Bulldozer ® 18-Sep-2014 09:21

Fact Worth Knowing About Frequency Converters


Year: 1998
Language: english
Author: Danfoss
Format: PDF
Quality: eBook
Number of pages: 161
Description: Danfoss has been manufacturing and supplying VLT® frequency converters (adjustable frequency drives) for AC motors since 1968.
Facts Worth Knowing About Frequency Converters gives a simple introduction to the work and build-up of a frequency converter and the AC motors connected to it.
The basic elements are described in four main sections:
AC Motors
Frequency converters
Frequency converters and motors
Protection and safety when using frequency converters

Contents

-List of contents
CHAPTER0: INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Advantages of infinitely variable speed regulation . . . . . . . . .10
Control or regulation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
CHAPTER1: 3-PHASEAC MOTORS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Asynchronous motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Stator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Magnetic field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Slip, torque and speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
Efficiency and losses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Magnetic field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Equivalent circuit diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Speed change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Changing the number of poles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Slip control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …30
Frequency regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
Motor data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Types of load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Synchronous motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
Reluctance motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
CHAPTER2: FREQUENCYCONVERTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
The rectifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Uncontrolled rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
Controlled rectifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
The intermediate circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
The inverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Pulse-Amplitude-Modulation (PAM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Pulse-Width-Modulation (PWM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Sinus-controlled PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Synchronous PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Asynchronous PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .75
Control circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
Danfoss control principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
VVC control principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
VVCplus
control principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
LIST OFCONTENTS 5
Field-oriented (Vector) control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
V/f characteristic and flux vector control . . . . . . . . . . . . . .93
VVCplus
slip compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
Automatic Motor Adaptation (AMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . .95
Automatic Energy Optimisation (AEO) . . . . . . . . . . . . . . . .95
Operating at the current limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
Protective functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
The microchip in general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
Computers for frequency converters . . . . . . . . . . . . . . . . .102
Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
Serial communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106
Manufacturer-independent communication . . . . . . . . . . . .111
CHAPTER3: FREQUENCYCONVERTERS ANDMOTORS . . . . . .113
Operational conditions of the motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Compensations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Load-dependent and load-independent compensation
parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Slip compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
Motor torque characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
Current limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
Requirements from advanced digital frequency
converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
Sizing a frequency converter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Load characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Current distribution in the frequency converter
(cos ϕ of the motor ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
Dynamic brake operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
Reversing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
Ramps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131
Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
Motor load and motor heating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
Efficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136
CHAPTER4: PROTECTION ANDSAFETY . . . . . . . . . . . . . . . . . .139
Extra protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139
Reset to zero (TN system) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
Earthing (TT system) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140
Protective relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
Electromagnetic compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
Basic Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
Generic Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
6 LIST OFCONTENTS
Product Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
Dispersal of interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
Hard-wired dispersal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
Mains supply interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
Transients/over-voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Radio-frequency interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151
Screened/armoured cables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153
Power Factor compensation units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
Selection of a frequency converter for
variable speed drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155
APPENDIXI: GENERALMECHANICALTHEORY . . . . . . . . . . . .159
Straight-line motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
Rotating motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159
Work and power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161
APPENDIXII: GENERALAC THEORY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162
Power factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165
3-phase AC current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166
Star or delta connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
APPENDIXIII: GENERALLY USED ABBREVIATIONS . . . . . . . . . .168
LITERATURE REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169
INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170
 
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