Energiatagasiside seadmete tarnijad tuletavad teile meelde, et elektrienergia ülekande keerukate omaduste tõttu töötavad elektrimootorid sageli nii edasi- kui ka tagasisuunas, sageli ülekoormuse ja pideva elektri- ja pidurdusrežiimi vahel vahetamise korral; samuti on ohutus ja töökindlus üliolulised. Vahelduvvoolumootorite sagedusmuundamise tehnoloogia on muutunud üha keerukamaks ning sagedusmuundurite kasutamine asünkroonse vahelduvvoolumootori kiiruse reguleerimiseks on muutunud mootori kiiruse reguleerimise kõige olulisemaks energiasäästutehnoloogiaks.
Sidekiiruse reguleerimine on arenenud staatori pinge reguleerimisest kiiruse reguleerimisele, mähise rootori seeriapooluse kiiruse reguleerimisele ja elektromagnetilise libisemissiduri kiiruse reguleerimisele 1970. aastatel muutuva sagedusega kiiruse reguleerimisele 1980. aastatel ning mitmesugused tehnoloogiad on jõudnud praktilisse etappi. Vahelduvvoolu kiiruse reguleerimise suureneva töökindluse ja madalama hinnaga on alalisvoolu kiiruse reguleerimise asendamine muutunud vältimatuks trendiks.
1. Sagedusmuundur ja energia säästmine
Asünkroonmootorite kiiruse reguleerimisel alla põhisageduse kasutatakse tavaliselt konstantse pinge ja muutuva sagedusega juhtimismeetodit; kui kiirust reguleeritakse üle põhisageduse, kasutatakse tavaliselt konstantse pinge ja muutuva sagedusega juhtimismeetodit. Neid kahte olukorda kombineerides saab saavutada asünkroonmootorite muutuva pinge ja muutuva sagedusega kiiruse juhtimise karakteristikud. DIT-algoritmi kohaselt, kui x(n) jaotatakse ajadomeenis kaheks rühmaks, siis sagedusdomeenis moodustavad X(k) paaritud paarisarvulised valimirühmad, moodustades teise levinud FFT-struktuuri, mida nimetatakse sagedusdomeeni valimivõtu FFT (DIF-FFT) algoritmiks. Sande ja Turky pakkusid selle esmakordselt välja ning seda tuntakse ka Sande-Turky algoritmina.
Universaalse sagedusmuunduri pidurdusahel on konstrueeritud asünkroonmootorite pidurdusvajaduste rahuldamiseks. Muutuva sagedusega ajamisüsteemis saab asünkroonmootori aeglustamiseks ja peatamiseks kasutada universaalse sagedusmuunduri väljundsageduse järkjärgulise vähendamise meetodit, et vähendada asünkroonmootori sünkroonkiirust, saavutades seeläbi mootori aeglustamise eesmärgi. Asünkroonmootori aeglustusprotsessi ajal, kuna sünkroonkiirus on madalam asünkroonmootori tegelikust kiirusest, pööratakse rootori voolu faas ümber, põhjustades asünkroonmootoris pidurdusmomendi genereerimise ehk regeneratiivpidurduse oleku. Suure ja keskmise võimsusega universaalsete sagedusmuundurite puhul kasutatakse energia säästmiseks üldiselt energia regenereerimisseadet, mis suunab ülaltoodud energia tagasi toiteallikasse. Väikese võimsusega universaalsete sagedusmuundurite puhul kasutatakse tavaliselt pidurdusahelat, mis tarbib asünkroonmootori energia tagasisidet pidurdusahelas. Inseneriteaduses hõlmab regeneratiivpidurduse energia töötlemine üldiselt selliseid meetodeid nagu salvestamine, tagasiside elektrivõrku ja takistuse tühjendamine, olenevalt üldiste sagedusmuundurite võimsusest ja rakendusstsenaariumidest.
2. Muutuva sagedusega kiiruse juhtimise tehnoloogia rakendamine elektriautomaatika juhtimises
2.1. Muutuva sagedusega kiiruse juhtimise omadused
Kõik Cyclone II seadmed kasutavad 300 mm vahvleid ja on toodetud TSMC 90nm madala K protsesside alusel, et tagada suur kiirus ja madalad kulud. Tänu minimeeritud ränipiirkondade kasutamisele saavad Cyclone II seeria seadmed toetada keerukaid digitaalsüsteeme ainult ühe kiibiga, mille maksumus on võrdne spetsiaalse integraallülitusega. Suure jõudlusega universaalsetel sagedusmuunduritel on mitu riistvarastruktuuri, et rahuldada erinevaid insenerivajadusi: sõltumatud sagedusmuundurid, tavalise alalisvoolusiiniga sagedusmuundurid ja energia tagasisideseadmetega sagedusmuundurid. Sõltumatu sagedusmuundur on sagedusmuunduri tüüp, mis paigutab alaldi ja inverteri ühte korpusesse. See on praegu kõige laialdasemalt kasutatav sagedusmuundur ja üldiselt ajab see ainult ühte elektrimootorit, mida kasutatakse üldiste tööstuskoormuste jaoks. Kasutatav konfiguratsioonimeetod on JTAG ja AS kombinatsioon, seega peab konfiguratsiooniahel vastama nii AS kui ka JTAG konfiguratsiooninõuetele. Konfiguratsioonikiip kasutab EPCS1. Vastavalt ülalmainitud konfiguratsioonimeetodi konkreetsele ühendusmeetodile ja tihvtide omadustele. Koormuste, näiteks liftide, tõstukite ja pööratavate valtsimispinkide juhtimisel suure jõudlusega universaalsete sagedusmuunduritega on vaja nelja kvadrandilist töörežiimi, seega tuleb konfigureerida energia tagasiside seade. Energia tagasiside seadme ülesanne on suunata elektrimootori pidurdamisel tekkiv regeneratiivenergia tagasi elektrivõrku.
2.2. Muutuva sagedusega kiiruse juhtimise tehnoloogia rakendamine tööstusliku elektriautomaatika juhtimises
(1) Adaptiivse mootori mudeliüksus. Adaptiivse mootori mudeliüksuse ülesanne on mootori põhiparameetrite automaatne tuvastamine mootorile edastatava pinge ja voolutugevuse tuvastamise teel. See mootori mudel on otsese pöördemomendi juhtimise võtmeüksus. Enamiku tööstuslike rakenduste puhul, kui kiiruse juhtimise täpsus on suurem kui 0,5%, saab kasutada suletud ahelaga kiiruse tagasisidet.
(2) Pöördemomendi võrdlusandur ja magnetvoo võrdlusandur. Seda tüüpi võrdlusanduri ülesanne on võrrelda tagasiside väärtust selle võrdlusväärtusega iga 20 ms järel ning väljastada pöördemomendi või magnetvälja olekut kahepunktilise hüstereesiregulaatori abil.
(3) Impulssoptimeerimise selektor. Valisime info töötlemiseks kiibi Cyclone II EP2C5Q208C8 ja seejärel disainisime OFDM-modulatsiooni signaaliallika FPGA implementatsiooni. Kirjutasime viiest moodulist koosneva vooluringi, mis rakendas peamiselt tähtkujude kaardistamise FFT-d. Lisades tsüklilise prefiksi, puhvermooduli ja D/A-funktsioonid, disainisime OFDM-signaaliallika ning simuleerisime ja kontrollisime iga mooduli funktsioone. Lõpuks valmis OFDM-signaaliallikas, mis hõlmas tarkvara simulatsiooni ja FPGA riistvara verifitseerimist. Elektrolüütkondensaatorite mahtuvuse olulise varieeruvuse tõttu kogevad nad ebavõrdseid pingeid. Seetõttu on iga kondensaatoriga paralleelselt ühendatud võrdse takistuse väärtusega pinget tasakaalustav takisti, et välistada varieeruvuse mõju. Selleks, et vältida kondensaatorist läbi voolava laadimisvoolu (ülepingevoolu) alaldiahela läbipõlemist ja muid mõjusid sisselülitamisel, on salvestusahelale lisatud ka meetmed ülepingevoolu summutamiseks.
Energia säästmine ja tarbimise vähendamine on olulised vahendid tootmiskulude vähendamiseks ning kulude vähendamine on tõhus vahend toote konkurentsivõime suurendamiseks. Lisaks nende funktsionaalsete moodulite lisamisele on vaja ka valminud disaini pidevalt optimeerida disainiprotsessi käigus, parandada veelgi jõudlust ja säästa ressursse, et saavutada kogu süsteem ühe FPGA kiibi piires, saavutada märkimisväärne energiasäästuefekt ja parandada protsessi tingimusi.