Leveranciers van energiefeedbackapparaten herinneren u eraan dat elektromotoren, vanwege de complexe eigenschappen van elektrische krachtoverbrenging, vaak zowel vooruit als achteruit werken, vaak in een toestand van overbelasting en continu schakelen tussen elektrisch en remmend. Veiligheid en betrouwbaarheid zijn ook cruciaal. De frequentieomzettingstechnologie van wisselstroommotoren is steeds geavanceerder geworden en het gebruik van frequentieomvormers voor asynchrone AC-motortoerentalregeling is de belangrijkste energiebesparende technologie geworden.
De snelheidsregeling voor communicatiesystemen heeft zich ontwikkeld van statorspanningsregeling, seriepoolregeling met een wikkelrotor en elektromagnetische slipkoppeling in de jaren 70 tot variabele frequentieregeling in de jaren 80, en diverse technologieën hebben de praktische fase bereikt. Met de toenemende betrouwbaarheid en lagere prijs van AC-snelheidsregeling is het vervangen van DC-snelheidsregeling een onvermijdelijke trend geworden.
1. Frequentieomvormer en energiebesparing
Bij het regelen van de snelheid onder de fundamentele frequentie van asynchrone motoren wordt doorgaans een regelmethode met een constante spanningsfrequentieverhouding en compensatie van de statorspanningsval gebruikt. Wordt de snelheid boven de fundamentele frequentie geregeld, dan wordt doorgaans de regelmethode met een constante spanning en variabele frequentie gebruikt. Door de bovenstaande twee situaties te combineren, kunnen de regelkarakteristieken van asynchrone motoren met variabele spanning en variabele frequentie worden verkregen. Overeenkomstig het DIT-algoritme, volgens het symmetrieprincipe, zal X(k) in het frequentiedomein oneven en even bemonsteringsgroepen vormen als x(n) in het tijdsdomein in twee groepen wordt gesplitst. Dit vormt een andere veelgebruikte FFT-structuur, het zogenaamde frequentiedomein-bemonsterings-FFT-algoritme (DIF-FFT). Omdat het voor het eerst werd voorgesteld door Sande en Turky, staat het ook bekend als het Sande-Turky-algoritme.
Het remcircuit in een universele frequentieomvormer is ontworpen om te voldoen aan de rembehoeften van asynchrone motoren. In het frequentieregelaarsysteem kan, om de asynchrone motor te vertragen en te stoppen, de methode van het geleidelijk verlagen van de uitgangsfrequentie van de universele frequentieomvormer worden gebruikt om de synchrone snelheid van de asynchrone motor te verlagen en zo het doel van het vertragen van de motor te bereiken. Tijdens het vertragen van de asynchrone motor zal, doordat de synchrone snelheid lager is dan de werkelijke snelheid van de asynchrone motor, de fase van de rotorstroom worden omgekeerd, waardoor de asynchrone motor remkoppel genereert, d.w.z. in een regeneratieve remtoestand. Om energie te besparen bij universele frequentieomvormers met een grote en middelgrote capaciteit wordt doorgaans een energieregeneratie-eenheid gebruikt om de bovengenoemde energie terug te voeren naar de voeding. Bij universele frequentieomvormers met een kleine capaciteit wordt doorgaans een remcircuit gebruikt om de energieterugvoer van de asynchrone motor in het remcircuit te benutten. In de techniek omvat de behandeling van regeneratieve remenergie doorgaans methoden als opslag, terugkoppeling naar het elektriciteitsnet en weerstandsontlading, afhankelijk van de capaciteit en toepassingsscenario's van algemene frequentieregelaars.
2. Toepassing van variabele frequentiesnelheidsregeltechnologie in elektrische automatisering
2.1. Kenmerken van variabele frequentiesnelheidsregeling
Alle Cyclone II-apparaten maken gebruik van 300 mm wafers en worden geproduceerd op basis van TSMC 90 nm, low-K-processen om hoge snelheid en lage kosten te garanderen. Dankzij het gebruik van minimale siliciumgebieden kunnen apparaten uit de Cyclone II-serie complexe digitale systemen ondersteunen met slechts één chip, tegen kosten die gelijk zijn aan die van een speciaal geïntegreerd circuit. Hoogwaardige universele frequentieomvormers hebben verschillende hardwarestructuren om te voldoen aan verschillende technische behoeften: onafhankelijke frequentieomvormers, gemeenschappelijke DC-busfrequentieomvormers en frequentieomvormers met energieterugkoppelingsunits. Een onafhankelijke frequentieomvormer is een type frequentieomvormer waarbij de gelijkrichter en de inverter in één behuizing zijn geplaatst. Het is momenteel de meest gebruikte frequentieomvormer en drijft over het algemeen slechts één elektromotor aan, die wordt gebruikt voor algemene industriële belastingen. De gebruikte configuratiemethode is een combinatie van JTAG en AS, dus het configuratiecircuit moet voldoen aan zowel AS- als JTAG-configuratievereisten. De configuratiechip maakt gebruik van EPCS1. Volgens de specifieke verbindingsmethode en pinkarakteristieken van de hierboven genoemde configuratiemethode. Bij het aandrijven van lasten zoals liften, liften en omkeerbare walsmachines met hoogwaardige universele frequentieomvormers is vierkwadrantenbedrijf vereist. Hiervoor moet een energieterugkoppelingseenheid worden geconfigureerd. De functie van de energieterugkoppelingseenheid is om de regeneratieve energie die wordt gegenereerd tijdens het remmen van de elektromotor terug te voeren naar het elektriciteitsnet.
2.2. Toepassing van technologie voor variabele frequentiesnelheidsregeling in industriële elektrische automatisering
(1) Adaptieve motormodeleenheid. De functie van de adaptieve motormodeleenheid is het automatisch identificeren van de basisparameters van de motor door de spanning en stroomtoevoer naar de motor te detecteren. Dit motormodel is een belangrijke eenheid voor directe koppelregeling. Voor de meeste industriële toepassingen kan, indien de nauwkeurigheid van de toerentalregeling groter is dan 0,5%, closed-loop toerentalfeedback worden gebruikt.
(2) Koppelcomparator en magnetische fluxcomparator. De functie van dit type comparator is om de feedbackwaarde elke 20 ms te vergelijken met de referentiewaarde, en de toestand van het koppel of het magnetische veld weer te geven met behulp van een tweepunts hystereseregelaar.
(3) Pulsoptimalisatieselector. We selecteerden de Cyclone II EP2C5Q208C8-chip voor de informatieverwerking en ontwierpen vervolgens de FPGA-implementatie van de signaalbron voor OFDM-modulatie. We schreven een circuit bestaande uit vijf modules, voornamelijk gericht op de implementatie van constellatiemapping FFT. Door cyclische prefix-, buffermodule- en D/A-functies in te voegen, werd een OFDM-signaalbron ontworpen en werden de functies van elke module gesimuleerd en geverifieerd. Ten slotte werd de OFDM-signaalbron voltooid, inclusief softwaresimulatie en FPGA-hardwareverificatie. Vanwege de aanzienlijke variabiliteit in de capaciteit van elektrolytische condensatoren zullen ze ongelijke spanningen ervaren. Daarom is een spanningsvereffeningsweerstand met gelijke weerstandswaarde parallel aan elke condensator geschakeld om de invloed van variabiliteit te elimineren. Om te voorkomen dat de laadstroom (stootstroom) die door de condensator loopt het gelijkrichtercircuit doorbrandt en andere effecten veroorzaakt wanneer de stroom wordt ingeschakeld, zijn er ook maatregelen toegevoegd om stootstroom te onderdrukken in het opslagcircuit.
Energiebesparing en -verbruiksreductie zijn belangrijke middelen om productiekosten te verlagen, en kostenbesparing is een effectief middel om de concurrentiekracht van producten te verbeteren. Naast het toevoegen van deze functionele modules is het ook noodzakelijk om het voltooide ontwerp tijdens het ontwerpproces continu te optimaliseren, de prestaties verder te verbeteren en resources te besparen. Dit is nodig om het volledige systeem in één FPGA-chip te realiseren, significante energiebesparende effecten te behalen en de procesomstandigheden te verbeteren.