Los proveedores de equipos de soporte para convertidores de frecuencia le recuerdan que los convertidores de frecuencia son convertidores de potencia en sistemas de control de movimiento. El sistema de control de movimiento actual es un campo técnico que involucra múltiples disciplinas, y la tendencia general de desarrollo es: convertidores de potencia de alta frecuencia accionados por CA, control digital, inteligente y en red. Por lo tanto, como componente importante de conversión de potencia del sistema, los convertidores de frecuencia se han desarrollado rápidamente al proporcionar fuentes de alimentación de CA de voltaje y frecuencia variables controlables de alto rendimiento.
En el siglo XXI, el sustrato de la electrónica de potencia se ha transformado del Si (silicio) al SiC (carburo de silicio), marcando el comienzo de una era de alto voltaje, gran capacidad, alta frecuencia, componentes modulares, miniaturización, inteligencia y bajo costo para los nuevos dispositivos electrónicos de potencia. Actualmente se están desarrollando e investigando diversos equipos eléctricos nuevos adecuados para la regulación de velocidad de frecuencia variable. El rápido desarrollo de la tecnología informática y la continua innovación en la teoría de control influirán en la tendencia de desarrollo de los convertidores de frecuencia.
Con la expansión del mercado y la diversificación de las demandas de los usuarios, las funciones de los convertidores de frecuencia nacionales se mejoran y amplían constantemente, con una mayor integración y sistematización, y ya han surgido algunos convertidores de frecuencia especializados. Se informa que, en los últimos años, el mercado de convertidores de frecuencia en China ha mantenido una tasa de crecimiento del 12-15%, y se espera que se mantenga por encima del 10% durante al menos los próximos 5 años. Actualmente, la tasa de crecimiento de la capacidad instalada (potencia) de convertidores de frecuencia en el mercado chino ronda el 20%. Se espera que el mercado de convertidores de frecuencia alcance su saturación y madure gradualmente al menos 10 años después.
1. Inteligencia
Una vez instalado el convertidor de frecuencia inteligente en el sistema, no es necesario realizar muchos ajustes funcionales. Su operación y uso son sencillos, con una visualización clara del estado de funcionamiento, lo que permite el diagnóstico y la resolución de problemas, e incluso la conversión automática de componentes. Internet permite la monitorización remota para conectar varios inversores según los procedimientos del proceso, conformando un sistema optimizado de gestión y control integrado de inversores.
2. Especialización
Según las características de cada tipo de carga, la fabricación de convertidores de frecuencia especializados no solo beneficia el control económico y eficaz del motor de la carga, sino que también reduce los costos de fabricación. Por ejemplo, convertidores de frecuencia para ventiladores y bombas, convertidores de frecuencia para maquinaria de elevación, convertidores de frecuencia para el control de ascensores, convertidores de frecuencia para el control de tensión y convertidores de frecuencia para aire acondicionado.
3. Integración
El convertidor de frecuencia integra selectivamente componentes funcionales relevantes, como el sistema de identificación de parámetros, el regulador PID, el controlador PLC y la unidad de comunicación, en una máquina integrada. Esto no solo mejora la funcionalidad y la fiabilidad del sistema, sino que también reduce eficazmente el volumen del sistema y minimiza las conexiones de circuitos externos. Según informes, se ha desarrollado una máquina integrada que combina convertidor de frecuencia y motor eléctrico, lo que reduce el tamaño del sistema y facilita su control.
4. Protección del medio ambiente
Proteger el medio ambiente y fabricar productos ecológicos es un concepto nuevo para la humanidad. En el futuro, los convertidores de frecuencia se centrarán más en la conservación de energía y la baja contaminación, es decir, en minimizar la contaminación y la interferencia de ruido y armónicos en la red eléctrica y otros equipos eléctricos durante su uso.
5. El apagado automático, la modularización, la integración y la inteligencia de los componentes de conmutación de potencia en el circuito principal han aumentado continuamente la frecuencia de conmutación y reducido aún más las pérdidas de conmutación.
6. En términos de la estructura topológica del circuito principal del convertidor de frecuencia:
El convertidor de frecuencia del lado de la red suele utilizar un convertidor de 6 pulsos para dispositivos de baja tensión y pequeña capacidad, mientras que un convertidor multiplexado de 12 pulsos o más se utiliza para dispositivos de media tensión y gran capacidad. Los convertidores del lado de la carga suelen utilizar inversores de puente de dos niveles para dispositivos de baja tensión y pequeña capacidad, mientras que los inversores de varios niveles se utilizan para dispositivos de media tensión y gran capacidad. Para la transmisión de la operación de cuatro cuadrantes, con el fin de lograr la retroalimentación de energía regenerativa a la red y ahorrar energía, el inversor del lado de la red debe ser un inversor reversible. Al mismo tiempo, ha surgido un inversor PWM dual con flujo de potencia bidireccional. El control adecuado del inversor del lado de la red puede hacer que la corriente de entrada se aproxime a la onda sinusoidal y reducir la contaminación a la red. En la actualidad, tanto los convertidores de frecuencia de baja como de media tensión cuentan con estos productos.
7. Los métodos de control para inversores de voltaje variable con modulación de ancho de pulso pueden incluir control de modulación de ancho de pulso de onda sinusoidal (SPWM), control PWM para eliminar órdenes armónicas específicas, control de seguimiento de corriente y control de vector espacial de voltaje (control de seguimiento de flujo magnético).
8. El progreso de los métodos de control de ajuste de conversión de frecuencia para motores eléctricos de CA se refleja principalmente en el desarrollo de sistemas de control vectorial y control de par directo sin sensores de velocidad, que han pasado del control escalar al control vectorial de alto rendimiento dinámico y al control de par directo.
9. El avance de los microprocesadores ha convertido el control digital en la dirección de desarrollo de los controladores modernos. Los sistemas de control de movimiento son sistemas rápidos, especialmente el control de alto rendimiento de motores de CA que requieren el almacenamiento de diversos datos y el procesamiento rápido en tiempo real de grandes cantidades de información. En los últimos años, importantes empresas extranjeras han lanzado sucesivamente núcleos basados en DSP (procesador de señal digital), combinados con los circuitos funcionales periféricos necesarios para el control de motores, integrados en un solo chip denominado controlador de motor DSP de un solo chip. El precio se ha reducido considerablemente, el volumen se ha reducido, la estructura es compacta, el uso es más cómodo y la fiabilidad ha mejorado. En comparación con los microcontroladores convencionales, el DSP ha incrementado su potencia de procesamiento digital entre 10 y 15 veces para garantizar un rendimiento de control superior del sistema.
El control digital simplifica el hardware, y los algoritmos de control flexibles proporcionan gran flexibilidad, lo que permite la implementación de leyes de control complejas y convierte la teoría de control moderna en una realidad en los sistemas de control de movimiento. Es fácil de conectar con sistemas de nivel superior para la transmisión de datos, facilita el diagnóstico de fallas, refuerza las funciones de protección y monitoreo, y dota al sistema de inteligencia (como algunos convertidores de frecuencia con funciones de autoajuste).
10. Los motores síncronos de CA se han convertido en la nueva estrella de la transmisión ajustable de CA, especialmente los motores síncronos de imanes permanentes. El motor tiene una estructura sin escobillas, un alto factor de potencia y una alta eficiencia, y la velocidad del rotor está estrictamente sincronizada con la frecuencia de red. Existen dos tipos principales de sistemas de control de velocidad de frecuencia variable para motores síncronos: control externo de frecuencia variable y control automático de frecuencia variable. El principio del motor síncrono de frecuencia variable autocontrolado es muy similar al del motor de CC, reemplazando el conmutador mecánico del motor de CC por un convertidor electrónico de potencia. Cuando se utiliza un convertidor de voltaje CA-CC-CA, se denomina "motor de CC sin conmutador" o "motor de CC sin escobillas (BLDC)". El sistema tradicional de control de velocidad de máquinas síncronas de frecuencia variable autocontrolado cuenta con un sensor de posición del rotor, y actualmente se está desarrollando un sistema sin sensor de posición del rotor. El método de control de frecuencia variable de los motores síncronos también puede utilizar control vectorial, que es más sencillo que el de los motores asíncronos en cuanto a control vectorial orientado según el campo magnético del rotor.
En resumen, la tendencia de desarrollo de la tecnología del convertidor de frecuencia es hacia la inteligencia, fácil operación, funcionalidad sólida, seguridad y confiabilidad, protección del medio ambiente, bajo nivel de ruido, bajo costo y miniaturización.