Dodávatelia zariadení spätnej väzby energie pripomínajú, že kvôli zložitým charakteristikám prenosu elektrickej energie elektromotory často pracujú v smere dopredu aj dozadu, často v stave preťaženia a neustáleho prepínania medzi elektrickým a brzdným režimom; Dôležitá je aj ich bezpečnosť a spoľahlivosť. Technológia frekvenčnej konverzie striedavých motorov sa stala čoraz sofistikovanejšou a používanie frekvenčných meničov na reguláciu otáčok asynchrónnych striedavých motorov sa stalo najdôležitejšou technológiou úspory energie pre reguláciu otáčok motora.
Regulácia rýchlosti komunikácie sa vyvinula z regulácie rýchlosti statorového napätia, regulácie rýchlosti sériového pólu vinutého rotora, regulácie rýchlosti elektromagnetickou klznou spojkou v 70. rokoch 20. storočia až po reguláciu rýchlosti s premenlivou frekvenciou v 80. rokoch 20. storočia a rôzne technológie dosiahli praktickú fázu. S rastúcou spoľahlivosťou a nižšou cenou regulácie rýchlosti striedavým prúdom sa nahradenie regulácie rýchlosti jednosmerným prúdom stalo nevyhnutným trendom.
1. Frekvenčný menič a úspora energie
Pri regulácii rýchlosti pod základnou frekvenciou asynchrónnych motorov sa zvyčajne používa metóda riadenia s konštantným pomerom napätia a frekvencie a kompenzáciou úbytku napätia statora. Ak sa rýchlosť nastaví nad základnú frekvenciu, zvyčajne sa používa metóda riadenia s konštantným napätím a premenlivou frekvenciou. Kombináciou vyššie uvedených dvoch situácií je možné dosiahnuť charakteristiky riadenia rýchlosti s premenlivým napätím a premenlivou frekvenciou asynchrónnych motorov. V súlade s algoritmom DIT, ak sa x(n) rozloží na dve skupiny v časovej doméne, potom vo frekvenčnej doméne X(k) vytvorí nepárne párne vzorkovacie skupiny, čím sa vytvorí ďalšia bežne používaná štruktúra FFT nazývaná algoritmus vzorkovania FFT vo frekvenčnej doméne (DIF-FFT). Ako ho prvýkrát navrhli Sande a Turky, je tiež bežne známy ako algoritmus Sande-Turky.
Brzdový obvod v univerzálnom frekvenčnom meniči je navrhnutý tak, aby spĺňal potreby brzdenia asynchrónnych motorov. V systéme pohonu s premenlivou frekvenciou sa na spomalenie a zastavenie asynchrónneho motora môže použiť metóda postupného znižovania výstupnej frekvencie univerzálneho frekvenčného meniča na zníženie synchrónnej rýchlosti asynchrónneho motora, čím sa dosiahne cieľ spomalenia motora. Počas procesu decelerácie asynchrónneho motora sa v dôsledku nižšej synchrónnej rýchlosti ako skutočnej rýchlosti asynchrónneho motora fáza rotorového prúdu obráti, čo spôsobí, že asynchrónny motor generuje brzdný moment, teda je v stave regeneratívneho brzdenia. Pri univerzálnych frekvenčných meničoch s veľkou a strednou kapacitou sa na úsporu energie zvyčajne používa rekuperačná jednotka na spätné vedenie vyššie uvedenej energie do zdroja napájania. Pri univerzálnych frekvenčných meničoch s malou kapacitou sa zvyčajne používa brzdový obvod na spotrebu spätnej väzby energie z asynchrónneho motora v brzdovom obvode. V strojárstve spracovanie rekuperačnej brzdnej energie vo všeobecnosti zahŕňa metódy, ako je akumulácia, spätná väzba do elektrickej siete a odporové vybíjanie, v závislosti od kapacity a aplikačných scenárov všeobecných frekvenčných meničov.
2. Aplikácia technológie regulácie otáčok s premenlivou frekvenciou v automatizácii elektrickej energie
2.1. Charakteristiky regulácie otáčok s premenlivou frekvenciou
Všetky zariadenia Cyclone II používajú 300 mm doštičky a sú vyrobené na základe 90nm procesov TSMC s nízkym K, aby sa zabezpečila vysoká rýchlosť a nízke náklady. Vďaka použitiu minimalizovaných kremíkových oblastí môžu zariadenia série Cyclone II podporovať zložité digitálne systémy iba s jedným čipom za cenu ekvivalentnú špecializovanému integrovanému obvodu. Vysokovýkonné univerzálne frekvenčné meniče majú niekoľko hardvérových štruktúr, ktoré spĺňajú rôzne technické potreby: nezávislé frekvenčné meniče, frekvenčné meniče so spoločnou jednosmernou zbernicou a frekvenčné meniče s jednotkami energetickej spätnej väzby. Nezávislý frekvenčný menič je typ frekvenčného meniča, ktorý umiestňuje usmerňovaciu jednotku a invertorovú jednotku do jedného krytu. V súčasnosti je to najpoužívanejší frekvenčný menič a vo všeobecnosti poháňa iba jeden elektromotor, používaný pre všeobecné priemyselné záťaže. Použitá konfiguračná metóda je kombináciou JTAG a AS, takže konfiguračný obvod musí spĺňať požiadavky na konfiguráciu AS aj JTAG. Konfiguračný čip prijíma EPCS1. Podľa špecifického spôsobu pripojenia a charakteristík pinov uvedenej vyššie konfiguračnej metódy. Pri pohone záťaží, ako sú výťahy, zdvíhacie zariadenia a reverzibilné valcovacie stolice s vysokovýkonnými univerzálnymi frekvenčnými meničmi, je potrebná štvorkvadrantová prevádzka, preto je potrebné nakonfigurovať jednotku spätnej väzby energie. Funkciou jednotky spätnej väzby energie je spätne odovzdávať regeneračnú energiu generovanú počas brzdenia elektromotora do elektrickej siete.
2.2. Aplikácia technológie regulácie otáčok s premenlivou frekvenciou v priemyselnej elektrotechnickej automatizácii
(1) Adaptívna modelová jednotka motora. Funkciou adaptívnej modelovej jednotky motora je automaticky identifikovať základné parametre motora detekciou vstupného napätia a prúdu do motora. Tento model motora je kľúčovou jednotkou priameho riadenia krútiaceho momentu. Pre väčšinu priemyselných aplikácií, ak je presnosť riadenia otáčok väčšia ako 0,5 %, je možné použiť uzavretú spätnú väzbu otáčok.
(2) Komparátor krútiaceho momentu a komparátor magnetického toku. Funkciou tohto typu komparátora je porovnávať hodnotu spätnej väzby s jej referenčnou hodnotou každých 20 ms a pomocou dvojbodového hysterézneho regulátora vydávať stav krútiaceho momentu alebo magnetického poľa.
(3) Selektor optimalizácie impulzov. Na spracovanie informácií sme vybrali čip Cyclone II EP2C5Q208C8 a následne sme navrhli implementáciu zdroja signálu pre OFDM moduláciu v FPGA. Napísali sme obvod pozostávajúci z piatich modulov, ktoré implementujú najmä mapovanie konštelácií FFT, vkladanie cyklického prefixu, modul vyrovnávacej pamäte a D/A funkcií, navrhol zdroj signálu OFDM a simuloval a overil funkcie každého modulu. Nakoniec bol dokončený zdroj signálu OFDM vrátane softvérovej simulácie a hardvérového overenia FPGA. Vzhľadom na značnú variabilitu kapacity elektrolytických kondenzátorov budú tieto vystavené nerovnakému napätiu. Preto je ku každému kondenzátoru paralelne pripojený rezistor na vyrovnávanie napätia s rovnakou hodnotou odporu, aby sa eliminoval vplyv variability. Aby sa zabránilo preťaženiu usmerňovacieho obvodu nabíjacím prúdom (rázovým prúdom) pretekajúcim kondenzátorom a spôsobeniu iných vplyvov pri zapnutí napájania, boli do pamäťového obvodu pridané aj opatrenia na potlačenie rázového prúdu.
Úspora energie a znižovanie spotreby sú dôležitými prostriedkami na zníženie výrobných nákladov a znižovanie nákladov je účinným prostriedkom na zvýšenie konkurencieschopnosti produktov. Okrem pridávania týchto funkčných modulov je tiež potrebné neustále optimalizovať hotový návrh počas procesu návrhu, ďalej zlepšovať výkon a šetriť zdroje, aby sa dosiahol celý systém v rámci jedného FPGA čipu, dosiahli sa významné úspory energie a zlepšili sa procesné podmienky.