다이 캐스팅 공정의 비밀을 공개합니다: 전체 가이드
자동차 부품이 어떻게 이렇게 정밀하게 만들어지는지 궁금한 적이 있나요? 용융 금속을 고압과 고속으로 성형하는 다이캐스팅의 매혹적인 세계로 빠져보세요....
주파수 변환기가 어떻게 작동하는지, 왜 현대 전기 시스템에서 필수적인지 궁금한 적이 있나요? 이 문서에서는 주파수 변환기에 대해 자주 묻는 40가지 질문을 통해 주파수 변환기의 기능, 변조 기술의 차이점, 실제 적용 사례에 대해 자세히 설명합니다. 모터 성능, 에너지 효율성 및 작동 안전에 미치는 영향에 대해서도 알아보세요. 숙련된 엔지니어든 호기심이 많은 엔지니어든 이 포괄적인 가이드를 통해 이 중요한 장치에 대한 이해를 높일 수 있습니다.
주파수 변환기는 전력 반도체 장치를 사용하여 전원 공급 장치의 주파수를 조정하는 전기 장치로, 전원을 켜고 끄는 데 사용됩니다. 소프트 스타트, 주파수 변환 속도 조절, 작동 정확도 향상, 역률 조정, 과전류, 과전압, 과부하로부터 보호 등 여러 가지 기능을 수행할 수 있습니다.
PWM은 펄스 폭 변조의 약자로, 펄스 트레인의 펄스 폭을 변경하여 출력과 파형을 조정하는 기술입니다.
PAM은 펄스 진폭 변조의 약자로, 특정 법칙에 따라 펄스 트레인의 펄스 진폭을 변경하여 출력 값과 파형을 조정하는 방식입니다.
주파수 변환기의 주 회로는 크게 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다:
전압형 주파수 변환기는 DC 전압 소스를 AC로 변환합니다. 이 유형의 주파수 변환기의 DC 회로 필터는 커패시터입니다.
반면 전류 모드 주파수 변환기는 DC 전류 소스를 AC로 변환합니다. 이 유형의 주파수 변환기의 DC 루프 필터는 인덕터입니다.
모터의 전자기 토크는 전류와 자속의 상호 작용에 의해 생성됩니다. 모터의 과열을 방지하려면 전류를 정격 값 이내로 유지하는 것이 중요합니다.
자속이 감소하면 전자기 토크도 감소하여 모터의 부하 용량이 감소합니다.
E=4.44 공식에서 볼 수 있듯이KFNΦ, 가변 주파수 속도 조절 중에 모터의 자기 회로는 작동 주파수 fX에 따라 크게 변화하여 자기 회로의 포화를 쉽게 유발하여 여자 전류 파형의 심각한 왜곡과 높은 피크 전류를 초래할 수 있습니다.
약한 자기장과 자기 포화를 피하려면 주파수와 전압을 비례하여 변경하는 것, 즉 주파수를 변경하면서 모터의 자속을 일정 수준으로 유지하도록 주파수 변환기의 출력 전압을 제어하는 것이 중요합니다.
이 제어 모드는 일반적으로 팬과 펌프용 에너지 절약형 주파수 변환기에 사용됩니다.
주파수가 감소할 때(저속에서) 동일한 출력이 유지되면(정출력) 전류가 증가합니다. 그러나 특정 토크의 조건이 유지되면(정토크) 전류는 거의 변하지 않습니다.
주파수 변환기는 모터의 주파수와 전압을 점진적으로 증가시켜 작동 중에 활용됩니다. 시동 전류는 정격 전류의 150% 미만으로 제한됩니다(모델에 따라 125%~200% 범위).
반면, 주파수 전원 공급 장치로 직접 시동할 경우 시동 전류가 정격 전류의 6~7배에 달해 기계적, 전기적 충격이 발생할 수 있습니다.
주파수 변환기 구동을 사용하면 시동 전류가 정격 전류의 1.2~1.5배, 시동 토크가 정격 토크의 70%~120%로 시동 과정이 더 부드러워집니다.
자동 토크 향상 기능이 있는 주파수 변환기의 경우 시동 토크가 100%를 초과하여 최대 부하로 시동할 수 있습니다.
주파수가 감소하면 전압(V)도 그에 비례하여 감소합니다. V와 f의 관계는 앞서 답안 4에서 설명했습니다.
V와 f의 비례 관계는 모터의 특성에 따라 미리 결정됩니다. 일반적으로 몇 가지 특성 옵션은 컨트롤러의 메모리 장치(ROM)에 저장되며 스위치 또는 다이얼을 통해 선택할 수 있습니다.
주파수가 감소함에 따라 전압이 비례하여 감소하면 AC 임피던스가 작아지고 DC 저항은 변하지 않기 때문에 저속에서 발생하는 접지 토크는 감소하는 경향이 있습니다.
저주파에서 특정 시동 토크를 얻으려면 출력 전압을 높여야 합니다. 이 보상을 향상된 시동이라고 합니다.
자동 방식, V/f 모드 선택, 포텐셔미터 조정 등 다양한 방법을 통해 달성할 수 있습니다.
6Hz 이하에서도 전력을 출력할 수 있지만, 다음과 같은 요소를 고려할 때 사용 가능한 최소 주파수는 약 6Hz입니다. 모터 온도 상승, 시동 토크 및 기타 조건에 따라 달라집니다. 이 주파수에서 모터는 심각한 발열 문제를 일으키지 않고 정격 토크를 생성할 수 있습니다.
주파수 변환기의 실제 출력 주파수(시작 주파수)는 모델에 따라 0.5~3Hz까지 다양합니다.
일반적으로는 아닙니다. 전압이 60Hz 이상(50Hz 이상 모드도 있음)이면 일정한 전력 특성을 나타내므로 고속에서 동일한 토크를 필요로 합니다.
사용되는 모터 장치에는 실제 속도를 제어 장치에 피드백하여 제어하는 속도 감지기(PG)가 장착되어 있는데, 이를 "폐쇄 루프"라고 합니다. 반대로 PG 작동이 없는 모터 장치를 "개방형 루프"라고 합니다.
대부분의 주파수 변환기는 개방형 루프 모드로 작동하지만, 일부 기계는 PG 피드백 옵션을 제공합니다.
속도 센서가 없는 폐회로 제어 모드는 미리 정해진 수학적 모델과 자속을 사용하여 모터의 실제 속도를 계산하여 가상 속도 센서로 폐회로 제어를 효과적으로 구성합니다.
개방형 루프 시스템에서는 주파수 변환기가 특정 주파수를 출력하더라도 부하가 걸린 상태에서 작동할 때 모터의 속도가 정격 슬립률(1%~5%) 범위 내에서 변경될 수 있습니다.
높은 속도 조절 정확도가 필요하고 부하가 변경되더라도 모터가 지정된 속도 근처에서 작동해야 하는 애플리케이션의 경우 PG 피드백 기능이 있는 주파수 변환기를 사용할 수 있습니다(옵션 기능).
PG 피드백 기능이 있는 주파수 변환기는 정확도를 향상시킵니다. 그러나 속도 정확도는 PG의 정확도와 주파수 변환기의 출력 주파수 분해능에 따라 달라집니다.
지정된 가속 시간이 너무 짧고 주파수 변환기의 출력 주파수가 속도 변화(전기 각 주파수)보다 훨씬 빠르게 변하면 과전류로 인해 주파수 변환기가 트립되어 작동을 멈출 수 있으며, 이를 스톨이라고 합니다.
스톨을 방지하고 모터가 계속 작동하도록 하려면 전류를 모니터링하고 주파수를 제어해야 합니다.
가속 전류가 너무 높아지면 그에 따라 가속 속도를 낮춰야 합니다. 감속 시에도 마찬가지입니다.
이러한 동작의 조합을 스톨 기능이라고 합니다.
가속과 감속을 개별적으로 지정할 수 있습니다. 이는 단시간 가속 및 느린 감속 또는 생산 비트 시간을 엄격하게 정의해야 하는 소형 공작 기계에 적합합니다.
그러나 팬 전송 및 가속 및 감속 시간이 긴 기타 애플리케이션의 경우 가속 및 감속 시간을 함께 지정할 수 있습니다.
작동 중에 모터의 명령 주파수가 감소하면 모터는 비동기식 발전기가 되어 회생(전기) 제동이라고 하는 브레이크 역할을 합니다.
회생 제동 중에 모터에서 생성된 에너지는 주파수 변환기의 필터 커패시터에 저장됩니다.
그러나 일반 주파수 변환기의 회생 제동력은 커패시터 용량과 내전압 간의 관계로 인해 정격 토크의 약 10% ~ 20%로 제한됩니다.
옵션으로 제공되는 브레이크 유닛을 사용하면 회생 제동력을 50%~100%로 높일 수 있습니다.
보호 기능은 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다:
(1) 과전류 실속 방지, 재생 과전압 실속 방지 등 이상 상태를 감지한 후 자동으로 보정 조치를 수행합니다.
(2) 이상 감지 후 전력 반도체 소자의 PWM 제어 신호를 차단하여 모터가 자동으로 정지하도록 합니다. 예를 들어 과전류 차단, 재생 과전압 차단, 반도체 냉각 팬 과열, 순간 정전 보호 등이 있습니다.
클러치를 사용하여 부하를 연결할 때 모터는 연결 순간 무부하 상태에서 슬립률이 높은 영역으로 갑자기 전환됩니다. 그 결과 큰 전류가 흐르면 과전류로 인해 주파수 변환기가 트립되어 작동이 중단됩니다.
모터가 시동되면 용량에 비례하는 시동 전류가 흐르면서 모터의 고정자 쪽 변압기에 전압 강하가 발생합니다. 모터의 용량이 큰 경우 이 전압 강하는 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
동일한 변압기에 연결된 주파수 변환기가 저전압을 감지하거나 순간 정지를 트리거할 수 있습니다. 그 결과 보호 기능(IPE)이 활성화되어 작동이 중지될 수 있습니다.
디지털 제어 주파수 변환기의 경우 주파수 명령이 아날로그 신호인 경우에도 출력 주파수는 증분 단위로 설정됩니다. 이 증분의 가장 작은 단위를 주파수 변환 해상도라고 하며, 일반적으로 0.015~0.5Hz입니다.
예를 들어 해상도가 0.5Hz인 경우 주파수를 23Hz에서 23.5Hz, 24.0Hz로 0.5Hz 단위로 변경할 수 있으므로 모터도 단위로 작동하게 됩니다.
이는 지속적인 코일링 제어가 필요한 애플리케이션에 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 경우 약 0.015Hz의 분해능을 권장합니다. 이 분해능을 사용하면 4단 모터의 1단계 차이가 1R/min 미만이므로 충분한 정확도를 제공합니다. 일부 모델의 경우 지정된 분해능이 실제 출력 분해능과 일치하지 않을 수 있습니다.
주파수 변환기의 냉각 효과는 내부 및 후면 구조 설계에서 고려됩니다. 적절한 환기는 또한 장치의 방향에 따라 달라집니다.
따라서 패널형 유닛과 벽걸이형 유닛은 가급적 수직으로 설치하는 것이 좋습니다.
매우 낮은 주파수에서 모터를 시동하는 것은 가능하지만 지정된 주파수가 높으면 전원 주파수 전원 공급 장치로 직접 시동하는 것과 비슷합니다. 이렇게 하면 시동 전류(정격 전류의 6~7배)가 커져 과전류로 인해 주파수 변환기가 트립되어 모터가 시동되지 않을 수 있습니다.
60Hz 이상으로 작동할 때는 다음 항목을 고려해야 합니다:
(1) 기계의 강도, 소음, 진동 등의 요소를 고려하여 기계 및 장치가 이 속도로 작동할 수 있는지 확인합니다.
(2) 모터가 정출력 범위에 도달하면 출력 토크가 작동을 유지하기에 충분해야 합니다. 팬, 펌프 및 기타 샤프트의 출력은 속도의 제곱에 비례하여 증가하므로 속도가 증가하면 주의해야 합니다.
(3) 베어링 수명에 미치는 영향을 고려합니다.
(4) 중간 이상의 용량을 가진 모터, 특히 2극 모터의 경우 60Hz 이상으로 작동하기 전에 제조업체와 상의하는 것이 중요합니다.
감속기를 사용할 때는 구조에 따라 몇 가지 문제를 염두에 두어야 합니다. 윤활 방법.
기어 구조에서는 최대 70~80Hz의 제한을 고려해야 합니다.
오일 윤활을 사용하는 경우 저속으로 계속 작동하면 기어가 손상될 수 있습니다.
기본적으로 아니요. 거버너 스위치 시동 유형의 단상 모터의 경우, 보조 권선이 작동점 이하의 속도 조절 범위에서 소손될 수 있습니다.
커패시터 시작 또는 커패시터 작동 모드의 경우 커패시터 폭발이 발생할 수 있습니다.
주파수 변환기의 전원 공급 장치는 일반적으로 3상이지만 소용량의 경우 단상 전원 공급 장치도 사용할 수 있습니다.
주파수 변환기의 효율은 모델, 작동 상태, 사용 빈도 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 명확한 답변을 드리기는 어렵습니다.
그러나 60Hz 이하에서 작동하는 주파수 변환기의 효율은 약 94%~96%로 추정됩니다. 이는 손실을 계산하는 기준으로 사용할 수 있습니다.
제동 시 손실을 고려하면 전력 소비량이 더 높을 수 있다는 점에 유의하세요.
효과적인 조작 패널을 설계하는 것도 매우 중요하므로 세심한 주의를 기울여야 합니다.
일반적으로 모터는 샤프트에 설치된 외부 팬이나 로터 엔드 링의 블레이드에 의해 냉각됩니다.
속도를 줄이면 냉각 효과도 감소하여 고속 작동 시와 같은 수준의 열을 처리할 수 없게 됩니다.
이를 방지하려면 저속에서 부하 토크를 줄이거나 모터와 함께 고용량 주파수 변환기를 사용하거나 저속 작동을 위해 설계된 특수 모터를 선택해야 합니다.
브레이크 여기 회로의 전원은 주파수 변환기의 입력 측에서 가져와야 합니다.
주파수 변환기가 여전히 전력을 출력하고 있는 상태에서 브레이크가 작동하면 과전류 차단이 발생할 수 있습니다.
이를 방지하려면 주파수 변환기가 출력을 멈춘 후에만 브레이크가 작동하도록 하는 것이 중요합니다.
주파수 변환기를 제거한 후 주파수 변환기의 커패시터가 유효 역률에 미치는 영향과 관련하여 주파수 변환기의 커패시터에 흐르는 전류로 인한 역률을 개선하기 위한 조치를 취해야 합니다.
주파수 변환기는 정적 장치이지만 필터 커패시터 및 냉각 팬과 같은 소모품도 포함되어 있습니다.
적절한 유지보수를 통해 이러한 구성 요소는 10년 이상의 서비스 수명을 기대할 수 있습니다.
냉각 팬이 있거나 없는 소용량 모델용입니다:
팬이 있는 모델의 경우 공기가 아래에서 위로 흐르기 때문에 주파수 변환기가 설치된 위치의 상부와 하부에 흡입 및 배기를 방해할 수 있는 기계 장비를 배치하지 않는 것이 중요합니다.
또한 열에 민감한 부품을 주파수 변환기 위에 놓지 않는 것도 중요합니다.
팬 고장이 발생하면 선풍기의 정지 감지 또는 냉각 팬의 과열 감지 기능을 통해 주파수 변환기를 보호합니다.
필터 커패시터로 사용되는 커패시터의 경우 시간이 지남에 따라 정전기 용량이 점차 감소합니다.
정전기 용량을 정기적으로 측정하고 제품 정격 용량의 85%에 도달했는지 여부에 따라 서비스 수명을 평가하는 것이 좋습니다.
일반적으로 커패시터는 디스크 모양의 용기에 보관해야 합니다.
그러나 완전히 밀폐된 디스크 형태의 용기는 크기가 상당히 크고 공간을 많이 차지하며 상대적으로 가격이 비쌀 수 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다:
(1) 디스크의 설계는 장치의 방열 요구 사항을 고려해야 합니다;
(2) 알루미늄 핀과 핀이 달린 냉각수를 사용하여 냉각 면적을 늘릴 수 있습니다.
입력 전류의 고차 고조파 간섭을 줄이고 입력 전원 공급 장치의 역률을 개선합니다.
정현파 필터를 사용하면 주파수 변환기가 긴 모터 케이블로 작동할 수 있으며, 주파수 변환기와 모터 사이에 중간 변압기가 포함된 회로에도 적합합니다.
주파수 변환기와 함께 제공되는 전위차계의 저항 값은 일반적으로 1KΩ ~ 10KΩ 범위입니다.
(1) 방사선 간섭;
(2) 전도성 간섭.
방사선을 통해 전송되는 간섭 신호의 경우, 방사선의 출처와 방해되는 회선을 적절히 라우팅하고 차폐하여 효과적으로 줄일 수 있습니다.
회선을 통해 전송되는 간섭 신호는 주파수 변환기의 입력 및 출력 측에 필터, 리액터 또는 마그네틱 링을 추가하여 해결할 수 있습니다.
간섭을 줄이기 위한 구체적인 방법과 주의 사항은 다음과 같습니다:
(1) 신호선과 전원선은 교차하거나 수직으로 묶어야 합니다.
(2) 다음과 같은 전선을 연결하지 마십시오. 다른 금속 를 서로에게 전달합니다.
(3) 차폐층은 적절하게 접지되어야 하며 접지는 전체 길이에 걸쳐 연속적이고 안정적으로 이루어져야 합니다.
(4) 신호 회로에는 트위스트 페어 차폐 케이블을 사용해야 합니다.
(5) 차폐층의 접지 지점은 주파수 변환기에서 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 하며 주파수 변환기의 접지 지점과 분리되어 있어야 합니다.
(6) 주파수 변환기의 입력 전원 라인과 출력 라인에 마그네틱 링을 사용할 수 있습니다.
마그네틱 링을 사용하는 구체적인 방법은 다음과 같습니다: 입력 라인은 같은 방향으로 네 번 감을 수 있고, 출력 라인은 같은 방향으로 세 번 감을 수 있습니다.
권선할 때 마그네틱 링을 주파수 변환기에 최대한 가깝게 유지하는 것이 중요합니다.
(7) 또한 간섭을 방지하기 위해 방해가 되는 장비 및 기기에 대해 차폐 및 기타 간섭 방지 조치를 시행할 수 있습니다.
컨베이어 벨트에서 소비되는 전력은 속도에 정비례합니다.
따라서 80Hz로 작동하려면 주파수 변환기와 모터의 전력을 비례적으로 늘려야 하며, 이는 50Hz 용량에서 60%를 늘려야 함을 의미합니다. 즉, 주파수 변환기와 모터의 용량을 60%씩 늘려야 합니다.
VVC(가변 전압 및 가변 주파수) 제어에서는 제어 회로가 수학적 모델을 사용하여 모터 부하 변화에 따라 최적의 모터 여자를 계산하고 그에 따라 부하를 보상합니다.
또한 제어 회로에는 인버터 반도체 소자(IGBT)의 최적 스위칭 시간을 결정하는 ASIC(애플리케이션별 집적 회로)에 구현된 동기식 60° PWM 방식이 통합되어 있습니다.
가변 주파수 전원 공급 장치의 전체 회로는 AC 정전류 및 AC 필터와 같은 구성 요소로 이루어져 있어 이상적인 AC 전원 공급 장치와 매우 유사한 순수 사인파 출력 전압 및 전류 파형을 생성합니다.
전 세계 모든 국가의 그리드 전압과 주파수를 생성할 수 있습니다.
반면에 주파수 변환기는 정전류 AC(변조파) 및 기타 회로와 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다. 이 장치의 표준 명칭은 가변 주파수 조율기입니다.
그러나 주파수 변환기의 출력 전압 파형은 고조파 성분이 많은 펄스 구형파입니다. 전압과 주파수가 동시에 비례적으로 변화하고 독립적으로 조정할 수 없어 전원 공급 장치로 사용하기에 부적합합니다.
일반적으로 3상 비동기 모터의 속도를 조절하는 데만 사용됩니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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