유도 전동기의 주파수 조절 속도가 널리 응용되었다. 인버터 설계에는 여러 가지가 있습니다. 주파수 변이기의 공급업체는 자신의 제품을 홍보하기 위해 자신의 장점을 적극적으로 홍보하지만, 다른 제품의 열세는 사람을 현혹시킨다. 주파수 변환기 사용자는 종종 합리적인 응용 프로그램 및 비교 프로그램에 대해 많은 질문을 하며, 주파수 변이기 개발자는 논증 방안을 제시할 때 종종 제품 포지셔닝 및 전망에 대해 질문을 합니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 필자는 자신이 다년간 이 방면에 종사한 경험을 근거로 다음과 같은 몇 가지 문제에 대해 자신의 견해를 이야기했다.
각양각색의 제품은 시장에서 확고한 발판을 마련하기만 하면 각자의 장단점이 있을 것이다. 시장은 무정하다. 모두 단점이라면, 제품은 도태될 것이다. 모두 장점이라면, 다른 사람을 도태시킬 것이다. 필자는 이 포럼을 통해 토론을 불러일으키고, 상업투기에서 벗어나, 사물의 본색을 되찾기를 희망한다. 다음은 개인적인 관점으로, 정보 제공만을 목적으로 합니다. 일부 가격은 모두 방안 비교에 쓰이는 것이지, 실제 쇼핑 가격이 아니며, 상업 활동에 관여하지 않는다.
(1) 고출력 에너지 절약 속도 조절의 합리적인 전압 수준
대형, 중전력팬, 펌프는 변속 속도를 조절하면 대량의 전력을 절약할 수 있으며, 대부분의 전력은 0.2-2MW 범위에 있다. 현재 우리 200KW 이상의 모터는 대부분 중압, 전압 등급 10KV, 소량의 6KV 입니다. 10KV' 직접' 변종을 선택하는 것은 기술경제적 관점에서 볼 때 불합리하다. 모든' 직접' 주파수는 진정한 직접 주파수가 아니다. 입력쪽에 변압기가 있기 때문에 모터와 인버터가 전기망 전압과 일치할 필요는 없다. 이 기사에서는 다른 전력 세그먼트의 합리적인 전압 수준에 대해 설명합니다.
(2) 고성능 속도 제어 시스템의 벡터 제어 및 직접 토크 제어
고성능 속도 조절 시스템의 벡터 제어는 1970 년대 말, 80 년대 상용화에서 발명되었으며, 지금까지도 대부분의 회사에서 사용되고 있다. 직접 토크는 1980 년대 말에 발명되어 일부 회사에서 채택됐고, 90 년대 초에 상용화되었으며, 차세대 기술로 널리 홍보되었다. 이 기사에서는이 두 시스템에 대한 저자의 견해를 소개합니다.
(3) 속도 (위치) 센서와 속도 없음 (위치) 센서 시스템이 있습니다.
벡터 제어 및 직접 토크 제어 시스템 개발의 초기 단계에서는 속도 (위치) 센서 (인코더) 를 설치해야 합니다. 인코더를 설치하기가 어려운 경우도 있어 속도 없는 (위치) 센서 시스템이 개발되어 전자만큼 좋지는 않지만 V/f 개방 루프 시스템보다 낫다. 현재 인코더 없는 시스템의 저속 시동 성능이 인코더 시스템 수준에 도달했다는 선전이 있어 애매모호하다. 이 문서에서는 인코더를 설치하고 인코더를 설치하지 않는 시기에 대해 설명합니다.
2 고출력 에너지 절약 속도 조절 드라이브 합리적인 전압 수준
중대형 동력 팬과 펌프는 변속 속도 조절을 통해 대량의 전력을 절약할 수 있으며, 대부분의 전력은 200-2000KW 범위에 있다. 우리의 기존 AC 모터는 200KW, 200KW 이하 저전압 380V, 200KW 이상 중압: 3KV, 6KV, 10KV 입니다. 전력 부문은 선로를 낮추는 관점에서 전력 공급 전압을 높이고자 한다. 3KV 는 취소되고, 6KV 는 도태되고 있으며, 10KV 는 대대적인 홍보를 하고 있으며, 앞으로 20KV 로 상승할 것으로 보인다. 단순화된 구성에서 사용자들은 자연스럽게 200KW 이상의 모터, 변압기도 10KV 를 채택하기를 원합니다. 불행히도, 이 합리적인 요구는 기술적으로 달성하기 어렵고 경제적으로도 비싸다. 왜냐하면:
A. 10KV 모터 제조는 그리 어렵지 않지만 전압이 높아지면서 절연 등급이 높아지면서 모터 무게와 가격도 높아진다. YJS 시리즈 4 극 560KW 모터를 예로 들자: 380V 무게 3.6T, 가격110000; 6KV 무게 3.9T, 가격10.5 만 10KV 무게 4.4T, 비용 20 만 원.
B. 전력 전자 장치 전압 및 모터의 dv/dt 허용에 따라 10KV 인버터는 다단계 다중 장치 연결이어야 합니다. 이로 인해 노선이 복잡하고, 가격이 높으며, 신뢰성이 떨어진다. 1700V IGBT 장치가 10KV 인버터에 사용되는 경우 10 직렬 및 120 개의 3 상 장치가 필요합니다. 3300V 장치를 사용 하는 경우, 5 문자열 ***60 장치, 거 대 한 숫자가 필요 합니다. 반면에 전류가 작아서 기기의 전류 용량을 충분히 활용할 수 없다. 예를 들어, 560KW 의 경우 10KV 의 모터 전류는 약 40A 에 불과하며, 현재 1700V 의 IGBT 전류는 2400A 에 도달하고, 3300V 의 부품 전류는 1600A 에 달한다. 모터 전력이 2000KV 에 도달해도 전류는 140A 정도밖에 되지 않으며 여전히 작다.
수평을 격리하고 입력 전류 파형을 개선하고 고조파를 줄이기 위해 모든 중압' 직접 주파수 변환기' 는 실제 직접 주파수 변환기가 아니며 입력면에는 입력 변압기가 장착되어 있습니다. 이런 안배는 단기간에 변하지 않을 것이다. 입력쪽에 변압기가 있기 때문에 인버터와 모터의 전압이 그리드 전압과 동일하기 때문에 10KV 와 6KV 를 사용할 필요가 없기 때문에 인버터와 모터 전압 등급이 합리적이다. 또한 과거 모터의 저전압 200KW 의 경계는 모터가 직접 가동될 때 결정된 것으로, 시동 전류는 정격 전류의 7-8 배, 10KV/380V 전력 변압기 용량은 2000KVA, 단락 임피던스는 약 6%, 모터 시동 시 380V 버스 압력 강하는 약 5% 로 제한됐다. 변압기가 확대되면 단락 전류가 너무 커서 저전압 스위치가 견딜 수 없다. 주파수 변이기가 속도를 조절하면 시동 전류가 정격으로 제한되고 중저압 경계 조건도 그에 따라 변경되어야 한다. 현재 660V 저전압 모터의 용량은 이미 1000- 1200KW 에 도달했으며, 이는 합리적인 전압 수준을 논의할 수 있는 근거를 제공한다.
이 기사의 출발점은 합리적인 전압 수준을 분석하는 것입니다.
A. 저전압 인버터는 1200V 또는 1700V IGBT 를 사용하며, 장치 정격 전류는 1800A-2400A 보다 작고 병렬 수는 2 개를 넘지 않습니다. 멀티병렬 실현은 비교적 번거로우니, 멀티레벨 연결로 바꾸고 중압 변주법으로 바꾸는 것이 낫다.
B 중압 주파수 변환에 사용되는 부품 유형과 전압 등급은 매우 다양하며 해당 회로 체계도 다릅니다. 이 문서는 현재 시장에서 비교적 인기 있는 제품을 기반으로 합니다. 1700V IGBT 기반 DC 전력 멀티플렉싱 (H 브리지 연결) 시나리오 (SDM) 와 3300V, 4500V, 6000V IGBT 기반 IGBT 또는 IGCT 또는 IEGT 3 입니다.
문헌 [1] 은 합리적인 전압 수준을 분석했습니다. 여기서는 군더더기가 없습니다. 나는 단지 다음과 같은 관점을 나열했을 뿐이다.
800- 1200kw 이하의 변속 조절은 380V 또는 660V 전압 등급을 선택해야 합니다. 회로는 간단하고, 기술이 성숙하고, 안정성이 높으며, dv/dt 가 작고, 가격이 저렴하다. 예를 들어, 560KW 모터의 경우 630KW 660V 660 V 저전압 변이기는 약 500,000 대, 같은 용량 2300V 중압 변이기는 약 900,000 대 ... 낮음-낮음, 낮음-높음, 높음-낮음, 높음-낮음-높음 등 여러 가지 구현 방법이 있습니다. 모터와 변압기의 가격이 주파수 변환기보다 훨씬 낮기 때문에 모터와 변압기를 교체하는 것이 합리적이다.
B 중압 주파수 변환은 1000- 1500 kw 이상의 속도 조절에 사용할 수 있습니다.
외국 중압 주파수 변환기에는1..1KV, 2.3 kV, 3 kV 및 4.2 kV, 6 kV 등 다양한 전압 등급이 있으며, 주로 전력 전자 장치의 전압 등급에 따라 결정됩니다. THL 의 장치가 연결되지 않고 SDM 의 다리가 연결되지 않은 경우 장치 전압과 인버터 전압의 관계는 표 1 에 나와 있습니다.
표 1 연결 없는 경우 장치 전압과 인버터 전압 간의 관계
장비 전압 (V) 1700 3300 4500 6000
인버터 전압 (kv)1..12.3 4.2
현재 장치 최대 전압 6000V, 인버터 최대 전압 4.2KV, 연결 없음 6KV 인버터는 반드시 직렬로 연결해야 하고, 회로가 복잡하고, 부품이 많으며, 신뢰성이 영향을 받아야 한다. 6KV 인버터는 해외에서 거의 하지 않고 10KV 인버터는 거의 하지 않는다. SDM 원리는 H 브리지 유닛 연결을 통해 주파수 변환기 출력 전압이 장치 전압에 의해 제한되지 않고 더 높을 수 있지만 전압을 높이는 비용은 대량의 부품이며 신뢰성이 떨어집니다. 동일한 출력 전력의 인버터의 경우 더 많은 전압을 사용하는 장치를 직렬로 사용하는 데 드는 비용은 전압이 낮고, 수량이 적고, 전류가 더 큰 장치를 사용하는 비용보다 큽니다. 즉, 부품 전류가 허용되는 경우 전압 수준이 가능한 한 낮아야 합니다.
많은 응용 프로그램에는 우회 기능이 필요합니다. 즉, 인버터가 고장나면 모터가 우회되어 그리드에 직접 연결되어 일정한 속도로 작동합니다. 인버터의 비용을 줄이기 위해 전압이 그리드 전압보다 낮을 때 모터를 우회하는 방법은 해결해야 할 문제입니다. 이 문제는 해결할 수 있다. 서로 다른 인버터 바이패스 방식의 경우 인버터 바이패스는 모터가 전력망에 직접 연결되어 인버터에 장애가 발생할 경우 일정한 속도로 작동하는 것을 의미합니다. 모터 전압이 전력망 전압과 일치하면 우회로는 문제가 되지 않는다. 인버터의 비용을 줄이기 위해 모터 전압이 그리드 전압보다 낮을 때 우회를 수행하는 방법은 여기서 논의해야 할 문제입니다.
저전압 변이를 사용하는 경우 인버터의 입력 AC 전압이 정격 출력 전압과 동일하면 모터는 인버터를 우회하여 저전압 380V 또는 660V 전원에 직접 액세스할 수 있습니다.
THL 중압 변이를 사용하는 경우 1 과 같이 입력 변이기의 두 2 차 측면을 연결하여 모터에 전원을 공급할 수 있습니다. 3 개의 스위치가 "1" 에 연결되면 주파수 변환기가 작동합니다. 3 개의 스위치가 "2" 에 연결되면 우회되고 입력 변압기의 2 차 측면 회로 전압 세트는 각각 1.5Vm/2(Vm 은 모터의 정격 입력 전압) 와 같으며 차이는 300 입니다. 이들 직렬 전압은1.5 vmcos150 =1.01VM 으로 바로 전원 공급 장치다.
SDM 주파수 변환기를 사용하는 경우 입력 주파수 변환기의 2 차 측면이 너무 많아서 케이블을 변경하여 주파수 변환기를 우회할 수 없습니다. 장애 장치만 우회할 수 있고, 장애 장치의 출력은 접점을 통해 단락되고, 장치 내의 IGBT 는 차단됩니다. 이 인버터의 설계에서는 우회 장치의 작동 조건을 고려했다. 바이패스 인버터가 필요한 경우 백업 벅 변압기를 하나만 추가할 수 있습니다. 한 그리드에 여러 인버터가 걸려 있는 경우 합리적입니다.
Fibrechannel 을 설계할 때 모터가 직접 작동할 때의 시동 토크를 확인해야 합니다. 예를 들어 변압기 단락 임피던스는 6%, 용량은 주파수 변환기 용량의 1. 1 배, 모터 시동 전류는 7 배, 모터 시동 전압은 0.72Vm, 시동 토크는 정격 시동 토크의 0.52 배이며 부하 토크보다 커야 합니다. 시동 토크가 충분하지 않으면 변압기 용량을 늘리거나 작은 단락 임피던스 변압기만 선택할 수 있습니다.
고성능 속도 조절 시스템의 벡터 제어 및 직접 토크 제어
속도 제어 시스템의 임무는 속도를 제어하는 것이고 속도는 토크에 의해 변경됩니다. 속도 제어 시스템의 성능은 토크 제어의 품질에 따라 달라집니다. 벡터 제어 (VC) 와 직접 토크 제어 (DTC) 의 임무는 모두 고성능 토크 제어를 실현하는 것으로, 속도 조절 부분은 동일합니다.
비동기 모터의 토크는 자기 체인 벡터와 고정자 전류 벡터의 벡터 곱과 같습니다. 자기 체인은 직접 측정할 수 없으며 고정자 전압 전류 및 모터 매개변수로 계산해야 합니다.
고정자 전압과 전류는 모두 교류량이기 때문에 처리하기가 비교적 번거롭다. 따라서 VC 제어 시스템에서는 좌표 변환을 통해 dq 좌표계의 DC 양으로 변환하고 계산된 제어량을 AC 좌표계로 바꾸어 PWM 신호를 생성합니다. 고속과 저속 모두에서 좋은 성능을 얻으려면 많은 모터 매개변수를 포함하는 전압과 전류 모델을 사용해야 합니다.
DTC 시스템에서는 AC 전원을 사용하여 토크와 자기 체인을 직접 계산한 다음 토크와 자기 체인의 두 밴드 (벨트 컨트롤러) 에서 PWM 신호를 생성하므로 좌표 변환이 필요하지 않습니다. DTC 개발 초기에는 저속 작동 조건을 고려하지 않고 고정자 자체인을 기반으로 한 단 하나의 모터 매개변수만 포함되기 때문에 DTC 공급업체는 DTC 계산이 간단하며 모터 매개변수가 가장 적고 정확도가 높다는 것을 적극적으로 홍보했습니다. 실제로 저속 작동 조건을 고려한 후 DTC 는 VC 와 관련된 모터 매개변수만큼 많은 회 전자 자속 체인을 사용하여 전류 모델도 도입해야 하므로 정확도가 동일합니다. DTC 에는 좌표 변환이 없으며 계산 공식은 간단합니다. 그러나 벨트 제어를 위해서는 전환 주기 동안 여러 번 계산해야 하므로 계산 속도가 빨라야 합니다. ABB 회사의 ACS600 시리즈를 예로 들면 계산 주기는 25 μ s 로 VC 에서 스위치 주기 내 전압과 전류의 평균을 측정한 다음 한 주기를 계산하면 계산 속도가 낮아집니다. 지멘스의 6SE70 시리즈를 예로 들자면, 그의 계산 주기는 400μs 로 16 배 차이가 난다. 벡터 변환 계산은 4 곱하기 2 더하기 에 불과하며, 현재 프로세서의 능력으로는 아무것도 아니다. 또한 정자자체인도 DTC 의 특허가 아니며, 일부 VC 시스템도 정자자체인을 기반으로 합니다. 제품 샘플에서 ACS600(DTC) 의 토크 제어 응답 시간은 5ms, 6SE70(VC) 의 응답 시간은 5ms 로 기계적 빠른 응답에는 감당할 수 없습니다.
어떤 사람들은 DTC 가 자기 체인 크기를 사용하는 벨트-벨트 컨트롤을 사용하여 원형 자기장을 근사화하고, 자기 체인 크기의 변동으로 인해 토크 변동이 발생할 수 있으며, VC 는 연속 제어이고, 자기 체인 크기는 변하지 않고 토크 변동이 없다고 생각합니다. 이런 관점도 옳지 않다. DTC 에서 토크 밴드 제어의 존재로 인해 평균 토크는 자기 체인의 변화로 인해 변동하지 않고 전류 파형에만 영향을 줍니다. VC 의 경우 인버터가 PWM 모드에서 작동하기 때문에 스위치 주기 동안 제어되지 않고 불연속적으로 제어되며 전류 리플과 토크 리플에 문제가 있습니다. 6SE70 의 토크 리플은 2% 입니다.
요약하자면, 필자는 두 시스템 간에 본질적인 차이가 없다고 생각하는데, 다만 토크 제어를 실현할 때 가는 경로가 다를 뿐, 누구보다도 좋은 사람은 없고, 누가 누구를 대신할 것인지의 문제는 없다.
4 속도 (위치) 센서와 속도 없음 (위치) 센서 시스템이 있습니다.
벡터 제어 및 직접 토크 제어 시스템 개발의 초기 단계에서는 모터 축에 인코더를 설치하여 속도 (위치) 신호를 측정해야 합니다. 어떤 경우에는 인코더를 설치하기가 어려워 속도 없는 센서 시스템을 개발했다. 무속도 센서 시스템은 현재 핫한 화제로, 방법은 많지만 모두 같은 원리인 전압 전류 모델법에 기반을 두고 있다.
전압 모델은 더 적은 모터 매개변수를 사용합니다. 회전 속도가 5- 10% (고속) 보다 높을 경우 계산 정확도가 높고 5- 10% (저속) 보다 낮을 경우 전압이 너무 작아 계산 오차가 크다. 현재 모델은 많은 모터 매개변수, 특히 회전자 저항 변화의 영향을 받아 계산 오차가 약간 크지만 회전 속도와 무관합니다. 속도 센서가 있는 시스템에서는 고속으로 전압 모델을 사용하여 제어 정확도가 높습니다. 현재 모델은 저속으로 사용되며 정확도가 고속만큼 좋지는 않지만 정상적으로 작동할 수 있습니다. 속도 센서리스 시스템에서 고속 속도와 각속도는 전압 전류 모델의 계산 결과를 비교하여 인식되므로 속도 센서 시스템은 저속 수준에만 도달할 수 있습니다. 저속할 때 전압 모델이 정확하지 않아 참조가 없어 인식할 수 없고, 시스템은 벡터 제어만 포기할 수 있고, 개방 루프는 작동한다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언) 현재 시장에 출시되어 있는 속도 없는 센서 벡터 제어 시스템은 모두 저속 개방 루프 시스템으로 성능이 떨어진다. 장기 저속 작동 조건이 없고 고속일 때 속도 조절 정확도가 높지 않은 경우에만 사용할 수 있습니다.
일부 회사들은 속도가 없는 센서 벡터 제어 시스템이 정지될 때도 전체 토크를 생산할 수 있다고 주장하는데, 이는 사실이지만 선전의 성분도 있다. 정지 상태에서는 속도가 0 으로 알려져 있어 식별할 필요가 없지만, 일단 방향을 돌리면 장시간 저속으로 작동하면 안 된다.
인코더와 인코더가 없는 6SE70 시리즈 인버터의 성능은 표 2 에 나와 있습니다.
6 결론
1) 고출력 에너지 절약 속도 조절은 6kv 10kv' 직접 주파수 변환' 이 불합리하므로 전력에 따라 합리적인 전압 등급을 선택해야 한다. 고전력 주파수 변환기는 고전압을 사용하며 고전류 장치를 최대한 사용하여 연결된 장치의 수를 줄입니다.
2) 벡터 제어와 직접 토크 제어에는 각각 장단점이 있지만 회사마다 가는 길이 다르다. 누구보다도 좋고 누가 누구를 대신하는가에 대한 문제는 없다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언)
3) 속도 없는 센서 시스템은 장시간 저속 상태가 없고 고속일 때 성능 요구 사항이 높지 않은 경우에만 사용할 수 있습니다.
4) 국내의 실제 상황은 380v 의 전압 등급이 200 kW-3 15 kW 전력 등급의 모터 중 상당 부분을 차지한다는 것이다.
5)VC 와 DTC 의 우열이 크게 홍보되고 있다. 그들로 하여금 논쟁하게 해라.
6) 가격 대비 성능 측면에서 주파수 변환 전압 등급 선택의 합리성을 고려하며, 3 15kw 이하 380v, 250-800kw 660v, 500kw 이상 6kv 고주파수 또는 6kv,1을 선택할 수 있습니다
7) 높음-높음 제품 가격이 높음. 높고 낮은 제품은 변압기의 위치를 차지하며 전력 소비량은 약간 높지만 신뢰성이 좋고 가격도 좋다.