Các nhà cung cấp thiết bị phản hồi năng lượng xin lưu ý rằng do đặc tính phức tạp của truyền tải điện, động cơ điện thường xuyên hoạt động theo cả chiều thuận và chiều nghịch, thường xuyên ở trạng thái quá tải và liên tục chuyển đổi giữa chế độ điện và phanh; tính an toàn và độ tin cậy của nó cũng rất quan trọng. Công nghệ biến tần của động cơ AC ngày càng tinh vi, và việc sử dụng bộ biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ AC đã trở thành công nghệ tiết kiệm năng lượng quan trọng nhất để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Điều chỉnh tốc độ truyền thông đã phát triển từ điều chỉnh tốc độ bằng điện áp stato, điều chỉnh tốc độ cực nối tiếp rôto dây quấn, điều chỉnh tốc độ ly hợp trượt điện từ vào những năm 1970 đến điều chỉnh tốc độ bằng tần số biến thiên vào những năm 1980, và nhiều công nghệ khác nhau đã đạt đến giai đoạn ứng dụng thực tế. Với độ tin cậy ngày càng tăng và giá thành thấp hơn của điều chỉnh tốc độ AC, việc thay thế điều chỉnh tốc độ DC đã trở thành xu hướng tất yếu.
1. Biến tần và tiết kiệm năng lượng
Khi điều chỉnh tốc độ dưới tần số cơ bản của động cơ không đồng bộ, phương pháp điều khiển với tỷ số tần số điện áp không đổi và bù sụt áp stato thường được áp dụng; Nếu tốc độ được điều chỉnh trên tần số cơ bản, phương pháp điều khiển điện áp không đổi và tần số thay đổi thường được áp dụng. Bằng cách kết hợp hai tình huống trên, có thể thu được các đặc tính điều khiển tốc độ điện áp thay đổi và tần số thay đổi của động cơ không đồng bộ. Tương ứng với thuật toán DIT, theo nguyên tắc đối xứng, nếu x (n) được phân tích thành hai nhóm trong miền thời gian, thì trong miền tần số, X (k) sẽ tạo thành các nhóm lấy mẫu chẵn lẻ, tạo thành một cấu trúc FFT thường được sử dụng khác gọi là thuật toán FFT lấy mẫu miền tần số (DIF-FFT). Do được Sande và Turky đề xuất lần đầu tiên, thuật toán này cũng thường được gọi là thuật toán Sande Turky.
Mạch hãm trong bộ biến tần vạn năng được thiết kế để đáp ứng nhu cầu hãm của động cơ không đồng bộ. Trong hệ thống truyền động biến tần, để làm chậm và dừng động cơ không đồng bộ, phương pháp giảm dần tần số đầu ra của bộ biến tần vạn năng có thể được sử dụng để giảm tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ, từ đó đạt được mục đích làm chậm động cơ. Trong quá trình giảm tốc của động cơ không đồng bộ, do tốc độ đồng bộ thấp hơn tốc độ thực tế của động cơ không đồng bộ, pha của dòng điện rotor sẽ bị đảo ngược, khiến động cơ không đồng bộ tạo ra mô-men hãm, tức là ở trạng thái hãm tái sinh. Đối với bộ biến tần vạn năng công suất lớn và trung bình, để tiết kiệm năng lượng, thường sử dụng bộ tái sinh năng lượng để hồi năng lượng trên về nguồn điện. Đối với bộ biến tần vạn năng công suất nhỏ, thường sử dụng mạch hãm để tiêu thụ năng lượng phản hồi từ động cơ không đồng bộ trong mạch hãm. Trong kỹ thuật, việc xử lý năng lượng phanh tái tạo thường bao gồm các phương pháp như lưu trữ, phản hồi về lưới điện và xả điện trở, tùy thuộc vào khả năng và tình huống ứng dụng của bộ biến tần nói chung.
2. Ứng dụng công nghệ điều khiển tốc độ tần số thay đổi trong điều khiển tự động hóa điện
2.1. Đặc điểm của điều khiển tốc độ tần số thay đổi
Tất cả các thiết bị Cyclone II đều sử dụng wafer 300mm và được sản xuất dựa trên quy trình TSMC 90nm, low-K để đảm bảo tốc độ cao và chi phí thấp. Do sử dụng các vùng silicon được giảm thiểu, các thiết bị dòng Cyclone II có thể hỗ trợ các hệ thống kỹ thuật số phức tạp chỉ với một chip, với chi phí tương đương với một mạch tích hợp chuyên dụng. Bộ biến tần phổ thông hiệu suất cao có một số cấu trúc phần cứng để đáp ứng các nhu cầu kỹ thuật khác nhau: bộ biến tần độc lập, bộ biến tần bus DC chung và bộ biến tần có bộ phản hồi năng lượng. Bộ biến tần độc lập là một loại bộ biến tần đặt bộ chỉnh lưu và bộ biến tần trong một vỏ duy nhất. Hiện tại, đây là bộ biến tần được sử dụng rộng rãi nhất và thường chỉ điều khiển một động cơ điện, được sử dụng cho các tải công nghiệp nói chung. Phương pháp cấu hình được sử dụng là sự kết hợp của JTAG và AS, vì vậy mạch cấu hình phải đáp ứng cả yêu cầu cấu hình AS và JTAG. Chip cấu hình áp dụng EPCS1. Theo phương pháp kết nối cụ thể và đặc điểm chân của phương pháp cấu hình đã đề cập ở trên. Khi vận hành các tải như thang máy, thang nâng và máy cán đảo chiều bằng bộ biến tần vạn năng hiệu suất cao, cần phải vận hành bốn góc phần tư, do đó cần phải cấu hình một bộ phản hồi năng lượng. Chức năng của bộ phản hồi năng lượng là đưa năng lượng tái tạo được tạo ra trong quá trình phanh động cơ điện trở lại lưới điện.
2.2. Ứng dụng công nghệ điều khiển tốc độ tần số thay đổi trong điều khiển tự động hóa điện công nghiệp
(1) Bộ mô hình động cơ thích ứng. Chức năng của bộ mô hình động cơ thích ứng là tự động xác định các thông số cơ bản của động cơ bằng cách phát hiện điện áp và dòng điện đầu vào động cơ. Mô hình động cơ này là một đơn vị quan trọng của điều khiển mô-men xoắn trực tiếp. Đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp, nếu độ chính xác điều khiển tốc độ lớn hơn 0,5%, có thể sử dụng phản hồi tốc độ vòng kín.
(2) Bộ so sánh mô-men xoắn và bộ so sánh từ thông. Chức năng của loại bộ so sánh này là so sánh giá trị phản hồi với giá trị tham chiếu của nó sau mỗi 20ms và đưa ra trạng thái mô-men xoắn hoặc từ trường bằng cách sử dụng bộ điều chỉnh trễ hai điểm.
(3) Bộ chọn tối ưu hóa xung. Chúng tôi đã chọn chip Cyclone II EP2C5Q208C8 để xử lý thông tin, sau đó thiết kế triển khai FPGA cho nguồn tín hiệu điều chế OFDM. Chúng tôi đã viết một mạch gồm năm mô-đun, chủ yếu triển khai ánh xạ chòm sao FFT, chèn tiền tố tuần hoàn, mô-đun đệm và các chức năng D/A, một nguồn tín hiệu OFDM đã được thiết kế và các chức năng của từng mô-đun đã được mô phỏng và xác minh. Cuối cùng, nguồn tín hiệu OFDM đã được hoàn thành, bao gồm mô phỏng phần mềm và xác minh phần cứng FPGA. Do sự thay đổi đáng kể về dung lượng của tụ điện phân, chúng sẽ gặp phải điện áp không bằng nhau. Do đó, một điện trở cân bằng điện áp có giá trị điện trở bằng nhau được kết nối song song với mỗi tụ điện để loại bỏ ảnh hưởng của sự thay đổi. Để ngăn dòng điện sạc (dòng điện đột biến) chạy qua tụ điện làm cháy mạch chỉnh lưu và gây ra các tác động khác khi bật nguồn, các biện pháp để ngăn chặn dòng điện đột biến cũng được bổ sung vào mạch lưu trữ.
Tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng là biện pháp quan trọng để giảm chi phí sản xuất, và giảm chi phí là biện pháp hiệu quả để nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm. Ngoài việc bổ sung các mô-đun chức năng này, cần phải liên tục tối ưu hóa thiết kế hoàn thiện trong quá trình thiết kế, nâng cao hơn nữa hiệu suất và tiết kiệm tài nguyên, để đạt được mục tiêu tích hợp toàn bộ hệ thống trong một chip FPGA, đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể và cải thiện điều kiện quy trình.