семейства продуктов SD4x», - резюмирует Бланкенбург. «Улучшения позволят улучшить качество продукции в существующих приложениях, а также откроют совершенно новые области применения».
Дополнительная информация о SD2M: Инверторы с трехуровневым ШИМ
Преобразователь частоты SD2M с трехуровневой технологией сумел создать большой успех за несколько лет с момента его появления: например, Sieb & Meyer завоевала множество новых клиентов для серийного бизнеса в области высокоскоростных турбомашин - турбовоздуходувок, турбокомпрессоров и турбогенераторов. Преобразователь частоты SD2M по-прежнему является лучшим выбором для применений в станках или на испытательных стендах, где он обеспечивает максимальную производительность при небольшой занимаемой площади, низкую стоимость системы и высокую эффективность. Инновационная трехуровневая технология преобразователя частоты SD2M предназначена для выходной мощности до 432 кВА и частоты вращающегося поля до 2000 Гц.
В качестве основы для конкретных разработок Sieb & Meyer недавно расширила SD2M с точки зрения производительности. Теперь можно реализовать индивидуальные решения заказчика с токами двигателя до 650 А - опционально на основе воздушного или жидкостного охлаждения.