Постачальники пристроїв зворотного зв'язку за енергією нагадують вам, що через складні характеристики передачі електроенергії, електродвигуни часто працюють як у прямому, так і в зворотному напрямку, часто в стані перевантаження та постійного перемикання між електричним режимом та гальмуванням; їхня безпека та надійність також мають вирішальне значення. Технологія перетворення частоти двигунів змінного струму стає все більш складною, а використання перетворювачів частоти для регулювання швидкості асинхронних двигунів змінного струму стало найважливішою енергозберігаючою технологією регулювання швидкості двигуна.
Регулювання швидкості за допомогою комунікаційного зв'язку еволюціонувало від регулювання швидкості за допомогою напруги статора, регулювання швидкості послідовного з'єднання полюсів ротора, регулювання швидкості за допомогою електромагнітної муфти ковзання у 1970-х роках до регулювання швидкості зі змінною частотою у 1980-х роках, і різні технології досягли практичної стадії. Зі зростанням надійності та зниженням ціни на регулювання швидкості змінним струмом, заміна регулювання швидкості постійним струмом стала неминучою тенденцією.
1. Перетворювач частоти та енергозбереження
Під час регулювання швидкості нижче основної частоти асинхронних двигунів зазвичай використовується метод керування з постійним коефіцієнтом напруги-частоти та компенсацією падіння напруги статора; якщо швидкість регулюється вище основної частоти, зазвичай використовується метод керування постійною напругою та змінною частотою. Поєднуючи два вищезазначені випадки, можна отримати характеристики керування швидкістю зі змінною напругою та змінною частотою для асинхронних двигунів. Відповідно до алгоритму DIT, згідно з принципом симетрії, якщо x(n) розкласти на дві групи в часовій області, то в частотній області X(k) утворюватиме непарні-парні групи вибірки, утворюючи ще одну поширену структуру FFT, яка називається алгоритмом вибірки FFT у частотній області (DIF-FFT). Як вперше запропонували Санде та Теркі, він також широко відомий як алгоритм Санде-Теркі.
Гальмівний контур універсального перетворювача частоти розроблений для задоволення потреб гальмування асинхронних двигунів. У системі приводу зі змінною частотою, для уповільнення та зупинки асинхронного двигуна, метод поступового зниження вихідної частоти універсального перетворювача частоти може бути використаний для зменшення синхронної швидкості асинхронного двигуна, тим самим досягаючи мети уповільнення двигуна. Під час процесу уповільнення асинхронного двигуна, через те, що синхронна швидкість нижча за фактичну швидкість асинхронного двигуна, фаза струму ротора буде протилежною, що призведе до генерування асинхронним двигуном гальмівного моменту, тобто до стану рекуперативного гальмування. Для універсальних перетворювачів частоти великої та середньої потужності, для економії енергії, зазвичай використовується блок рекуперації енергії для повернення вищезгаданої енергії до джерела живлення. Для універсальних перетворювачів частоти малої потужності, зазвичай використовується гальмівний контур для споживання енергії зворотного зв'язку від асинхронного двигуна в гальмівному контурі. В інженерії, обробка енергії рекуперативного гальмування зазвичай включає такі методи, як накопичення, зворотний зв'язок з енергосистемою та розряд резистивного опору, залежно від потужності та сценаріїв застосування загальних перетворювачів частоти.
2. Застосування технології регулювання швидкості зі змінною частотою в автоматизованому управлінні електрообладнанням
2.1. Характеристики регулювання швидкості зі змінною частотою
Усі пристрої Cyclone II використовують 300-міліметрові пластини та виготовляються на основі 90-нм техпроцесу TSMC з низьким K, що забезпечує високу швидкість та низьку вартість. Завдяки використанню мінімізованих кремнієвих областей, пристрої серії Cyclone II можуть підтримувати складні цифрові системи лише з одним чіпом, за вартістю, еквівалентною вартості окремої інтегральної схеми. Високопродуктивні універсальні перетворювачі частоти мають кілька апаратних структур для задоволення різних інженерних потреб: незалежні перетворювачі частоти, перетворювачі частоти загальної шини постійного струму та перетворювачі частоти з блоками зворотного зв'язку по енергії. Незалежний перетворювач частоти - це тип перетворювача частоти, який розміщує випрямний блок та інверторний блок в одному корпусі. Наразі це найпоширеніший перетворювач частоти, який зазвичай керує лише одним електродвигуном, що використовується для загальних промислових навантажень. Використаний метод конфігурації є комбінацією JTAG та AS, тому схема конфігурації повинна відповідати вимогам конфігурації як AS, так і JTAG. Чіп конфігурації використовує EPCS1. Відповідно до конкретного методу підключення та характеристик контактів вищезгаданого методу конфігурації. Під час керування такими навантаженнями, як ліфти, підйомники та реверсивні прокатні стани, за допомогою високопродуктивних універсальних перетворювачів частоти потрібен чотириквадрантний режим роботи, тому необхідно налаштувати блок зворотного зв'язку за енергією. Функція блоку зворотного зв'язку за енергією полягає у поверненні рекуперативної енергії, що генерується під час гальмування електродвигуна, до електромережі.
2.2. Застосування технології регулювання швидкості зі змінною частотою в промисловій електроавтоматизації
(1) Блок адаптивного моделювання двигуна. Функція блоку адаптивного моделювання двигуна полягає в автоматичному визначенні основних параметрів двигуна шляхом визначення вхідної напруги та струму, що подаються на двигун. Ця модель двигуна є ключовим блоком прямого керування крутним моментом. Для більшості промислових застосувань, якщо точність керування швидкістю перевищує 0,5%, можна використовувати зворотний зв'язок за швидкістю із замкнутим контуром.
(2) Компаратор крутного моменту та компаратор магнітного потоку. Функція цього типу компаратора полягає в порівнянні значення зворотного зв'язку з його опорним значенням кожні 20 мс та виведенні стану крутного моменту або магнітного поля за допомогою двоточкового регулятора гістерезису.
(3) Селектор оптимізації імпульсів. Для обробки інформації ми обрали мікросхему Cyclone II EP2C5Q208C8, а потім розробили реалізацію джерела сигналу для модуляції OFDM на FPGA. Ми написали схему, що складається з п'яти модулів, в основному реалізуючи FFT на основі відображення сузір'їв, вставляючи циклічний префікс, модуль буфера та функції цифро-аналогового перетворювача, розробили джерело сигналу OFDM, а функції кожного модуля змоделювали та перевірили. Нарешті, було завершено розробку джерела сигналу OFDM, включаючи програмне моделювання та апаратну перевірку FPGA. Через значну мінливість ємності електролітичних конденсаторів, вони будуть відчувати нерівномірну напругу. Тому до кожного конденсатора паралельно підключено резистор для вирівнювання напруги з однаковим значенням опору, щоб усунути вплив мінливості. Щоб запобігти вигоранню випрямляючого ланцюга струмом зарядки (пульсним струмом), що протікає через конденсатор, та іншим впливам під час увімкнення живлення, до схеми зберігання також додано заходи для придушення пульсаційного струму.
Збереження енергії та скорочення її споживання є важливими засобами зниження виробничих витрат, а зниження витрат – ефективним засобом підвищення конкурентоспроможності продукції. Окрім додавання цих функціональних модулів, також необхідно постійно оптимізувати готовий проект під час процесу проектування, додатково покращувати продуктивність та економити ресурси, щоб реалізувати всю систему в одному FPGA-чіпі, досягти значного енергозбереження та покращити умови процесу.