Enerģijas atgriezeniskās saites ierīču piegādātāji atgādina, ka sarežģīto elektriskās enerģijas pārvades īpašību dēļ elektromotori bieži darbojas gan uz priekšu, gan atpakaļgaitā, bieži vien pārslodzes stāvoklī un nepārtraukti pārslēdzoties starp elektrisko un bremzēšanas režīmu; to drošība un uzticamība ir arī ļoti svarīgas. Maiņstrāvas motoru frekvences pārveidošanas tehnoloģija ir kļuvusi arvien sarežģītāka, un frekvences pārveidotāju izmantošana maiņstrāvas asinhronā motora ātruma regulēšanai ir kļuvusi par vissvarīgāko enerģijas taupīšanas tehnoloģiju motora ātruma regulēšanai.
Komunikācijas ātruma regulēšana ir attīstījusies no statora sprieguma regulēšanas ātruma regulēšanas, tinumu rotora sērijas polu ātruma regulēšanas, elektromagnētiskās slīdēšanas sajūga ātruma regulēšanas 20. gs. septiņdesmitajos gados līdz mainīgas frekvences ātruma regulēšanai 20. gs. astoņdesmitajos gados, un dažādas tehnoloģijas ir sasniegušas praktisko stadiju. Pieaugot maiņstrāvas ātruma regulēšanas uzticamībai un zemākai cenai, līdzstrāvas ātruma regulēšanas aizstāšana ar līdzstrāvas ātruma regulēšanu ir kļuvusi par neizbēgamu tendenci.
1. Frekvences pārveidotājs un enerģijas taupīšana
Regulējot asinhrono motoru ātrumu zem pamatfrekvences, parasti tiek izmantota vadības metode ar nemainīgu sprieguma frekvences attiecību un statora sprieguma krituma kompensāciju; ja ātrums tiek regulēts virs pamatfrekvences, parasti tiek izmantota nemainīga sprieguma un mainīgas frekvences vadības metode. Apvienojot iepriekš minētās divas situācijas, var iegūt asinhrono motoru mainīga sprieguma un mainīgas frekvences ātruma regulēšanas raksturlielumus. Saskaņā ar DIT algoritmu, saskaņā ar simetrijas principu, ja x(n) laika apgabalā tiek sadalīts divās grupās, tad frekvences apgabalā X(k) veidos nepāra pāra izlases grupas, veidojot citu plaši izmantotu FFT struktūru, ko sauc par frekvences apgabala izlases FFT (DIF-FFT) algoritmu. Kā pirmo reizi ierosināja Sande un Turky, tas ir plaši pazīstams arī kā Sande Turky algoritms.
Universālā frekvences pārveidotāja bremzēšanas ķēde ir izstrādāta, lai apmierinātu asinhrono motoru bremzēšanas vajadzības. Mainīgas frekvences piedziņas sistēmā, lai palēninātu un apturētu asinhrono motoru, var izmantot universālā frekvences pārveidotāja izejas frekvences pakāpeniskas samazināšanas metodi, lai samazinātu asinhronā motora sinhrono ātrumu, tādējādi panākot motora palēnināšanas mērķi. Asinhronā motora palēnināšanas procesā, tā kā sinhronais ātrums ir mazāks par asinhronā motora faktisko ātrumu, rotora strāvas fāze mainīsies, kā rezultātā asinhronais motors ģenerēs bremzēšanas momentu, tas ir, reģeneratīvās bremzēšanas stāvoklī. Lielas un vidējas jaudas universālajiem frekvences pārveidotājiem, lai taupītu enerģiju, parasti tiek izmantota jaudas reģenerācijas iekārta, lai atgrieztu iepriekš minēto enerģiju barošanas blokā. Mazas jaudas universālajiem frekvences pārveidotājiem parasti tiek izmantota bremzēšanas ķēde, lai patērētu enerģijas atgriezenisko saiti no asinhronā motora bremzēšanas ķēdē. Inženierzinātnēs reģeneratīvās bremzēšanas enerģijas apstrāde parasti ietver tādas metodes kā uzkrāšana, atgriezeniskā saite uz elektrotīklu un pretestības izlāde atkarībā no vispārējo frekvences pārveidotāju jaudas un pielietojuma scenārijiem.
2. Mainīgas frekvences ātruma regulēšanas tehnoloģijas pielietojums elektroaparātikas vadībā
2.1. Mainīgas frekvences ātruma regulēšanas raksturlielumi
Visas Cyclone II ierīces izmanto 300 mm plāksnes un tiek ražotas, pamatojoties uz TSMC 90 nm zema K procesiem, lai nodrošinātu lielu ātrumu un zemas izmaksas. Pateicoties minimizētu silīcija apgabalu izmantošanai, Cyclone II sērijas ierīces var atbalstīt sarežģītas digitālās sistēmas tikai ar vienu mikroshēmu par izmaksām, kas līdzvērtīgas speciālas integrētās shēmas izmaksām. Augstas veiktspējas universālajiem frekvences pārveidotājiem ir vairākas aparatūras struktūras, lai apmierinātu dažādas inženiertehniskās vajadzības: neatkarīgi frekvences pārveidotāji, parastās līdzstrāvas kopnes frekvences pārveidotāji un frekvences pārveidotāji ar enerģijas atgriezeniskās saites blokiem. Neatkarīgs frekvences pārveidotājs ir frekvences pārveidotāja veids, kas novieto taisngrieža bloku un invertora bloku vienā korpusā. Pašlaik tas ir visplašāk izmantotais frekvences pārveidotājs un parasti darbina tikai vienu elektromotoru, ko izmanto vispārējām rūpnieciskām slodzēm. Izmantotā konfigurācijas metode ir JTAG un AS kombinācija, tāpēc konfigurācijas shēmai jāatbilst gan AS, gan JTAG konfigurācijas prasībām. Konfigurācijas mikroshēma izmanto EPCS1. Saskaņā ar iepriekš minēto konfigurācijas metodes konkrēto savienojuma metodi un tapu raksturlielumiem. Darbinot slodzes, piemēram, liftus, pacēlājus un reversīvās velmēšanas iekārtas ar augstas veiktspējas universālajiem frekvences pārveidotājiem, ir nepieciešama četru kvadrantu darbība, tāpēc ir jākonfigurē enerģijas atgriezeniskās saites bloks. Enerģijas atgriezeniskās saites bloka funkcija ir atgriezt elektrotīklā reģeneratīvo enerģiju, kas rodas elektromotora bremzēšanas laikā.
2.2. Mainīgas frekvences ātruma regulēšanas tehnoloģijas pielietojums rūpnieciskās elektroaparātikas vadībā
(1) Adaptīva motora modeļa bloks. Adaptīva motora modeļa bloka funkcija ir automātiski identificēt motora pamatparametrus, nosakot motoram pievadīto spriegumu un strāvu. Šis motora modelis ir galvenā tiešās griezes momenta vadības vienība. Vairumā rūpniecisko lietojumu, ja ātruma regulēšanas precizitāte ir lielāka par 0,5%, var izmantot slēgtas cilpas ātruma atgriezenisko saiti.
(2) Griezes momenta salīdzinātājs un magnētiskās plūsmas salīdzinātājs. Šāda veida salīdzinātāja funkcija ir ik pēc 20 ms salīdzināt atgriezeniskās saites vērtību ar tās atsauces vērtību un, izmantojot divpunktu histerēzes regulatoru, izvadīt griezes momenta vai magnētiskā lauka stāvokli.
(3) Impulsa optimizācijas selektors. Informācijas apstrādei izvēlējāmies mikroshēmu Cyclone II EP2C5Q208C8 un pēc tam izstrādājām signāla avota FPGA ieviešanu OFDM modulācijai. Uzrakstījām shēmu, kas sastāv no pieciem moduļiem, galvenokārt ieviešot zvaigznāja kartēšanu FFT, ievietojot ciklisko prefiksu, bufera moduli un D/A funkcijas, tika izstrādāts OFDM signāla avots, un katra moduļa funkcijas tika simulētas un pārbaudītas. Visbeidzot, tika pabeigts OFDM signāla avots, tostarp programmatūras simulācija un FPGA aparatūras verifikācija. Elektrolītisko kondensatoru ietilpības ievērojamās mainības dēļ tiem būs nevienlīdzīgs spriegums. Tāpēc katram kondensatoram paralēli tiek pievienots sprieguma izlīdzināšanas rezistors ar vienādu pretestības vērtību, lai novērstu mainības ietekmi. Lai novērstu kondensatorā plūstošās uzlādes strāvas (pārsprieguma strāvas) izdegšanu taisngrieža ķēdē un citu ietekmi, kad barošana tiek ieslēgta, uzglabāšanas ķēdē tiek ieviesti arī pasākumi pārsprieguma strāvas slāpēšanai.
Enerģijas taupīšana un patēriņa samazināšana ir svarīgi līdzekļi ražošanas izmaksu samazināšanai, un izmaksu samazināšana ir efektīvs līdzeklis produktu konkurētspējas uzlabošanai. Papildus šo funkcionālo moduļu pievienošanai ir nepieciešams arī nepārtraukti optimizēt pabeigto dizainu projektēšanas procesā, vēl vairāk uzlabot veiktspēju un ietaupīt resursus, lai visu sistēmu iekļautu vienā FPGA mikroshēmā, panāktu ievērojamu enerģijas taupīšanas efektu un uzlabotu procesa apstākļus.