Поставщики устройств обратной связи по энергии напоминают, что из-за сложных характеристик передачи электроэнергии электродвигатели часто работают как в прямом, так и в обратном направлении, часто в режиме перегрузки и постоянного переключения между электрическим и тормозным режимами. Безопасность и надежность также имеют решающее значение. Технология преобразования частоты в двигателях переменного тока становится всё более сложной, и использование преобразователей частоты для регулирования скорости асинхронных двигателей переменного тока стало важнейшей энергосберегающей технологией.
Регулирование скорости передачи данных прошло путь от регулирования напряжения статора, регулирования скорости с помощью фазного ротора и регулирования скорости с помощью электромагнитной фрикционной муфты в 1970-х годах до регулирования скорости с помощью переменной частоты в 1980-х годах, и различные технологии достигли практического применения. С ростом надежности и снижением стоимости регулирования скорости переменного тока, замена регулирования скорости постоянным током стала неизбежной тенденцией.
1. Преобразователь частоты и энергосбережение
При регулировании скорости ниже основной частоты асинхронных двигателей обычно применяется метод управления с постоянным отношением частоты напряжения и компенсацией падения напряжения на статоре; Если скорость регулируется выше основной частоты, обычно применяется метод управления постоянным напряжением и переменной частотой. Объединяя две вышеуказанные ситуации, можно получить характеристики управления скоростью переменного напряжения и переменной частоты асинхронных двигателей. В соответствии с алгоритмом DIT, согласно принципу симметрии, если x(n) разложить на две группы во временной области, то в частотной области X(k) будет образовывать нечетные четные группы выборки, образуя другую часто используемую структуру БПФ, называемую алгоритмом выборки в частотной области (DIF-FFT). Поскольку он был впервые предложен Санде и Турки, он также широко известен как алгоритм Санде Турки.
Тормозной контур универсального преобразователя частоты предназначен для удовлетворения потребностей в торможении асинхронных двигателей. В системе частотно-регулируемого привода для замедления и остановки асинхронного двигателя может быть использован метод постепенного снижения выходной частоты универсального преобразователя частоты для уменьшения синхронной скорости асинхронного двигателя, тем самым достигая цели замедления двигателя. В процессе замедления асинхронного двигателя, поскольку синхронная скорость ниже фактической скорости асинхронного двигателя, фаза тока ротора изменяется на противоположную, что приводит к созданию асинхронным двигателем тормозного момента, то есть к режиму рекуперативного торможения. В универсальных преобразователях частоты большой и средней мощности для экономии энергии обычно используется блок рекуперации энергии для возврата энергии в источник питания. В универсальных преобразователях частоты малой мощности обычно используется тормозной контур для использования энергии, возвращаемой асинхронным двигателем в тормозной контур. В технике обработка энергии рекуперативного торможения обычно включает такие методы, как хранение, обратная связь с электросетью и резистивный разряд, в зависимости от мощности и сценариев применения обычных преобразователей частоты.
2. Применение технологии частотно-регулируемого управления скоростью в системах электроавтоматики
2.1 Характеристики частотно-регулируемого регулирования скорости
Все устройства Cyclone II используют 300-миллиметровые пластины и производятся на основе TSMC 90 нм процесса с низким K для обеспечения высокой скорости и низкой стоимости. Благодаря использованию минимизированных кремниевых областей, устройства серии Cyclone II могут поддерживать сложные цифровые системы с помощью всего одного чипа по стоимости, эквивалентной специализированной интегральной схеме. Высокопроизводительные универсальные преобразователи частоты имеют несколько аппаратных структур для удовлетворения различных инженерных потребностей: независимые преобразователи частоты, общие преобразователи частоты шины постоянного тока и преобразователи частоты с блоками обратной связи по энергии. Независимый преобразователь частоты - это тип преобразователя частоты, в котором выпрямительный блок и инверторный блок размещены в одном корпусе. В настоящее время это наиболее широко используемый преобразователь частоты, который, как правило, приводит в действие только один электродвигатель, используемый для общепромышленных нагрузок. Используемый метод конфигурирования представляет собой комбинацию JTAG и AS, поэтому схема конфигурирования должна соответствовать требованиям конфигурации как AS, так и JTAG. Микросхема конфигурирования использует EPCS1. В соответствии с конкретным методом подключения и характеристиками выводов метода конфигурирования, упомянутого выше. При управлении такими нагрузками, как лифты, подъемники и реверсивные прокатные станы, с помощью высокопроизводительных универсальных преобразователей частоты требуется четырёхквадрантный режим работы, поэтому необходимо настроить блок обратной связи по энергии. Функция блока обратной связи по энергии заключается в возврате в сеть рекуперативной энергии, вырабатываемой при торможении электродвигателя.
2.2. Применение технологии частотно-регулируемого управления скоростью в промышленной электроавтоматике
(1) Адаптивный блок модели двигателя. Функция адаптивного блока модели двигателя заключается в автоматическом определении основных параметров двигателя путем измерения напряжения и тока на входе. Этот блок является ключевым блоком прямого управления крутящим моментом. Для большинства промышленных применений, если точность регулирования скорости превышает 0,5%, можно использовать замкнутую обратную связь по скорости.
(2) Компаратор крутящего момента и компаратор магнитного потока. Функция этого типа компаратора заключается в сравнении значения обратной связи с опорным значением каждые 20 мс и выдаче информации о состоянии крутящего момента или магнитного поля с помощью двухточечного гистерезисного регулятора.
(3) Селектор оптимизации импульсов. Мы выбрали чип Cyclone II EP2C5Q208C8 для обработки информации, а затем спроектировали реализацию источника сигнала на ПЛИС для модуляции OFDM. Мы написали схему, состоящую из пяти модулей, в основном реализующих отображение созвездия БПФ, вставку циклического префикса, буферный модуль и функции ЦАП, был спроектирован источник сигнала OFDM, и функции каждого модуля были смоделированы и проверены. Наконец, источник сигнала OFDM был завершен, включая программное моделирование и аппаратную проверку ПЛИС. Из-за значительной изменчивости емкости электролитических конденсаторов они будут испытывать неравное напряжение. Поэтому параллельно каждому конденсатору подключен выравнивающий резистор с равным значением сопротивления, чтобы исключить влияние изменчивости. Чтобы предотвратить сгорание выпрямительной схемы током зарядки (током перегрузки), протекающим через конденсатор, и другие воздействия при включении питания, меры по подавлению тока перегрузки также добавлены в схему хранения.
Энергосбережение и сокращение потребления энергии являются важными средствами снижения производственных затрат, а снижение затрат – эффективным средством повышения конкурентоспособности продукции. Помимо добавления этих функциональных модулей, необходимо также постоянно оптимизировать готовую конструкцию в процессе проектирования, чтобы дополнительно повысить производительность и сэкономить ресурсы, чтобы реализовать всю систему в рамках одной микросхемы ПЛИС, добиться существенного энергосбережения и улучшить условия технологического процесса.