에너지 피드백 장치 공급업체는 전력 전송의 복잡한 특성으로 인해 전기 모터가 정방향 및 역방향으로 작동하는 경우가 많으며, 과부하 운전 상태와 전기 및 제동 간 연속적인 전환이 빈번하다는 점을 알려드립니다. 따라서 모터의 안전성과 신뢰성 또한 매우 중요합니다. AC 모터의 주파수 변환 기술은 점점 더 정교해지고 있으며, AC 비동기 모터 속도 조절을 위한 주파수 변환기의 사용은 모터 속도 조절을 위한 가장 중요한 에너지 절감 기술이 되었습니다.
통신 속도 조절은 1970년대 고정자 전압 조절, 권선형 회전자 직렬 극 속도 조절, 전자기 슬립 클러치 속도 조절에서 1980년대 가변 주파수 속도 조절로 발전했으며, 다양한 기술이 실용화 단계에 도달했습니다. AC 속도 조절의 신뢰성 향상과 가격 하락으로 인해 DC 속도 조절을 대체하는 것은 필연적인 추세가 되었습니다.
1. 주파수 변환기 및 에너지 절약
비동기 모터의 기본 주파수 이하로 속도를 조절할 때는 일반적으로 정전압 주파수 비율과 고정자 전압 강하 보상을 이용한 제어 방법을 채택합니다. 기본 주파수 이상으로 속도를 조절하는 경우 일반적으로 정전압 및 가변 주파수 제어 방법을 채택합니다. 위의 두 가지 상황을 결합하면 비동기 모터의 가변 전압 및 가변 주파수 속도 제어 특성을 얻을 수 있습니다. DIT 알고리즘에 대응하여 대칭 원리에 따라 시간 영역에서 x(n)이 두 그룹으로 분해되면 주파수 영역에서 X(k)가 홀수 짝수 샘플링 그룹을 형성하여 주파수 영역 샘플링 FFT(DIF-FFT) 알고리즘이라고 하는 또 다른 일반적으로 사용되는 FFT 구조를 형성합니다. Sande와 Turky가 처음 제안했기 때문에 일반적으로 Sande Turky 알고리즘이라고도 합니다.
범용 주파수 변환기의 제동 회로는 비동기 모터의 제동 요구를 충족하도록 설계되었습니다. 가변 주파수 구동 시스템에서는 비동기 모터의 감속 및 정지를 위해 범용 주파수 변환기의 출력 주파수를 점진적으로 낮추는 방법을 사용하여 비동기 모터의 동기 속도를 낮춤으로써 모터 감속 목적을 달성할 수 있습니다. 비동기 모터의 감속 과정에서 동기 속도가 비동기 모터의 실제 속도보다 낮기 때문에 회전자 전류의 위상이 반전되어 비동기 모터가 제동 토크, 즉 회생 제동 상태를 발생시킵니다. 대용량 및 중용량 범용 주파수 변환기의 경우, 에너지 절약을 위해 일반적으로 전력 회생 장치를 사용하여 상기 에너지를 전원 공급 장치로 피드백합니다. 소용량 범용 주파수 변환기의 경우, 일반적으로 제동 회로를 사용하여 비동기 모터에서 피드백된 에너지를 제동 회로에서 소비합니다. 엔지니어링에서 재생 제동 에너지의 처리에는 일반적으로 일반 주파수 변환기의 용량과 적용 시나리오에 따라 저장, 전력망으로의 피드백, 저항 방전과 같은 방법이 포함됩니다.
2. 전기 자동화 제어에 있어서 가변 주파수 속도 제어 기술의 적용
2.1. 가변 주파수 속도 제어의 특성
모든 Cyclone II 장치는 300mm 웨이퍼를 사용하며, TSMC 90nm 저유전율(Low-K) 공정을 기반으로 제조되어 고속 및 저비용을 보장합니다. Cyclone II 시리즈 장치는 실리콘 영역을 최소화하여 단일 칩으로 복잡한 디지털 시스템을 지원할 수 있으며, 비용은 전용 집적 회로와 동일합니다. 고성능 범용 주파수 변환기는 다양한 엔지니어링 요구 사항을 충족하기 위해 독립형 주파수 변환기, 공통 DC 버스 주파수 변환기, 에너지 피드백 장치가 있는 주파수 변환기 등 여러 하드웨어 구조를 갖추고 있습니다. 독립형 주파수 변환기는 정류기와 인버터 장치를 단일 케이스에 통합한 주파수 변환기 유형입니다. 현재 가장 널리 사용되는 주파수 변환기이며, 일반적으로 일반 산업용 부하에 사용되는 전기 모터 하나만 구동합니다. JTAG와 AS(Automotive Safety Circuit)를 결합한 구성 방식을 사용하므로, 구성 회로는 AS 및 JTAG 구성 요구 사항을 모두 충족해야 합니다. 구성 칩은 EPCS1을 채택합니다. 위에서 언급한 구성 방식의 구체적인 연결 방식 및 핀 특성에 따라, 고성능 범용 주파수 변환기를 사용하여 엘리베이터, 리프트, 가역 압연기 등의 부하를 구동할 경우 4상한 운전이 필요하므로 에너지 피드백 장치를 구성해야 합니다. 에너지 피드백 장치의 기능은 전기 모터 제동 시 발생하는 회생 에너지를 전력망으로 피드백하는 것입니다.
2.2. 산업 전기 자동화 제어에서의 가변 주파수 속도 제어 기술의 적용
(1) 적응형 모터 모델 유닛. 적응형 모터 모델 유닛의 기능은 모터에 입력되는 전압 및 전류를 감지하여 모터의 기본 파라미터를 자동으로 파악하는 것입니다. 이 모터 모델은 직접 토크 제어의 핵심 요소입니다. 대부분의 산업 분야에서 속도 제어 정확도가 0.5% 이상인 경우 폐루프 속도 피드백을 사용할 수 있습니다.
(2) 토크 비교기 및 자속 비교기. 이 비교기의 기능은 20ms마다 피드백 값을 기준 값과 비교하고, 2점 히스테리시스 레귤레이터를 사용하여 토크 또는 자속 상태를 출력하는 것입니다.
(3) 펄스 최적화 선택기. 정보 처리를 위해 Cyclone II EP2C5Q208C8 칩을 선택하고, OFDM 변조를 위한 신호원의 FPGA 구현을 설계했습니다. 5개의 모듈로 구성된 회로를 작성했는데, 주로 성상도 매핑 FFT, 순환 접두사 삽입, 버퍼 모듈, D/A 기능을 구현하여 OFDM 신호원을 설계하고 각 모듈의 기능을 시뮬레이션 및 검증했습니다. 마지막으로 소프트웨어 시뮬레이션과 FPGA 하드웨어 검증을 포함하여 OFDM 신호원을 완성했습니다. 전해 커패시터는 용량 변동성이 크기 때문에 전압이 일정하지 않습니다. 따라서 각 커패시터에 동일한 저항값을 갖는 전압 평형 저항을 병렬로 연결하여 변동성의 영향을 제거합니다. 전원 투입 시 커패시터를 통해 흐르는 충전 전류(서지 전류)로 인해 정류 회로가 소손되는 등 다른 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해 저장 회로에도 서지 전류 억제 조치를 추가했습니다.
에너지 절약과 소비 감소는 생산 비용 절감의 중요한 수단이며, 비용 절감은 제품 경쟁력 강화에 효과적인 수단입니다. 이러한 기능 모듈을 추가하는 것 외에도, 설계 과정에서 완성된 설계를 지속적으로 최적화하고 성능을 더욱 향상시키며 자원을 절약하는 것이 필수적입니다. 이를 통해 전체 시스템을 하나의 FPGA 칩에 구현하고, 상당한 에너지 절감 효과를 달성하며, 공정 조건을 개선할 수 있습니다.