تامینکنندگان تجهیزات پشتیبانی مبدل فرکانس به شما یادآوری میکنند که مبدلهای فرکانس، مبدلهای توان در سیستمهای کنترل حرکت هستند. سیستم کنترل حرکت فعلی یک حوزه فنی است که شامل چندین رشته میشود و روند کلی توسعه آن عبارت است از: محرک AC، مبدلهای توان فرکانس بالا، کنترل دیجیتال، هوشمند و شبکهای. بنابراین، مبدلهای فرکانس به عنوان یک جزء مهم تبدیل توان سیستم، با ارائه منابع توان AC با ولتاژ متغیر و فرکانس متغیر با عملکرد بالا و قابل کنترل، به سرعت توسعه یافتهاند.
در قرن بیست و یکم، زیرلایه الکترونیک قدرت از Si (سیلیکون) به SiC (کاربید سیلیکون) تغییر یافته است و دورانی از ولتاژ بالا، ظرفیت بالا، فرکانس بالا، قطعات مدولار، کوچکسازی، هوشمندسازی و هزینه پایین برای دستگاههای جدید الکترونیک قدرت را آغاز کرده است. در حال حاضر تجهیزات الکتریکی جدید متنوعی مناسب برای تنظیم سرعت فرکانس متغیر در حال توسعه و تحقیق هستند. توسعه سریع فناوری اطلاعات و نوآوری مداوم در نظریه کنترل، روند توسعه مبدلهای فرکانس را تحت تأثیر قرار خواهد داد.
با گسترش بازار و تنوع خواستههای کاربران، عملکرد محصولات مبدل فرکانس داخلی به طور مداوم در حال بهبود و افزایش است، با ادغام و سیستماتیک شدن بیشتر، و برخی از محصولات تخصصی مبدل فرکانس در حال حاضر ظهور کردهاند. گزارش شده است که در سالهای اخیر، بازار مبدلهای فرکانس در چین نرخ رشد ۱۲ تا ۱۵ درصد را حفظ کرده است و انتظار میرود حداقل برای ۵ سال آینده نرخ رشد بیش از ۱۰ درصد را حفظ کند. در حال حاضر، نرخ رشد ظرفیت نصب شده (توان) مبدلهای فرکانس در بازار چین در واقع حدود ۲۰ درصد است. انتظار میرود که بازار مبدل فرکانس حداقل ۱۰ سال بعد به اشباع برسد و به تدریج بالغ شود.
۱. هوش
پس از نصب مبدل فرکانس هوشمند در سیستم، نیازی به انجام تنظیمات عملکردی زیادی نیست، میتوان آن را به راحتی راهاندازی و استفاده کرد، با نمایش وضعیت کار واضح، و میتواند به تشخیص و عیبیابی خطا و حتی تبدیل خودکار اجزا دست یابد. اینترنت میتواند برای نظارت از راه دور برای تحقق اتصال چندین اینورتر طبق رویههای فرآیند استفاده شود و یک سیستم مدیریت و کنترل یکپارچه اینورتر بهینه تشکیل دهد.
۲. تخصص
بر اساس ویژگیهای نوع خاصی از بار، تولید مبدلهای فرکانس تخصصی نه تنها برای کنترل اقتصادی و مؤثر موتور بار مفید است، بلکه میتواند هزینههای تولید را نیز کاهش دهد. به عنوان مثال، مبدلهای فرکانس برای فنها و پمپها، مبدلهای فرکانس برای ماشینآلات بالابر، مبدلهای فرکانس برای کنترل آسانسور، مبدلهای فرکانس برای کنترل کشش و مبدلهای فرکانس برای تهویه مطبوع.
۳. ادغام
مبدل فرکانس به صورت انتخابی اجزای عملکردی مرتبط مانند سیستم شناسایی پارامتر، تنظیمکننده PID، کنترلکننده PLC و واحد ارتباطی را در یک دستگاه یکپارچه ادغام میکند که نه تنها عملکرد را افزایش داده و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش میدهد، بلکه به طور مؤثر حجم سیستم را کاهش داده و اتصالات مدار خارجی را به حداقل میرساند. طبق گزارشها، یک دستگاه ترکیبی یکپارچه از مبدل فرکانس و موتور الکتریکی توسعه داده شده است که کل سیستم را از نظر اندازه کوچکتر و کنترل آن را آسانتر میکند.
۴. حفاظت از محیط زیست
حفاظت از محیط زیست و تولید محصولات «سبز» مفهومی جدید برای بشریت است. در آینده، مبدلهای فرکانس بیشتر بر صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش آلودگی تمرکز خواهند کرد، یعنی به حداقل رساندن آلودگی و تداخل نویز و هارمونیکها در شبکه برق و سایر تجهیزات الکتریکی در حین استفاده.
۵. خاموش شدن خودکار، ماژولار شدن، یکپارچهسازی و هوشمندی اجزای سوئیچینگ توان در مدار اصلی، فرکانس سوئیچینگ را به طور مداوم افزایش داده و تلفات سوئیچینگ را بیشتر کاهش داده است.
۶. از نظر ساختار توپولوژی مدار اصلی مبدل فرکانس:
مبدل سمت شبکه مبدل فرکانس اغلب از یک مبدل ۶ پالسی برای دستگاههای ولتاژ پایین و ظرفیت کم استفاده میکند، در حالی که یک مبدل ۱۲ پالسی یا بیشتر مالتی پلکس شده برای دستگاههای ولتاژ متوسط و ظرفیت بالا استفاده میشود. مبدلهای سمت بار اغلب از اینورترهای پل دو سطحی برای دستگاههای ولتاژ پایین با ظرفیت کم استفاده میکنند، در حالی که اینورترهای چند سطحی برای دستگاههای ولتاژ متوسط با ظرفیت بالا استفاده میشوند. برای انتقال عملکرد چهار ربعی، به منظور دستیابی به بازخورد انرژی احیاکننده به شبکه و صرفهجویی در انرژی، اینورتر سمت شبکه باید یک اینورتر برگشتپذیر باشد. در عین حال، یک اینورتر PWM دوگانه با جریان توان دو طرفه پدیدار شده است. کنترل مناسب اینورتر سمت شبکه میتواند جریان ورودی را به موج سینوسی نزدیک کند و آلودگی شبکه را کاهش دهد. در حال حاضر، هر دو مبدل فرکانس ولتاژ پایین و متوسط دارای چنین محصولاتی هستند.
۷. روشهای کنترل برای اینورترهای ولتاژ متغیر با مدولاسیون پهنای پالس میتواند شامل کنترل مدولاسیون پهنای پالس موج سینوسی (SPWM)، کنترل PWM برای حذف مرتبههای هارمونیکی مشخص، کنترل ردیابی جریان و کنترل بردار فضای ولتاژ (کنترل ردیابی شار مغناطیسی) باشد.
۸. پیشرفت روشهای کنترل تنظیم تبدیل فرکانس برای موتورهای الکتریکی AC عمدتاً در توسعه سیستمهای کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور بدون حسگر سرعت منعکس میشود که از کنترل اسکالر به کنترل برداری با عملکرد دینامیکی بالا و کنترل مستقیم گشتاور تغییر جهت دادهاند.
۹. پیشرفت ریزپردازندهها، کنترل دیجیتال را به مسیر توسعه کنترلکنندههای مدرن تبدیل کرده است: سیستمهای کنترل حرکت، سیستمهای سریعی هستند، به ویژه کنترل با کارایی بالا برای موتورهای AC که نیاز به ذخیرهسازی دادههای مختلف و پردازش سریع و بلادرنگ مقادیر زیادی از اطلاعات دارند. در سالهای اخیر، شرکتهای بزرگ خارجی به طور متوالی هستههای مبتنی بر DSP (پردازنده سیگنال دیجیتال) را همراه با مدارهای عملکردی جانبی مورد نیاز برای کنترل موتور، در یک تراشه واحد به نام کنترلکننده موتور تک تراشه DSP ادغام کردهاند. قیمت به میزان زیادی کاهش یافته، حجم کاهش یافته، ساختار جمع و جور شده، استفاده راحت شده و قابلیت اطمینان بهبود یافته است. در مقایسه با میکروکنترلرهای معمولی، DSP قدرت پردازش دیجیتال خود را ۱۰ تا ۱۵ برابر افزایش داده است تا عملکرد کنترل برتر سیستم را تضمین کند.
کنترل دیجیتال، سختافزار را ساده میکند و الگوریتمهای کنترل انعطافپذیر، انعطافپذیری زیادی در کنترل ایجاد میکنند و امکان پیادهسازی قوانین کنترل پیچیده را فراهم میکنند و نظریه کنترل مدرن را در سیستمهای کنترل حرکت به واقعیت تبدیل میکنند. اتصال به سیستمهای سطح بالاتر برای انتقال داده آسان است، تشخیص خطا را تسهیل میکند، عملکردهای حفاظتی و نظارتی را تقویت میکند و سیستم را هوشمند میسازد (مانند برخی از مبدلهای فرکانس که عملکردهای خودتنظیم دارند).
۱۰. موتورهای سنکرون AC به ستاره جدیدی در انتقال قدرت قابل تنظیم AC، به ویژه موتورهای سنکرون آهنربای دائم، تبدیل شدهاند. این موتور دارای ساختار بدون جاروبک، ضریب توان بالا و راندمان بالا است و سرعت روتور کاملاً با فرکانس برق هماهنگ است. دو نوع اصلی از سیستمهای کنترل سرعت فرکانس متغیر موتور سنکرون وجود دارد: فرکانس متغیر کنترل خارجی و فرکانس متغیر کنترل خودکار. اصل موتور سنکرون فرکانس متغیر خودکنترل بسیار شبیه به موتور DC است که جایگزین کموتاتور مکانیکی موتور DC با مبدل الکترونیک قدرت میشود. هنگام استفاده از مبدل ولتاژ AC-DC-AC، به آن "موتور بدون کموتاتور DC" یا "موتور DC بدون جاروبک (BLDC)" گفته میشود. سیستم کنترل سرعت ماشین سنکرون فرکانس متغیر خودکنترل سنتی دارای یک سنسور موقعیت روتور است و در حال حاضر سیستمی بدون سنسور موقعیت روتور در حال توسعه است. روش کنترل فرکانس متغیر موتورهای سنکرون همچنین میتواند از کنترل برداری استفاده کند که از نظر کنترل برداری جهتگیری شده با توجه به میدان مغناطیسی روتور، سادهتر از موتورهای آسنکرون است.
به طور خلاصه، روند توسعه فناوری مبدل فرکانس به سمت هوشمندی، کارکرد آسان، عملکرد صوتی، ایمنی و قابلیت اطمینان، حفاظت از محیط زیست، سر و صدای کم، هزینه کم و کوچکسازی است.