Penggunaan Penukar Frekuensi dalam Sistem Automasi

Penggunaan Kawalan Kelajuan Frekuensi Berubah Motor Sinkron Magnet Kekal (PMSM) dalam Industri Serat Kimia dan Kaca​

Pada abad ke-19, magnet kekal digunakan untuk mencipta motor elektrik. Hari ini, dengan kemajuan teknologi elektronik yang pesat, Motor Sinkron Magnet Kekal (PMSMs) dan pemukim frekuensi bersama-sama membentuk sistem kawalan kelajuan frekuensi berubah terbuka, berkelajuan tinggi, dan tepat. Sistem-sistem ini telah digunakan secara meluas di pelbagai sektor industri, menggantikan sistem kawalan kelajuan DC tradisional dan sistem kawalan kelajuan slip elektromagnetik, menunjukkan vitaliti yang kuat.

Diketahui bahawa kelajuan putaran PMSM adalah berkadar langsung dengan frekuensi bekalan. Dengan jaminan ketepatan frekuensi bekalan, ketepatan kelajuan putaran motor juga dijamin, menghasilkan ciri-ciri mekanikal linear. Sebagai contoh, di satu syarikat, dua sistem sinkron yang beroperasi secara bebas berjalan secara berterusan selama beberapa bulan, dan ralat kelajuan kumulatif hampir sifar.

Kerana ketepatan frekuensi output pemukim frekuensi boleh mencapai 1.0‰ - 0.1‰, atau lebih tinggi, ketepatan kelajuan sistem kawalan juga ditingkatkan. Selain itu, sistem ini mempunyai komponen kawalan yang lebih sedikit, menjadikan rangkaian litar lebih mudah daripada sebarang jenis sistem kawalan kelajuan lain. Tambahan pula, PMSMs mempunyai kelebihan seperti faktor kuasa tinggi, kecekapan tinggi, penghematan tenaga, saiz yang ringkas, tanpa geser, dan menawarkan keselamatan dan kebolehpercayaan yang tinggi. Oleh itu, sistem ini kini digunakan secara meluas dan biasa di pelbagai jabatan industri. Contohnya termasuk aplikasi gulungan, pemanjangan, pengukuran, dan rol godet dalam industri serat kimia; dan aplikasi dalam tandus annealing untuk kaca datar, pencampuran tandus kaca, rol tepi (atau "penarik"), dan mesin pembentuk botol dalam industri kaca.

​Penggunaan Kawalan Kelajuan Frekuensi Berubah PMSM dalam Industri Serat Kimia​

Sistem kawalan kelajuan frekuensi berubah PMSM telah berhasil dilaksanakan dalam mesin melt-spinning untuk serat kimia, seperti yang ditunjukkan dalam rajah sistem (Rajah 12-1). Motor penggerak pam pengukur dalam mesin spinning menggunakan PMSM, memerlukan output kelajuan yang tepat untuk mengawal bekalan kuantitatif larutan serat kimia, seterusnya memenuhi keperluan proses spinning. Apabila menukar varieti produk serat, hanya dengan menyesuaikan kelajuan motor penggerak pam pengukur akan memenuhi keperluan proses tersebut.

Kuasa pam pengukur utama biasanya berkisar dari 0.37 kW hingga 11 kW, dengan motor yang mempunyai 4 atau 6 kutub. Julat variasi frekuensi adalah 25 Hz hingga 150 Hz. Biasanya, satu pemukim frekuensi dipilih untuk menggerakkan beberapa motor, walaupun sistem dedikasi (satu pemukim per motor) juga digunakan, setiap pendekatan mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing-masing.

Proses penting lain dalam spinning, seperti penggulungan, pemanjangan, dan rol godet, memerlukan kelajuan putaran yang tetap atau nisbah kelajuan tertentu antara rol berpasangan. Sistem kawalan kelajuan frekuensi berubah adalah pilihan utama yang ideal, fakta ini disahkan oleh operasi praktikal jangka panjang. Selepas mengambil kawalan kelajuan frekuensi berubah, kelajuan garis spinning boleh mencapai 3,000 hingga 7,000 m/min. Rol pemanjangan yang mengandungi elemen pemanasan dalaman memerlukan operasi kelajuan tetap; kuasa PMSM yang menyertainya berkisar dari 0.2 kW hingga 7.5 kW, dengan motor dua kutub berkelajuan tinggi dipilih, mempunyai julat penyesuaian frekuensi 50 Hz hingga 250 Hz. Penggunaan kawalan frekuensi berubah memberikan tork permulaan yang tinggi, peningkatan kelajuan yang cepat, dan memenuhi keperluan untuk keadaan permulaan yang sukar (permulaan keras).

​Penggunaan Kawalan Kelajuan Frekuensi Berubah PMSM dalam Industri Kaca​

Sistem kawalan kelajuan frekuensi berubah untuk pemandu utama tandus annealing kaca float telah digunakan pada puluhan talian produksi di China, menggantikan pemandu DC asal dan mencapai hasil ekonomi yang memuaskan.

Talian produksi kaca float melibatkan aliran cecair kaca suhu tinggi dari tandus pencairan, mendingin secara beransur-ansur sepanjang talian. Setelah mengeras, kaca menjalani rawatan haba di tandus annealing sebelum bergerak ke hujung sejuk untuk pemotongan, pemeriksaan, pengemasan, dan proses hiliran lain. Proses tandus annealing menuntut keketatan; sepanjang kira-kira 200 meter, setiap rol harus beroperasi secara berterusan dan seragam. Henti-henti adalah tidak dapat diterima, kerana ia akan menyebabkan kerugian ekonomi yang signifikan.

Untuk aplikasi ini, TYB100-8 motor sinkron magnet kekal fasa tiga langka jarang dipasangkan dengan pemukim frekuensi Fuji G5 dipilih. Sistem ini telah beroperasi secara berterusan dan selamat selama puluhan ribu jam dan mendapat pujian dari semua pihak. Kelebihan utamanya adalah:

1. ​Ketepatan Kelajuan Tinggi (hingga 0.4%)​: Menjamin toleransi ketebalan produk, menghemat bahan mentah, dan memberikan faedah ekonomi yang jelas.
2. ​Ketepatan Tinggi: Mengurangkan beban kerja penyelenggaraan.
3. ​Penghematan Tenaga: Disebabkan komponen sistem yang lebih sedikit dan kecekapan motor yang intrinsik.
4. ​Reka Bentuk Ringkas dan Ringan: Peralatan lebih kecil dan lebih ringan.

Pemacu dalam tandus pencairan kaca sebelumnya menggunakan pemandu DC. Namun, mengingat persekitaran suhu tinggi dan cabaran penyelenggaraan, sistem kawalan kelajuan frekuensi berubah telah digunakan sejak 1995. Secara khusus, dua motor TYB400-8 digunakan untuk tujuan ini. Keperluan operasi adalah sebagai berikut:

Dua motor ini menggerakkan pemacu masing-masing, mengacau cecair kaca dalam tandus suhu tinggi. Untuk memastikan pengacauan yang seragam, "zona mati" di dalam tandus mandi tidak dibenarkan. Oleh itu, kawasan kerja kedua-dua pemacu harus bertindih sedikit, namun disusun supaya kipas berputar tidak bertembung. Skema kawasan kerja ditunjukkan dalam Rajah 12-2.

Jika kelajuan putaran n1 dan n2 berbeza, efek kumulatifnya akhirnya boleh menyebabkan pertembungan antara kipas pemacu. Aplikasi praktikal jangka panjang sistem ini telah menunjukkan tiada pertembungan kipas, mengesahkan bahawa ketepatan kelajuan memenuhi keperluan.

Aplikasi kawalan kelajuan frekuensi berubah pada rol tepi (atau "penarik") juga menghasilkan hasil yang baik. Di talian produksi kaca, semasa kaca cecair berubah perlahan-lahan dari keadaan cecair kepada keadaan semi-padat plastik, ia perlu ditarik dan diratakan menjadi satah. Rol tepi melakukan fungsi penting ini. Motor penggerak mereka mesti menawarkan kawalan kelajuan berubah, tanpa tahap. Kelajuan setiap motor penarik harus ditetapkan berdasarkan faktor-faktor seperti suhu titik kerja dan jenis kaca. Ini menuntut prestasi sistem kawalan yang baik: julat kelajuan yang lebar, ketepatan kelajuan yang tinggi, dan respons dinamik yang baik. Oleh itu, sistem kawalan kelajuan motor DC Z₂-12, 0.6 kW, 1500 r/min yang sedia ada digantikan dengan motor sinkron fasa tiga TYB500-6, 125 V, 50 Hz. Pemukim frekuensi beroperasi dalam julat 10 Hz hingga 150 Hz, memberikan julat kelajuan motor 200 r/min hingga 3000 r/min. Menggantikan motor DC dengan motor sinkron menawarkan kelebihan termasuk automasi produksi yang lebih tinggi, kualiti yang lebih baik, berat yang lebih ringan, dan kawalan pusat yang lebih mudah.