Enerji geri besleme cihazı tedarikçileri, elektrik güç iletiminin karmaşık özellikleri nedeniyle elektrik motorlarının sıklıkla hem ileri hem de geri yönde, genellikle aşırı yük durumunda ve elektrik ile frenleme arasında sürekli geçiş halinde çalıştığını hatırlatır. Güvenliği ve güvenilirliği de son derece önemlidir. AC motorların frekans dönüştürme teknolojisi giderek daha karmaşık hale gelmiştir ve AC asenkron motor hız regülasyonu için frekans dönüştürücülerin kullanımı, motor hız regülasyonu için en önemli enerji tasarrufu teknolojisi haline gelmiştir.
İletişim hızı regülasyonu, 1970'lerde stator voltaj regülasyonu, sargılı rotor seri kutup hız regülasyonu, elektromanyetik kaymalı kavrama hız regülasyonu gibi uygulamalardan, 1980'lerde değişken frekanslı hız regülasyonu gibi uygulamalara evrilmiş ve çeşitli teknolojiler pratik aşamaya ulaşmıştır. AC hız regülasyonunun artan güvenilirliği ve düşük fiyatıyla birlikte, DC hız regülasyonunun yerini alması kaçınılmaz bir trend haline gelmiştir.
1. Frekans dönüştürücü ve enerji tasarrufu
Asenkron motorların temel frekansının altındaki hız düzenlemelerinde genellikle sabit gerilim frekans oranı ve stator gerilim düşümü kompanzasyonu kontrol yöntemi kullanılır; hız temel frekansın üzerine ayarlanıyorsa genellikle sabit gerilim ve değişken frekans kontrol yöntemi kullanılır. Yukarıdaki iki durumun birleştirilmesiyle asenkron motorların değişken gerilim ve değişken frekans hız kontrol karakteristikleri elde edilebilir. DIT algoritmasına karşılık gelen simetri ilkesine göre, x (n) zaman alanında iki gruba ayrılırsa, frekans alanında X (k) tek çift örnekleme grupları oluşturacak ve bu da frekans alanı örnekleme FFT (DIF-FFT) algoritması adı verilen yaygın olarak kullanılan bir başka FFT yapısını oluşturacaktır. İlk olarak Sande ve Turky tarafından önerildiği için yaygın olarak Sande Turky algoritması olarak da bilinir.
Üniversal frekans dönüştürücüdeki fren devresi, asenkron motorların frenleme ihtiyaçlarını karşılamak üzere tasarlanmıştır. Değişken frekanslı sürücü sisteminde, asenkron motoru yavaşlatmak ve durdurmak için, üniversal frekans dönüştürücünün çıkış frekansını kademeli olarak azaltma yöntemi, asenkron motorun senkron hızını düşürmek ve böylece motoru yavaşlatma amacına ulaşmak için kullanılabilir. Asenkron motorun yavaşlama süreci sırasında, senkron hızın asenkron motorun gerçek hızından düşük olması nedeniyle, rotor akımının fazı tersine döner ve asenkron motor frenleme torku üretir, yani rejeneratif frenleme durumuna geçer. Büyük ve orta kapasiteli üniversal frekans dönüştürücülerde, enerji tasarrufu sağlamak amacıyla, genellikle yukarıdaki enerjiyi güç kaynağına geri beslemek için bir güç rejenerasyon ünitesi kullanılır. Küçük kapasiteli üniversal frekans dönüştürücülerde ise, genellikle asenkron motordan gelen enerji geri beslemesini frenleme devresinde tüketmek için bir fren devresi kullanılır. Mühendislikte rejeneratif frenleme enerjisinin işlenmesi, genel frekans dönüştürücülerin kapasitesine ve uygulama senaryolarına bağlı olarak, genellikle depolama, güç şebekesine geri besleme ve direnç deşarjı gibi yöntemleri içerir.
2. Değişken Frekanslı Hız Kontrol Teknolojisinin Elektrik Otomasyon Kontrolünde Uygulanması
2.1. Değişken Frekanslı Hız Kontrolünün Özellikleri
Tüm Cyclone II cihazları 300 mm'lik yonga plakaları kullanır ve yüksek hız ve düşük maliyet sağlamak için TSMC 90 nm, düşük K prosesleri kullanılarak üretilir. Minimize edilmiş silikon bölgelerinin kullanımı sayesinde Cyclone II serisi cihazlar, tek bir çip ile karmaşık dijital sistemleri, özel bir entegre devre maliyetine eşdeğer bir maliyetle destekleyebilir. Yüksek performanslı evrensel frekans dönüştürücüler, farklı mühendislik ihtiyaçlarını karşılamak için çeşitli donanım yapılarına sahiptir: bağımsız frekans dönüştürücüler, ortak DC bara frekans dönüştürücüler ve enerji geri beslemeli frekans dönüştürücüler. Bağımsız frekans dönüştürücü, doğrultucu ünitesini ve invertör ünitesini tek bir kasaya yerleştiren bir frekans dönüştürücü türüdür. Günümüzde en yaygın kullanılan frekans dönüştürücüsüdür ve genellikle yalnızca bir elektrik motorunu çalıştırır; genel endüstriyel yükler için kullanılır. Kullanılan yapılandırma yöntemi JTAG ve AS'nin bir kombinasyonudur, bu nedenle yapılandırma devresi hem AS hem de JTAG yapılandırma gereksinimlerini karşılamalıdır. Yapılandırma yongası, yukarıda belirtilen yapılandırma yönteminin belirli bağlantı yöntemine ve pin özelliklerine göre EPCS1 kullanır. Asansör, lift ve tersinir haddehane gibi yükleri yüksek performanslı üniversal frekans konvertörleriyle çalıştırırken dört kadranlı çalışma gerektiğinden, bir enerji geri besleme ünitesi yapılandırılmalıdır. Enerji geri besleme ünitesinin işlevi, elektrik motorunun frenlenmesi sırasında oluşan rejeneratif enerjiyi elektrik şebekesine geri beslemektir.
2.2. Endüstriyel Elektrik Otomasyon Kontrolünde Değişken Frekanslı Hız Kontrol Teknolojisinin Uygulanması
(1) Uyarlanabilir motor model ünitesi. Uyarlanabilir motor model ünitesinin işlevi, motora gelen voltaj ve akım girişini algılayarak motorun temel parametrelerini otomatik olarak belirlemektir. Bu motor modeli, doğrudan tork kontrolünün önemli bir birimidir. Çoğu endüstriyel uygulama için, hız kontrol doğruluğu %0,5'ten büyükse, kapalı devre hız geri beslemesi kullanılabilir.
(2) Tork karşılaştırıcısı ve manyetik akı karşılaştırıcısı. Bu tip karşılaştırıcının işlevi, geri besleme değerini her 20 ms'de bir referans değeriyle karşılaştırmak ve iki noktalı bir histerezis regülatörü kullanarak tork veya manyetik alan durumunu çıkış olarak vermektir.
(3) Darbe optimizasyonu seçicisi. Bilgileri işlemek için Cyclone II EP2C5Q208C8 yongasını seçtik ve ardından OFDM modülasyonu için sinyal kaynağının FPGA uygulamasını tasarladık. Temel olarak takımyıldız eşleme FFT'yi uygulayan beş modülden oluşan bir devre yazdık. Döngüsel önek, tampon modülü ve D/A işlevleri eklenerek bir OFDM sinyal kaynağı tasarlandı ve her modülün işlevleri simüle edilip doğrulandı. Son olarak, yazılım simülasyonu ve FPGA donanım doğrulaması da dahil olmak üzere OFDM sinyal kaynağı tamamlandı. Elektrolitik kapasitörlerin kapasitelerindeki önemli değişkenlik nedeniyle, eşit olmayan voltajlar yaşayacaklardır. Bu nedenle, değişkenliğin etkisini ortadan kaldırmak için her kapasitöre paralel olarak eşit direnç değerine sahip bir voltaj dengeleme direnci bağlanır. Kapasitörden geçen şarj akımının (aşırı akım) doğrultucu devresini yakmasını ve güç açıldığında başka etkilere neden olmasını önlemek için, depolama devresine aşırı akım akımını bastırmak için önlemler de eklenir.
Enerji tasarrufu ve tüketim azaltımı, üretim maliyetlerini düşürmenin önemli bir yoludur ve maliyet düşürme, ürün rekabet gücünü artırmanın etkili bir yoludur. Bu fonksiyonel modüllerin eklenmesine ek olarak, tüm sistemi tek bir FPGA çipinde gerçekleştirmek, önemli enerji tasarrufu etkileri elde etmek ve süreç koşullarını iyileştirmek için, tasarım süreci boyunca tamamlanan tasarımı sürekli olarak optimize etmek, performansı daha da artırmak ve kaynak tasarrufu sağlamak da gereklidir.