औद्योगिक विद्युत स्वचालन नियंत्रण में परिवर्तनीय आवृत्ति गति नियंत्रण प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

ऊर्जा प्रतिक्रिया उपकरण आपूर्तिकर्ता आपको याद दिलाते हैं कि विद्युत शक्ति संचरण की जटिल विशेषताओं के कारण, विद्युत मोटर अक्सर आगे और पीछे दोनों दिशाओं में संचालित होते हैं, अक्सर अधिभार संचालन की स्थिति में और विद्युत और ब्रेकिंग के बीच निरंतर स्विचिंग में; इसकी सुरक्षा और विश्वसनीयता भी महत्वपूर्ण है। एसी मोटरों की आवृत्ति रूपांतरण तकनीक तेजी से परिष्कृत होती जा रही है, और एसी अतुल्यकालिक मोटर गति विनियमन के लिए आवृत्ति कन्वर्टर्स का उपयोग मोटर गति विनियमन के लिए सबसे महत्वपूर्ण ऊर्जा-बचत तकनीक बन गया है।

संचार गति विनियमन, 1970 के दशक में स्टेटर वोल्टेज विनियमन गति विनियमन, वाउंड रोटर श्रृंखला ध्रुव गति विनियमन, विद्युत चुम्बकीय स्लिप क्लच गति विनियमन से लेकर 1980 के दशक में परिवर्तनीय आवृत्ति गति विनियमन तक, विभिन्न तकनीकों के साथ व्यावहारिक स्तर पर पहुँच गया है। एसी गति विनियमन की बढ़ती विश्वसनीयता और कम कीमत के साथ, डीसी गति विनियमन का प्रतिस्थापन एक अपरिहार्य प्रवृत्ति बन गया है।

1. आवृत्ति परिवर्तक और ऊर्जा संरक्षण

एसिंक्रोनस मोटर्स की मूल आवृत्ति के नीचे गति को विनियमित करते समय, स्थिर वोल्टेज आवृत्ति अनुपात और स्टेटर वोल्टेज ड्रॉप क्षतिपूर्ति के साथ एक नियंत्रण विधि आमतौर पर अपनाई जाती है; यदि गति को मूल आवृत्ति के ऊपर समायोजित किया जाता है, तो स्थिर वोल्टेज और परिवर्तनीय आवृत्ति की नियंत्रण विधि आमतौर पर अपनाई जाती है। उपरोक्त दो स्थितियों को मिलाकर, एसिंक्रोनस मोटर्स की परिवर्तनीय वोल्टेज और परिवर्तनीय आवृत्ति गति नियंत्रण विशेषताओं को प्राप्त किया जा सकता है। डीआईटी एल्गोरिदम के अनुरूप, समरूपता के सिद्धांत के अनुसार, यदि x (n) को समय डोमेन में दो समूहों में विघटित किया जाता है, तो आवृत्ति डोमेन में, X (k) विषम सम नमूना समूह बनाएगा, जो एक अन्य सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली FFT संरचना का निर्माण करेगा, जिसे आवृत्ति-डोमेन नमूनाकरण FFT (DIF-FFT) एल्गोरिदम कहा जाता है।

यूनिवर्सल फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर में ब्रेकिंग सर्किट को एसिंक्रोनस मोटर की ब्रेकिंग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। परिवर्तनीय आवृत्ति ड्राइव सिस्टम में, एसिंक्रोनस मोटर को धीमा करने और रोकने के लिए, यूनिवर्सल फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर की आउटपुट फ़्रीक्वेंसी को धीरे-धीरे कम करने की विधि का उपयोग एसिंक्रोनस मोटर की सिंक्रोनस गति को कम करने के लिए किया जा सकता है, जिससे मोटर को धीमा करने का उद्देश्य प्राप्त होता है। एसिंक्रोनस मोटर की मंदन प्रक्रिया के दौरान, क्योंकि सिंक्रोनस गति एसिंक्रोनस मोटर की वास्तविक गति से कम होती है, रोटर धारा का चरण उलट जाएगा, जिससे एसिंक्रोनस मोटर ब्रेकिंग टॉर्क उत्पन्न करेगा, अर्थात पुनर्योजी ब्रेकिंग अवस्था में। बड़ी और मध्यम क्षमता वाले यूनिवर्सल फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स के लिए, ऊर्जा बचाने के लिए, आमतौर पर एक पावर रीजनरेशन यूनिट का उपयोग बिजली आपूर्ति को उपरोक्त ऊर्जा वापस भेजने के लिए किया जाता है। छोटी क्षमता वाले यूनिवर्सल फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स के लिए, ब्रेकिंग सर्किट में एसिंक्रोनस मोटर से ऊर्जा प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए आमतौर पर एक ब्रेकिंग सर्किट का उपयोग किया जाता है। इंजीनियरिंग में, पुनर्योजी ब्रेकिंग ऊर्जा के उपचार में आम तौर पर भंडारण, पावर ग्रिड को फीडबैक और प्रतिरोध निर्वहन जैसी विधियां शामिल होती हैं, जो सामान्य आवृत्ति कन्वर्टर्स की क्षमता और अनुप्रयोग परिदृश्यों पर निर्भर करती हैं।

2. विद्युत स्वचालन नियंत्रण में परिवर्तनीय आवृत्ति गति नियंत्रण प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

2.1. परिवर्तनीय आवृत्ति गति नियंत्रण की विशेषताएँ

सभी साइक्लोन II उपकरण 300 मिमी वेफर्स का उपयोग करते हैं और उच्च गति और कम लागत सुनिश्चित करने के लिए TSMC 90nm, निम्न-K प्रक्रियाओं के आधार पर निर्मित होते हैं। न्यूनतम सिलिकॉन क्षेत्रों के उपयोग के कारण, साइक्लोन II श्रृंखला के उपकरण केवल एक चिप के साथ जटिल डिजिटल प्रणालियों का समर्थन कर सकते हैं, जिसकी लागत एक समर्पित एकीकृत परिपथ के बराबर है। उच्च-प्रदर्शन सार्वभौमिक आवृत्ति परिवर्तकों में विभिन्न इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कई हार्डवेयर संरचनाएँ होती हैं: स्वतंत्र आवृत्ति परिवर्तक, सामान्य DC बस आवृत्ति परिवर्तक, और ऊर्जा प्रतिक्रिया इकाइयों वाले आवृत्ति परिवर्तक। स्वतंत्र आवृत्ति परिवर्तक एक प्रकार का आवृत्ति परिवर्तक है जो दिष्टकारी इकाई और इन्वर्टर इकाई को एक ही आवरण में रखता है। यह वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला आवृत्ति परिवर्तक है और आम तौर पर केवल एक विद्युत मोटर चलाता है, जिसका उपयोग सामान्य औद्योगिक भार के लिए किया जाता है। प्रयुक्त विन्यास विधि JTAG और AS का संयोजन है, इसलिए विन्यास परिपथ को AS और JTAG दोनों विन्यास आवश्यकताओं को पूरा करना होगा। विन्यास चिप EPCS1 को अपनाती है। ऊपर उल्लिखित विन्यास विधि की विशिष्ट संयोजन विधि और पिन विशेषताओं के अनुसार। उच्च-प्रदर्शन वाले यूनिवर्सल फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स वाले लिफ्ट, लिफ़्ट और रिवर्सिबल रोलिंग मिल जैसे भार को चलाते समय, चार-चतुर्थांश संचालन की आवश्यकता होती है, इसलिए एक ऊर्जा फ़ीडबैक इकाई का विन्यास आवश्यक है। ऊर्जा फ़ीडबैक इकाई का कार्य विद्युत मोटर के ब्रेक लगाने के दौरान उत्पन्न पुनर्योजी ऊर्जा को पावर ग्रिड में वापस भेजना है।

2.2. औद्योगिक विद्युत स्वचालन नियंत्रण में परिवर्तनीय आवृत्ति गति नियंत्रण प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग

(1) अनुकूली मोटर मॉडल इकाई। अनुकूली मोटर मॉडल इकाई का कार्य मोटर में आने वाले वोल्टेज और धारा इनपुट का पता लगाकर मोटर के मूल मापदंडों की स्वचालित रूप से पहचान करना है। यह मोटर मॉडल प्रत्यक्ष टॉर्क नियंत्रण की एक प्रमुख इकाई है। अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए, यदि गति नियंत्रण सटीकता 0.5% से अधिक है, तो क्लोज्ड-लूप गति प्रतिक्रिया का उपयोग किया जा सकता है।

(2) टॉर्क तुलनित्र और चुंबकीय फ्लक्स तुलनित्र। इस प्रकार के तुलनित्र का कार्य प्रत्येक 20ms पर फीडबैक मान की तुलना उसके संदर्भ मान से करना और दो-बिंदु हिस्टैरिसीस नियामक का उपयोग करके टॉर्क या चुंबकीय क्षेत्र की स्थिति का आउटपुट देना है।

(3) पल्स ऑप्टिमाइज़ेशन चयनकर्ता। हमने सूचना प्रसंस्करण के लिए साइक्लोन II EP2C5Q208C8 चिप का चयन किया और फिर OFDM मॉड्यूलेशन के लिए सिग्नल स्रोत के FPGA कार्यान्वयन को डिज़ाइन किया। हमने पाँच मॉड्यूलों वाला एक सर्किट लिखा, जिसमें मुख्य रूप से नक्षत्र मानचित्रण FFT, चक्रीय उपसर्ग, बफर मॉड्यूल और D/A फ़ंक्शन सम्मिलित करके, एक OFDM सिग्नल स्रोत डिज़ाइन किया गया, और प्रत्येक मॉड्यूल के फ़ंक्शन का अनुकरण और सत्यापन किया गया। अंत में, OFDM सिग्नल स्रोत का निर्माण पूरा हो गया, जिसमें सॉफ़्टवेयर सिमुलेशन और FPGA हार्डवेयर सत्यापन शामिल था। विद्युत अपघटनी संधारित्रों की क्षमता में महत्वपूर्ण परिवर्तनशीलता के कारण, वे असमान वोल्टेज का अनुभव करेंगे। इसलिए, परिवर्तनशीलता के प्रभाव को समाप्त करने के लिए समान प्रतिरोध मान वाला एक वोल्टेज समतुल्य प्रतिरोधक प्रत्येक संधारित्र के समानांतर जोड़ा जाता है। संधारित्र से प्रवाहित होने वाली चार्जिंग धारा (सर्ज करंट) को रेक्टिफायर सर्किट को जलाने और बिजली चालू होने पर अन्य प्रभावों से बचाने के लिए, स्टोरेज सर्किट में सर्ज करंट को दबाने के उपाय भी जोड़े गए हैं।

ऊर्जा संरक्षण और खपत में कमी उत्पादन लागत को कम करने के महत्वपूर्ण साधन हैं, और लागत में कमी उत्पाद प्रतिस्पर्धात्मकता को बढ़ाने का एक प्रभावी साधन है। इन कार्यात्मक मॉड्यूलों को जोड़ने के अलावा, डिज़ाइन प्रक्रिया के दौरान पूर्ण डिज़ाइन को निरंतर अनुकूलित करना, प्रदर्शन में और सुधार करना और संसाधनों की बचत करना भी आवश्यक है, ताकि संपूर्ण सिस्टम को एक FPGA चिप के भीतर समाहित किया जा सके, महत्वपूर्ण ऊर्जा-बचत प्रभाव प्राप्त किए जा सकें और प्रक्रिया की स्थितियों में सुधार किया जा सके।