تامینکنندگان دستگاههای بازخورد انرژی اینورتر به شما یادآوری میکنند که با توسعه مداوم علم و فناوری، مردم توجه بیشتری به صرفهجویی در مصرف انرژی الکتریکی نشان دادهاند. نقاط ضعف درایو DC سنتی به تدریج نشانههایی از عدم برآورده کردن الزامات زمانه را نشان میدهند. کموتاتور، نگهداری و استفاده از موتورهای DC را محدود میکند. بنابراین مردم شروع به مطالعه کاربرد فناوری تنظیم سرعت AC کردند و تا دهه 1970 که توسعه سریع فناوری الکترونیک، به ویژه فناوری کنترل و فناوری میکروالکترونیک، به تدریج تنظیم سرعت DC را با عملکرد تنظیم سرعت AC جایگزین کرد، طول کشید. در نتیجه، مبدلهای فرکانس متولد شدند.
۱. در مورد مبدل فرکانس
عملکرد اولیه مبدلهای فرکانس، تنظیم سرعت بود، اما با توسعه فناوری، کاربرد فعلی مبدلهای فرکانس در چین عمدتاً بر صرفهجویی در مصرف انرژی متمرکز است و بر نقش صرفهجویی در مصرف انرژی در حوزه برق تأکید دارد. کشور ما با کمبود انرژی مواجه است و به دلیل مسائل فناوری، میزان استفاده از انرژی بالا نیست. به خصوص به عنوان یک منبع انرژی پاک، برق بسیار کمیاب است. در مصرف عظیم برق، انرژی در حالت صرفهجویی در مصرف انرژی تنها بخش کوچکی از کل مصرف انرژی را تشکیل میدهد. با این حال، تعداد زیادی موتور با پتانسیل صرفهجویی در مصرف انرژی در چین وجود دارد و کاربردهای صرفهجویی در مصرف انرژی چشمانداز گستردهای دارند و یک روند بسیار ضروری هستند که تا حدودی توسعه فناوری فرکانس متغیر را نیز ارتقا میدهند.
۲. در مورد هارمونیکها
امواج فرکانسی بزرگترین مشکل در طول عملکرد مبدلهای فرکانسی هستند. توسعه فناوری الکترونیک، مبدلهای فرکانسی عمومی را قادر ساخته است تا از طریق طراحی نرمافزاری و سختافزاری معقول، به عملکردهای فیلترینگ دست یابند. پس از پردازش، میتواند به طور مؤثر از اکثر هارمونیکهای مرتبه بالا جلوگیری و آنها را فیلتر کند و تضمین کند که محصولات الکتریکی با سازگاری الکترومغناطیسی - EMC مطابقت دارند. با این حال، تجهیزات الکترونیکی، ابزارها و غیره برخی از شرکتها نسبتاً قدیمی هستند، بنابراین به طور خاص به برخی از هارمونیکهای مرتبه بالا حساس هستند و هنگام استفاده با مبدلهای فرکانسی نمیتوانند به درستی کار کنند. دلیل اصلی این وضعیت این است که اجزای غیرخطی قطعات یکسوکننده و اینورتر مبدل فرکانس باعث ایجاد تغییراتی در منبع تغذیه میشوند که منجر به تداخل هارمونیکی و تأثیر بر اثر تبدیل فرکانس میشود. راه حل اصلی استفاده از کابلهای محافظ برای خروجی است و زمین کردن تک سر میتواند به طور مؤثر از تداخل جلوگیری کند. اضافه کردن فیلترها به بخشهای ورودی و خروجی میتواند دامنه هارمونیکهای مرتبه پایین را به طور قابل توجهی کاهش دهد و با فیلتر کردن هارمونیکها، اثرات صرفهجویی در انرژی را به دست آورد. برای کنترل سیگنال، به ویژه برای سیگنالهای آنالوگ، سیمهای محافظ جفت پیچ خورده معمولاً برای طراحی زمین کردن تک سر استفاده میشوند که میتوانند به طور مؤثر از تداخل خارجی جلوگیری کنند. روش کنترل SPWM که در حال حاضر در مبدلهای فرکانسی استفاده میشود، تأثیر مثبتی بر تنظیم مؤلفههای هارمونیکی و کنترل عوامل اعوجاج دارد. بنابراین، توانایی ضد تداخل هارمونیکی مبدلهای فرکانسی PWM در مقایسه با مبدلهای فرکانسی کنترل SPWM دارای شکاف قابل توجهی است.
3. کاربرد مبدلهای فرکانس در تولید صنعتی
۳.۱ کاربرد مبدل فرکانس در بارهای پمپ ماشین آلات و تجهیزات صنعتی
دلیل اینکه مبدلهای فرکانس میتوانند به طور گسترده در بارهای پمپ ماشینآلات و تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار گیرند، به دلیل فناوری قدرتمند تنظیم سرعت آنهاست که از فرکانس استاتور موتور برای تغییر سرعت موتور بر اساس آن استفاده میکند و در نهایت شرایط کار بارهای پمپ را تغییر میدهد و تجهیزات اصلی را قادر میسازد تا نیازهای تولید را برآورده کنند. اگر تغییر قابل توجهی در بار تجهیزات مکانیکی و پمپها در تولید صنعتی وجود داشته باشد، استفاده از فناوری مبدل فرکانس برای کنترل خروجی مبدل فرکانس میتواند بار پمپ را قادر سازد تا شرایط فرآیند تولید را برآورده کند، به بهترین اثر صرفهجویی در انرژی دست یابد، سطح تولید را بهبود بخشد، فرآیند اتوماسیون صنعتی را تسریع کند و عمر مفید تجهیزات را افزایش دهد، کیفیت محصول را بهبود بخشد، راندمان تولید را افزایش دهد و شرکتها را قادر سازد تا از مزایای اقتصادی بالاتری برخوردار شوند.
۳.۲ کاربرد مبدل فرکانس در بار فن ماشینآلات تولید صنعتی
فنها اساساً در سیستمهای خنککننده، سیستمهای دیگ بخار، سیستمهای خشککن و سیستمهای اگزوز در تولید صنعتی استفاده میشوند. در فرآیند تولید، عواملی مانند حجم هوا و دما را که بر تولید تأثیر میگذارند، کنترل خواهیم کرد تا به شرایط مناسبی برای فناوری تولید و شرایط کاری دست یابیم. در فرآیند کنترل قبلی، روشی که اغلب استفاده میشد، تنظیم درجه باز و بسته شدن خروجی هوا و بافل بود. عیب استفاده از این روش کنترل این است که صرف نظر از فرآیند تولید و شرایط کاری، فن همیشه با سرعت ثابت کار میکند که نمیتواند به طور دقیق شرایط فرآیند تولید و شرایط عملیاتی را برآورده کند، انرژی را هدر میدهد و تجهیزات و مواد را مصرف میکند، سود تولید را کاهش میدهد و عمر مفید تجهیزات را کوتاه میکند. به عنوان مثال، کارخانههای الیاف شیمیایی، کارخانههای فولاد، کارخانههای سیمان و غیره همگی از فن استفاده میکنند. اگر از تنظیم خروجی هوا برای تغییر حجم هوا استفاده کنیم، موتور همیشه با بار کامل کار میکند، اما باز شدن دمپر هوا فقط بین 50 تا 80 درصد است که یک رفتار اتلافی خواهد بود. فناوری مبدل فرکانس در بار فن استفاده میشود و عملکرد تنظیم سرعت بدون پله آن میتواند محدوده سرعت فن را گسترش دهد، آن را قابل اعتمادتر، برنامهریزی آسانتر و دستیابی به شرایط بالا برای فرآیندهای تولید و شرایط کاری کند.
۳.۳ کاربرد مبدلهای فرکانس در صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف
در مکانهایی که بار موتور عموماً ثابت است، مانند کارخانههای نساجی و فولاد، موتور معمولاً با توان مشخصی کار میکند و عملکرد مبدل فرکانس به سختی با تجهیزات دیگر مانند شتابگیری و کاهش سرعت روان، گشتاور کنترل دقیق و پایداری کاری خوب جایگزین میشود، بنابراین میتوان از آن به خوبی استفاده کرد. در چنین کارخانههایی، مبدلهای فرکانس نه تنها در صرفهجویی انرژی موفق نیستند، بلکه برعکس، به دلیل هزینه و مصرف انرژی بالا، کل سیستم گرانتر میشود و انرژی بیشتری مصرف میکند. برعکس، در کاربردهایی مانند فنها و پمپها، ویژگیهای صرفهجویی در انرژی و کاهش مصرف بسیار برجسته میشوند. در این کاربردها، بار جریان اغلب تغییر میکند. اگر چندین موتور به صورت موازی استفاده شوند، قطعاً هزینههای تجهیزات را افزایش میدهد. اگر از روش تنظیم سرعت قبلی استفاده شود، برای دستیابی به هدف اتوماسیون تولید نیز مفید نیست. در این مورد، برخی از تولیدکنندگان مبدلهای فرکانس تخصصی برای این کاربرد تولید کردهاند. این نوع مبدل فرکانس ویژگیهای تنظیم سرعت و کنترل گشتاور با دقت بالا را ندارد، بنابراین هزینه تولید آن نیز بسیار پایین است.
۴. انتخاب مبدل فرکانس
با توجه به توسعه فناوری تبدیل فرکانس، در حال حاضر برندها و دادههای متعددی از مبدلهای فرکانس در بازار وجود دارد. روشهای اصلی کنترل عبارتند از: روش کنترل فشار تخت، یعنی فناوری U/F=K؛ روش کنترل برداری، که با نام فناوری VECTOR نیز شناخته میشود؛ فناوری کنترل گشتاور مستقیم (DTC) و غیره. شرکتها میتوانند مبدلهای فرکانس را با توجه به شرایط واقعی خود انتخاب کنند تا الزامات کنترل تجهیزات مختلف، به ویژه در کاربرد مبدلهای فرکانس در تجهیزات مکانیکی با بارهای گشتاور متغیر را برآورده کنند که میتواند به اثرات صرفهجویی در انرژی بهتری دست یابد. از نظر انتخاب ظرفیت برای مبدلهای فرکانس، باید به صورت علمی بر اساس جریان واقعی بار انتخاب شود. همچنین میتوانید یک مبدل فرکانس با PID داخلی را برای کنترل پیکربندی مطابق با نیازهای واقعی انتخاب کنید. در حال حاضر، بسیاری از مبدلهای فرکانس موجود در بازار دارای رابطهای باس هستند و در فرآیند تولید، مبدلهای فرکانس به عنوان گرهای از شبکه برای اتصال به سایر دستگاههای ارتباطی عمل میکنند که میتواند به طور مؤثر کارایی را بهبود بخشد و به صرفهجویی در انرژی دست یابد و روند خوبی از دقت و هوش کنترل بالاتر را ارتقا دهد. فناوری فیلدباس در حال حاضر یک فناوری اتوماسیون پیشرفته است که فناوری کنترل کامپیوتر، فناوری ارتباطات و فناوری اصول کنترل خودکار را ادغام میکند. بنابراین، میتواند به انتقال چند منظوره پارامترهای سیگنال چندگانه روی یک جفت سیم دست یابد و برق را برای چندین دستگاه فراهم کند، که نه تنها در مصرف برق صرفهجویی میکند، بلکه هزینهها را نیز کاهش میدهد.
ویژگیهای صرفهجویی در مصرف انرژی مبدلهای فرکانس توجه گستردهای را از سوی جامعه به خود جلب کرده و در زمینههای مختلف به کار گرفته شدهاند. مبدل فرکانس بازار عمدتاً برای تنظیم سرعت موتورهای AC استفاده میشود و در حال حاضر ایدهآلترین و امیدوارکنندهترین راهحل کنترل سرعت در حوزه کاربرد است. مهمتر از آن، مبدلهای فرکانس دارای اثرات صرفهجویی در مصرف انرژی هستند و صرفهجویی در مصرف انرژی موضوعی است که باید در توسعه صنعتی و مصرف انرژی جدی گرفته شود و تضمینی ضروری برای دستیابی به توسعه پایدار شرکتها است. به دلیل اثر صرفهجویی در مصرف انرژی و فناوری کنترل سرعت، مبدلهای فرکانس به یک تجهیزات اتوماسیون محبوب تبدیل شدهاند و بنابراین به سرعت توسعه یافته و به کار گرفته شدهاند. چشمانداز آینده مبدلهای فرکانس بسیار امیدوارکننده است و ممکن است در طیف وسیعتری از زمینهها به کار گرفته شوند و نقش بیشتری در کاهش مصرف انرژی و افزایش بهرهوری برای شرکتها ایفا کنند. کاربرد مبدلهای فرکانس چشمانداز توسعه بسیار گستردهای دارد.