Ο μετατροπέας συχνότητας είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ισχύ βιομηχανικής συχνότητας (50Hz ή 60Hz) σε ισχύ AC διαφόρων συχνοτήτων για να πραγματοποιήσει τη λειτουργία μεταβλητής ταχύτητας των κινητήρων, στην οποία το κύκλωμα ελέγχου ολοκληρώνει τον έλεγχο του κύριου κυκλώματος, το κύκλωμα ανορθωτή μετατρέπει την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος σε ισχύ συνεχούς ρεύματος, το ενδιάμεσο κύκλωμα DC εξομαλύνει και φιλτράρει την αντίστροφη ισχύ του κυκλώματος C. σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Για μετατροπείς διανυσματικού ελέγχου, που απαιτούν πολλούς υπολογισμούς, μερικές φορές απαιτείται μια CPU για τον υπολογισμό της ροπής και ορισμένα αντίστοιχα κυκλώματα. Η ρύθμιση της ταχύτητας του μετατροπέα επιτυγχάνεται με την αλλαγή της συχνότητας της τροφοδοσίας στις περιελίξεις του στάτη του κινητήρα.
Υπάρχουν πολλοί τρόποι κατηγοριοποίησης του μετατροπέα συχνότητας, σύμφωνα με την ταξινόμηση του τρόπου λειτουργίας του κύριου κυκλώματος, μπορεί να χωριστεί σε μετατροπέα τάσης-τύπου συχνότητας και ρεύματος-μετατροπέα συχνότητας τύπου. Σύμφωνα με την ταξινόμηση της λειτουργίας μεταγωγής, μπορεί να χωριστεί σε μετατροπέα ελεγχόμενης συχνότητας PAM-μετατροπέα ελεγχόμενης συχνότητας PWM-μετατροπέα ελεγχόμενης συχνότητας-μετατροπέα ελεγχόμενης συχνότητας υψηλής-φόρτωσης-μετατροπέα ελεγχόμενης συχνότητας. σύμφωνα με την ταξινόμηση της αρχής λειτουργίας, μπορεί να χωριστεί σε V/f-μετατροπέα ελεγχόμενης συχνότητας, μετατροπέα συχνότητας ελέγχου περιστροφικής συχνότητας και μετατροπέα συχνότητας διανυσματικού ελέγχου κ.λπ. ανάλογα με τη χρήση Σύμφωνα με την αρχή της ταξινόμησης της λειτουργίας, μπορεί να χωριστεί σε-μετατροπέα γενικής χρήσης, σε μετατροπέα ειδικής{{9} υψηλής απόδοσης, σε μετατροπέα υψηλής{10}}συχνότητας, σε μονοφασικό-μετατροπέα και σε τριφασικό-μετατροπέα.
VVVF:αλλαγή τάσης, αλλαγή συχνότητας CVCF: σταθερή τάση, σταθερή συχνότητα. Το τροφοδοτικό AC που χρησιμοποιείται σε διάφορες χώρες, είτε για σπίτια είτε για εργοστάσια, έχει τάση και συχνότητα 400V/50Hz ή 200V/60Hz (50Hz) και ούτω καθεξής. Γενικά, μια συσκευή που μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα με σταθερή τάση και συχνότητα σε εναλλασσόμενο ρεύμα με μεταβλητή τάση ή συχνότητα ονομάζεται «inverter». Για να παράγει μεταβλητή τάση και συχνότητα, η συσκευή μετατρέπει πρώτα το εναλλασσόμενο ρεύμα του τροφοδοτικού σε συνεχές ρεύμα (DC).
Οι μετατροπείς που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο του κινητήρα μπορούν να αλλάξουν τόσο την τάση όσο και τη συχνότητα.
Πώς λειτουργούν οι μετατροπείς συχνότητας
Γνωρίζουμε ότι η έκφραση σύγχρονης ταχύτητας ενός bit κινητήρα AC:
n = 60 f (1-s)/p (1)
Στη φόρμουλα
n --- την ταχύτητα του ασύγχρονου κινητήρα.
f --- συχνότητα του ασύγχρονου κινητήρα.
s --- ρυθμός περιστροφής κινητήρα;
p---αριθμός ζευγών πόλων κινητήρα.
Από την εξίσωση (1), μπορεί να φανεί ότι η ταχύτητα περιστροφής n είναι ευθέως ανάλογη με τη συχνότητα f, εφόσον η συχνότητα f μπορεί να αλλάξει για να αλλάξει η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα, όταν η συχνότητα f αλλάζει στην περιοχή από 0 έως 50 Hz, το εύρος ρύθμισης ταχύτητας κινητήρα είναι πολύ ευρύ. Ο μετατροπέας συχνότητας αλλάζει τη συχνότητα τροφοδοσίας του κινητήρα για να πραγματοποιήσει τη ρύθμιση της ταχύτητας, είναι ένα ιδανικό μέσο ρύθμισης ταχύτητας υψηλής απόδοσης και υψηλής απόδοσης.
Λειτουργία ελέγχου μετατροπέα συχνότητας
Η τάση εξόδου του μετατροπέα γενικής-χαμηλής-τάσης είναι 380-650 V, η ισχύς εξόδου είναι 0,75-400 kW, η συχνότητα λειτουργίας είναι 0-400 Hz και τα κύρια κυκλώματά του χρησιμοποιούν όλα κυκλώματα AC-DC-AC. Η λειτουργία ελέγχου του έχει περάσει από τις επόμενες τέσσερις γενιές.
1U/f=Λειτουργία ελέγχου διαμόρφωσης ημιτονοειδούς πλάτους παλμού (SPWM)
Χαρακτηρίζεται από μια απλή δομή κυκλώματος ελέγχου, χαμηλότερο κόστος, τα μηχανικά χαρακτηριστικά της σκληρότητας είναι επίσης καλύτερα να ανταποκρίνεται στις γενικές απαιτήσεις μετάδοσης ομαλής ταχύτητας, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος ελέγχου σε χαμηλή συχνότητα, λόγω της χαμηλότερης τάσης εξόδου, η ροπή από την πτώση τάσης αντίστασης του στάτη είναι πιο σημαντική, έτσι ώστε η μέγιστη ροπή εξόδου να μειώνεται. Επιπλέον, τα μηχανικά χαρακτηριστικά του δεν είναι τόσο σκληρά όσο ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος, η απόδοση δυναμικής ροπής και η απόδοση στατικής ταχύτητας δεν είναι ικανοποιητικές και η απόδοση του συστήματος δεν είναι υψηλή, η καμπύλη ελέγχου θα αλλάξει με το φορτίο, η απόκριση ροπής είναι αργή, η χρήση της ροπής του κινητήρα δεν είναι υψηλή, η χαμηλή ταχύτητα λόγω της αντίστασης του στάτη και η ύπαρξη της νεκρής ζώνης και της υποβάθμισης της απόδοσης. Ως εκ τούτου, έχει μελετηθεί η ρύθμιση ταχύτητας μετατροπής συχνότητας ελέγχου διανύσματος.
Μέθοδος ελέγχου Voltage space vector (SVPWM).
Βασίζεται στην υπόθεση του συνολικού φαινομένου δημιουργίας τριών-κυματομορφών φάσης, προκειμένου να προσεγγιστεί η ιδανική τροχιά κυκλικού περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του διακένου αέρα του κινητήρα με σκοπό τη δημιουργία κυματομορφών τριών- διαμορφωμένων φάσεων κάθε φορά και τον έλεγχο της εσωτερικής εφαπτομένης της προσέγγισης του πολυγώνου. Έχει βελτιωθεί μετά από πρακτική χρήση, δηλ. εισάγεται αντιστάθμιση συχνότητας, η οποία μπορεί να εξαλείψει το σφάλμα ελέγχου ταχύτητας. το πλάτος της μαγνητικής αλυσίδας εκτιμάται με ανάδραση, η οποία εξαλείφει την επίδραση της αντίστασης του στάτη σε χαμηλές ταχύτητες. και η τάση και το ρεύμα εξόδου είναι κλειστά-για να βελτιωθεί η ακρίβεια και η σταθερότητα της δυναμικής. Ωστόσο, το κύκλωμα ελέγχου έχει περισσότερους συνδέσμους και δεν εισάγει ρύθμιση ροπής, επομένως η απόδοση του συστήματος δεν βελτιώνεται ουσιαστικά.
Μέθοδος διανυσματικού ελέγχου (VC).
Η πρακτική του ελέγχου συχνότητας διανυσματικού ελέγχου είναι η μετατροπή των ρευμάτων στάτορα Ia, Ib, Ic, του ασύγχρονου κινητήρα στο σύστημα συντεταγμένων τριών{{0}φασικών φάσεων σε ρεύματα AC Ia1Ib1 στο σύστημα σταθερών συντεταγμένων δύο-φάσεων μέσω τριών-φάσης - δύο-και μετατροπής φάσεων δύο{6} και στη συνέχεια μέσω του μετασχηματισμού δύο φάσεων μετασχηματισμός σύμφωνα με τον προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου του ρότορα, ο οποίος είναι ισοδύναμος με τα ρεύματα συνεχούς ρεύματος Im1, It1 στο σύστημα σύγχρονης περιστρεφόμενης συντεταγμένης (το Im1 είναι ισοδύναμο με το (Im1 είναι ισοδύναμο με το ρεύμα διέγερσης του κινητήρα συνεχούς ρεύματος· It1 είναι ισοδύναμο με το ρεύμα οπλισμού το οποίο είναι ανάλογο με τη μέθοδο ελέγχου της ροπής του κινητήρα). κινητήρα DC, και συνειδητοποιήστε τον έλεγχο του ασύγχρονος κινητήρας μετά τον αντίστοιχο αντίστροφο μετασχηματισμό συντεταγμένων. Στην ουσία, ο κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ισοδύναμος με έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος και οι δύο συνιστώσες της ταχύτητας και του μαγνητικού πεδίου ελέγχονται ανεξάρτητα. Ελέγχοντας τη μαγνητική αλυσίδα του ρότορα και στη συνέχεια αποσυνθέτοντας το ρεύμα του στάτορα για να ληφθούν τα στοιχεία της ροπής και του μαγνητικού πεδίου, μέσω του μετασχηματισμού συντεταγμένων, για να πραγματοποιηθεί ο ορθογώνιος ή αποσυνδεδεμένος έλεγχος. Η προτεινόμενη μέθοδος ελέγχου διανύσματος είναι του εποχή-που δίνει σημασία. Ωστόσο, σε πρακτικές εφαρμογές, επειδή η μαγνητική αλυσίδα του ρότορα είναι δύσκολο να παρατηρηθεί με ακρίβεια, τα χαρακτηριστικά του συστήματος επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμέτρους του κινητήρα και ο διανυσματικός περιστροφικός μετασχηματισμός που χρησιμοποιείται στη διαδικασία ελέγχου ισοδύναμου κινητήρα DC είναι πιο περίπλοκος, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επίτευξη των αποτελεσμάτων της ιδανικής ανάλυσης.
Μέθοδος άμεσου ελέγχου ροπής (DTC).
Το 1985, ο καθηγητής DePenbrock του Πανεπιστημίου Ruhr στη Γερμανία πρότεινε για πρώτη φορά την τεχνολογία μετατροπής συχνότητας άμεσου ελέγχου ροπής. Αυτή η τεχνολογία έχει λύσει σε μεγάλο βαθμό τις ελλείψεις του παραπάνω διανυσματικού ελέγχου και έχει αναπτυχθεί γρήγορα με νέες ιδέες ελέγχου, συνοπτική και σαφή δομή συστήματος και εξαιρετική δυναμική και στατική απόδοση. Προς το παρόν, αυτή η τεχνολογία έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε κινητήρες AC υψηλής ισχύος- για έλξη ηλεκτρικών ατμομηχανών. Ο άμεσος έλεγχος ροπής αναλύει το μαθηματικό μοντέλο του κινητήρα AC απευθείας στο σύστημα συντεταγμένων του στάτη για τον έλεγχο της μαγνητικής αλυσίδας και της ροπής του κινητήρα. Δεν χρειάζεται να εξισώσει τον κινητήρα AC με έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος, εξαλείφοντας έτσι πολλούς σύνθετους υπολογισμούς στον μετασχηματισμό περιστροφής του διανύσματος. δεν χρειάζεται να μιμείται τον έλεγχο κινητήρα συνεχούς ρεύματος, ούτε χρειάζεται να απλοποιήσει το μαθηματικό μοντέλο του κινητήρα AC για αποσύνδεση.
Matrix AC-Μέθοδος ελέγχου AC
Ο μετατροπέας VVVF, ο μετατροπέας διανυσματικού ελέγχου και ο μετατροπέας άμεσου ελέγχου ροπής είναι όλοι οι τύποι μετατροπέων AC-DC-AC. Τα κοινά τους μειονεκτήματα είναι ο χαμηλός συντελεστής ισχύος εισόδου, τα υψηλά αρμονικά ρεύματα, η ανάγκη για μεγάλους πυκνωτές αποθήκευσης ενέργειας στο κύκλωμα συνεχούς ρεύματος και η αναγεννητική ενέργεια δεν μπορεί να τροφοδοτηθεί πίσω στο δίκτυο, δηλ. δεν είναι δυνατή η λειτουργία τεσσάρων-τεταρτημορίων. Για αυτόν τον λόγο, δημιουργήθηκε ο μετατροπέας AC-AC matrix. Καθώς ο μετατροπέας AC μήτρας-εναλλασσόμενου ρεύματος εξαλείφει την ενδιάμεση σύνδεση συνεχούς ρεύματος, εξαλείφοντας έτσι τους μεγάλου μεγέθους, ακριβούς ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Μπορεί να συνειδητοποιήσει τον συντελεστή ισχύος l, το ρεύμα εισόδου είναι ημιτονοειδές και μπορεί να λειτουργήσει σε τέσσερα τεταρτημόρια, η πυκνότητα ισχύος του συστήματος είναι μεγάλη. Η τεχνολογία δεν είναι ακόμη ώριμη, αλλά εξακολουθεί να προσελκύει πολλούς μελετητές να μελετήσουν σε βάθος. Η ουσία του δεν είναι να ελέγχει έμμεσα το ρεύμα, τη μαγνητική αλυσίδα και άλλα μεγέθη, αλλά να συνειδητοποιεί τη ροπή άμεσα ως ελεγχόμενη ποσότητα. Οι συγκεκριμένες μέθοδοι είναι:
--Έλεγχος της μαγνητικής αλυσίδας του στάτορα για εισαγωγή του παρατηρητή μαγνητικής αλυσίδας του στάτη για την υλοποίηση της μεθόδου χωρίς αισθητήρα ταχύτητας.
--Η αυτόματη αναγνώριση (ID) βασίζεται σε ένα ακριβές μαθηματικό μοντέλο του κινητήρα για την αυτόματη αναγνώριση των παραμέτρων του κινητήρα.
--Υπολογίστε την πραγματική τιμή που αντιστοιχεί στην αντίσταση του στάτη, την αμοιβαία αυτεπαγωγή, τον συντελεστή μαγνητικού κορεσμού, την αδράνεια κ.λπ. Υπολογίστε την πραγματική ροπή, τη μαγνητική αλυσίδα του στάτη, την ταχύτητα του ρότορα για έλεγχο σε πραγματικό χρόνο.
--Πραγματοποιήστε τον έλεγχο ζώνης ζώνης για τη δημιουργία σημάτων PWM σύμφωνα με τον έλεγχο ζώνης ζώνης της μαγνητικής αλυσίδας και τη ροπή για τον έλεγχο της κατάστασης μεταγωγής του μετατροπέα.
Matrix AC-Ο μετατροπέας AC έχει γρήγορη απόκριση ροπής (＜2ms), ακρίβεια υψηλής ταχύτητας (±2%, χωρίς ανάδραση PG), ακρίβεια υψηλής ροπής (＜+3%). Έχει επίσης υψηλή ροπή εκκίνησης και υψηλή ακρίβεια ροπής, ειδικά σε χαμηλές στροφές (συμπεριλαμβανομένων 0 στροφών), μπορεί να αποδώσει ροπή 150%-200%.