Jak řídit napětí pomocí frekvenčního měniče pro asynchronní motor?

[Tomas M.]

Mám asynchronní motor - vřeteno, se štítkovými hodnotami:

50Hz - napětí 3x230V D/3x400V Y
100Hz - napětí 3x400V D

Motor chci provozovat přes frekvenční měnič kvůli řízení otáček.

Mám v plánu motor nechat zapojený do trojuhelníku celou dobu a na měniči nastavit V/f křivku tak, aby měnič na výstupu při 50Hz měl 230V a při plných 100Hz měl 400V.

Jediné, co mi trochu vrtá hlavou je, že když je měnič 3x400V a měl by trvale modulovat napětí na výstupu na 3x230V, tak jak kvalitní ten výstup z měniče bude (není mi také zcela jasné, jak pomocí PWM dokáže měnič změnit i amplitudu napětí, když napětí na DC sběrnici je pořád to stejné - tudíž usměrněných 3x400V co je na vstupu do měniče)

Hlavně tedy, co takto vytvořené napětí bude s motorem dělat - vibrace atp. Když jsem to zkoušel takto pustit, tak se motor kolem 50Hz choval značně neklidně, při dosažení 100Hz jel naopak velice hladce.

Další řešení mě napadlo vytáhnout svorkovnici někam do krabice a kombinací digitálních výstupů měniče a stykačů udělat přepínač hvězda-trojúhelník a pro práci kolem 50Hz by byl motor zapojen do hvězdy a při cca. 75Hz+ by byl přepnut do trojúhelníka.

Motor je pro vlastní aplikaci relativně předimenzovaný, tudíž nějaký drobný pokles výkonu/momentu v určitých pásmech mě až tak netrápí.. spíš mi jde o ten klidný chod.

Co si o tom myslíte ?

[Zdenek Rajmont]

Mám v plánu motor nechat zapojený do trojuhelníku celou dobu a na měniči nastavit V/f křivku tak, aby měnič na výstupu při 50Hz měl 230V a při plných 100Hz měl 400V.

Není problém. Je to starý pohonářský trik jak si pomoci k většímu kroutícímu momentu.

Další řešení mě napadlo vytáhnout svorkovnici někam do krabice a kombinací digitálních výstupů měniče a stykačů udělat přepínač hvězda-trojúhelník a pro práci kolem 50Hz by byl motor zapojen do hvězdy a při cca. 75Hz+ by byl přepnut do trojúhelníka.

Pěkná blbost.

Jediné, co mi trochu vrtá hlavou je, že když je měnič 3x400V a měl by trvale modulovat napětí na výstupu na 3x230V, tak jak kvalitní ten výstup z měniče bude (není mi také zcela jasné, jak pomocí PWM dokáže měnič změnit i amplitudu napětí, když napětí na DC sběrnici je pořád to stejné - tudíž usměrněných 3x400V co je na vstupu do měniče)

Najděte si na wikipedii co je to PWMka a pochopíte to.

[Kalina Jiří]

Máte u vřetena problém s akustickým hlukem, nebo s rezonančními frekvencemi soustrojí?
V případě akustického hluku můžete zvýšit spínací kmitočet (např. z 1,5 kHz na 5 kHz),  nebo zapněte náhodnou pulsně šířkovou modulaci.
V případě rezonančních kmitočtů soustrojí příslušné rezonanční kmitočty zakažte v parametrech měniče.

[Tomas M.]

Děkuji za názor, ten přepínač D-Y mě napadlo jako krajní možnost, samozřejmě řešení čistě pomocí frekvenčního měniče je lepší.
PWM vím jak principielně funguje, jen je pro mě otázka, jak bude výstup z měniče přijatelný pro motor, když to moduluje z usměrněného 3x400V napětí a já požaduji při 50Hz 230V.
Tak mě napadlo jestli zdroj vibrací nemůže být způsoben právě tímto..

Máte u vřetena problém s akustickým hlukem, nebo s rezonančními frekvencemi soustrojí?
V případě akustického hluku můžete zvýšit spínací kmitočet (např. z 1,5 kHz na 5 kHz),  nebo zapněte náhodnou pulsně šířkovou modulaci.
V případě rezonančních kmitočtů soustrojí příslušné rezonanční kmitočty zakažte v parametrech měniče.

Právě že problém je s rezonancí. Nicméně při proběhlém testování motor nebyl ustaven úplně "echt" tak, jak bude ustaven při finálním provozu, tudíž pravděpodobně se s tím bude dát něco udělat i z mechanické stránky věci.
Pouze mě zarazilo, že v rozsahu cca. 30-55 Hz motor opravdu značně vibruje a při vyšších frekvencích se chová naprosto klidně, tudíž mě napadla souvislost s kvalitou výstupu z měniče. Zkusím ještě motor připojit napřímo do sítě na 50Hz při zapojení do hvězdy a uvidíme, zda bude situace stejná nebo se to nějak výrazně zlepší.

[Zdenek Rajmont]

PWM vím jak principielně funguje, jen je pro mě otázka, jak bude výstup z měniče přijatelný pro motor, když to moduluje z usměrněného 3x400V napětí a já požaduji při 50Hz 230V.
Tak mě napadlo jestli zdroj vibrací nemůže být způsoben právě tímto..
Právě že problém je s rezonancí. Nicméně při proběhlém testování motor nebyl ustaven úplně "echt" tak, jak bude ustaven při finálním provozu, tudíž pravděpodobně se s tím bude dát něco udělat i z mechanické stránky věci.
Pouze mě zarazilo, že v rozsahu cca. 30-55 Hz motor opravdu značně vibruje a při vyšších frekvencích se chová naprosto klidně, tudíž mě napadla souvislost s kvalitou výstupu z měniče. Zkusím ještě motor připojit napřímo do sítě na 50Hz při zapojení do hvězdy a uvidíme, zda bude situace stejná nebo se to nějak výrazně zlepší.

Jak psal kolega, zvyšte kmitočet pwm klidně "až nadoraz" (cca 16-20kHz).
Měnič sice bude mít snahu utéci z rozvaděče, ale přežije.
Pak se dá ještě odpomoci výstupním sinus filtrem.

[Martin Kurka]

Mám asynchronní motor - vřeteno, se štítkovými hodnotami:

Jste si jistý? Není to synchronní motor?

PWM vím jak principielně funguje, jen je pro mě otázka, jak bude výstup z měniče přijatelný pro motor, když to moduluje z usměrněného 3x400V napětí a já požaduji při 50Hz 230V.

PWM vám asi jasné je, není vám ale asi jasná efektivní a střední hodnota napětí a proudu obdélníkového průběhu. Překmity a zákmity napětí na vinutí motoru radši ani neřešte, jsou řádově vyšší než maximální efektivní napájecí napětí při 100Hz a že je obálka PWM na 100Hz, 50Hz i na 5Hz 400V je fakt. Efektivní napětí je dle U/f.

Pouze mě zarazilo, že v rozsahu cca. 30-55 Hz motor opravdu značně vibruje a při vyšších frekvencích se chová naprosto klidně, tudíž mě napadla souvislost s kvalitou výstupu z měniče. Zkusím ještě motor připojit napřímo do sítě na 50Hz při zapojení do hvězdy a uvidíme, zda bude situace stejná nebo se to nějak výrazně zlepší.

Ten problém vypadá na nedostatečně vyhlazené napětí na ss meziobvodu a interference. Buď je vadná usměrňovací dioda, nebo chybí jedna fáze, nebo  je moc malá kapacita filtračního kondenzátoru (a nebo je motor synchronní a nikoliv asynchronní), nebo vám chybí vstupní proudová tlumivka v napájení měniče.
Kouknutí oscilskopem na ss meziobvod to ukáže za chodu měniče  hned (velké bacha na zem ss meziobvodu a zem osciloskopu!).
Jinak jak radí kolegové - zvýšit frekvrenci PWM.

Neklidný chod je při zátěži, nebo naprázdno?
Měnič máte opravdu v U/f a ne pseudovektoru?
Vstupní tlumivka je?
Dimenze měniče odpovídá proudu motoru?
Máte nastavené max. proudy na měniči pro pracovní bod 100Hz, případně přepočítaníé na 50Hz?

[Tomas M.]

Jste si jistý? Není to synchronní motor?

Neklidný chod je při zátěži, nebo naprázdno?

Neklidný chod v pásmu od 30 do 55Hz je na prázdno.

Měnič máte opravdu v U/f a ne pseudovektoru?

Měnič provozuji v režimu "Open Loop scalar Control - The AC drive outputs SVPWM waveform to the motor." Výstupní napětí při 50Hz ukazuje 220V, při 100Hz 400V

Vstupní tlumivka je?

Není.

Dimenze měniče odpovídá proudu motoru?

Neodpovídá, měnič, na kterém jsem motor pouštěl je celkem výrazně předimenzován, měnič má 30KW.

Máte nastavené max. proudy na měniči pro pracovní bod 100Hz, případně přepočítaníé na 50Hz?

Max proud jsem nastavil pro 100Hz dle štítku.

Děkuji moc za rady a vysvětlení efektivního napětí. Jak říkám - zkoušel jsem to takto, ne zcela ideálně vzhledem k dimenzi měniče pustit a ty vibrace mě trochu znejistily, jestli je vhodné motor takto v budoucnu provozovat, proto jsem se zde chtěl zeptat povolanějších.

Jakmile to bude možné, seženu odpovídající měnič, zkusím zvýšit spínací kmitočet PWM, pořádně motor ukotvit a uvidím co dál.

Ještě jednou díky všem :)

[Zdenek Rajmont]

Měnič provozuji v režimu "Open Loop scalar Control - The AC drive outputs SVPWM waveform to the motor."

SVPWM - Space-vector pulse width modulation
To není dobře ...

[Tomas M.]

SVPWM - Space-vector pulse width modulation
To není dobře ...

Tak pokud to chápu správně, tak SVPWM je algoritmus na postavení modulace různými kombinacemi sepnutí všech IGBT tak, aby nedošlo ke zkratu na DC sběrnici, nicméně pořád je to skalární řízení s U/f , a ne vektorové řízení na základě nějakého matematického modelu motoru, ne ? Pokud to říkám naprosto špatně, tak se omlouvám, elektrice se profesně nevěnuji. Nebo proč by to nemělo být dobře ?

[Zdenek Rajmont]

... nicméně pořád je to skalární řízení s U/f ...

Právě že není...

[Tomas M.]

Právě že není...

http://iaesjournal.com/online/index.php/IJPEDS/article/view/98/42

The main objective of the project is to control the speed of an induction machine with scalar
control technique. The scalar control technique (V/F) is used because of simplicity of control algorithm implementation and the response is better and accurate with closed loop slip compensation. The switching of the IGBT is done with space vector PWM technique (SVPWM) instead of sine PWM technique (SPWM) in order to increase the utilization of DC link voltage by 15%.

Space Vector Modulation (SVM) Technique has become the most popular and important PWM technique
for three level voltage source inverters for the control of AC Induction , Brushless DC,Switched Reluctance and
Permanent Manget Synchronous Motors. This work proposes a new soft ware implementation for the three level
inverter using Space Vector Modulation technique.Space Vector modulation (SVM) technique was originally
developed as a vector approach to pulse-width modulation (PWM) for three-phase inverters. It is a more
sophisticated technique for generating sine wave that provides a higher voltage to the motor with lower total
harmonic distortion.

Já tomu sice nerozumím, ale nějak nechápu, proč by se SVPWM, jakožto pouze algoritmus pro vytvoření pseudo-sinusovky s určitou frekvencí a amplitudou nedala použít pro skalární řízení...

[Zdenek Rajmont]

Yes, it's true. But if You have problem with quality of induction motor control, You must going step by step. And first step is normally PWM and V/f curve.

And prevent for short circuit between hi and lo side of bridge and (after) burn of IGBTs is so called "dead time".

[Martin Kurka]

But if You have problem with quality of induction motor control

A nebo jen s motorem, tak také postup krok za krokem. Od jednoduchého ke složitějšímu od přímého ovládání ke zpětnovazebnímu řízení.
Naštěstí se v tomto případě neprojeví zpětný vliv mechanické zátěže, to je u pohonů další zdroj příčin divného chování.

Jestli je měnič předimenzovaný a rampluje v chodu naprázdno, tak jsou moje úvahy o filtraci napájení, vadné diodě atd. nepravděpodobné, to by se projevilo až při mechanické zátěži.

Neklid motoru v širokém rozsahu otáček 30-50Hz nevěstí nic dobrého - asi nějaká závada. Závada může být od motoru po měnič. Jestli je neklid i na 50Hz, pomůže zkouška při přímém napojení do sítě. Jenže to byste musel mít k dispozici autotrafo z 3x400V na  3x220V. A motor musí být upevněný, aby při tvrdém rozběhu neodkráčel a nezabalil se do přívodních drátů.
Závada na použitém motoru může být vytavená rotorová tyč, nebo napálené vinutí, jak někdo pustil motor na 3x400V při 50Hz.
Vysokorychlostní dlouhé úzké motory dost špatně chladí a pokud někde běžel v zátěži v nízkých otáčkách a vypadlo mu cizí chlazení je na tom zle s rotorem.
Závada může být i v IGTB můstku střídače, pokud se neprojeví v klasické  PWM, ale jen ve SPWM nebo SVPWM, můžete i na vadný měnič jet.

Ono také záleží na druhu neklidu, v závislosti na otáčkách zda jsou to úzké "rýhy" neklidu, oddělená pásma, nebo spojitý neklid od-do, jestli na konstantních otáčkách je neklid rovnoměrný, nebo skáče atd. Z těchto projevů praktici hodně poznají i bez komplikovaného měření a řeknou třeba - volné ložisko v domečku, protáčí se.

Nejjednodušší je asi testovat měnič na jiném motoru a opatrně motor na jiném měniči.

[Tomas M.]

Neklid motoru v širokém rozsahu otáček 30-50Hz nevěstí nic dobrého - asi nějaká závada. Závada může být od motoru po měnič. Jestli je neklid i na 50Hz, pomůže zkouška při přímém napojení do sítě. Jenže to byste musel mít k dispozici autotrafo z 3x400V na  3x220V. A motor musí být upevněný, aby při tvrdém rozběhu neodkráčel a nezabalil se do přívodních drátů.
Závada na použitém motoru může být vytavená rotorová tyč, nebo napálené vinutí, jak někdo pustil motor na 3x400V při 50Hz.
Vysokorychlostní dlouhé úzké motory dost špatně chladí a pokud někde běžel v zátěži v nízkých otáčkách a vypadlo mu cizí chlazení je na tom zle s rotorem.

Ono také záleží na druhu neklidu, v závislosti na otáčkách zda jsou to úzké "rýhy" neklidu, oddělená pásma, nebo spojitý neklid od-do, jestli na konstantních otáčkách je neklid rovnoměrný, nebo skáče atd. Z těchto projevů praktici hodně poznají i bez komplikovaného měření a řeknou třeba - volné ložisko v domečku, protáčí se.

Nejjednodušší je asi testovat měnič na jiném motoru a opatrně motor na jiném měniči.

No mohu svorkovnici přepojit na Y a pak při 50Hz síťové frekvenci to mohu pustit přímo - reps. asi spíše se softstarterem. Vyzkouším.

Motor sice není nový, ale nikdy nebyl dříve provozován déle než pár minut bez zátěže (sloužíl jako demonstrační jedné firmy na veletrhy atp.), tudíž poškození vinutí doufám nenastalo.

Ten neklid je spojitý, nicméně jak říkám - není to nic až tak výrázného, že by měl motor snahu odskákat pryč. Motor zkátka lehce vibruje, což by neměl.

Zkusím otestovat napřímo, případně na jiném měniči s jednodušším řízením. Na měniči jsem jiné motory zkoušel pouštět a bez problému. 

Děkuji vám všem za rady a názory.