История развития инвертора

Как "старый знакомый" В области промышленного управления преобразователи частоты уже несколько десятилетий используются в различных отраслях промышленности. Он отвечает за регулирование скорости двигателя и играет незаменимую роль в улучшении производственных процессов и энергосбережении. С профессиональной точки зрения, это на самом деле своего рода оборудование для управления мощностью, которое использует технологию переменной частоты и микроэлектронную технологию для управления скоростью двигателя переменного тока путем изменения частоты источника питания двигателя переменного тока.

Итак, каково значение инвертора для регулирования скорости двигателя? Почему управление скоростью двигателя переменного тока является «никем, кроме него»? Что касается важности преобразователя частоты, мы поймем процесс его рождения и развития со следующих аспектов.

Процесс рождения и развития

Предыстория эпохи до появления инверторов

В промышленном производстве использование двигателей для точного управления скоростью и положением объектов или компонентов является необходимым процессом. Например: подъемное оборудование, ткацкое оборудование, конвейерные ленты для материалов, перемотка и размотка и т. д., а также другие виды машин и оборудования.

Когда технология управления скоростью двигателя еще незрела, люди могут использовать только некоторые механические средства для решения проблемы управления движением объекта, такие как коробки передач, сцепления и т. д., которые не регулируются механически. В случае с мотором для достижения определенной спортивной цели необходимо заменить коробку передач, изменить передаточное число или переключить сцепление. Этот процесс не только занимает очень много времени, но и является большой потерей для машины.

Использование двигателей для точного управления скоростью и положением объектов или компонентов является необходимым процессом.

В другом сценарии применения управления жидкостью двигатель приводит во вращение рабочее колесо, тем самым приводя в движение поток газа или жидкости или создавая соответствующее газовое и гидравлическое давление. На ранней стадии невозможно свободно контролировать скорость двигателя, контролировать расход жидкости и давление можно только путем открытия и закрытия клапана в трубопроводе, что является пустой тратой электрической энергии.

В эпоху отсутствия преобразователя частоты, поскольку скорость двигателя не может регулироваться свободно, для достижения определенных целей движения традиционная машина должна добавлять множество аксессуаров, что не только увеличивает общую сложность и стоимость системы, но также ограничивает производительность и возможности разработки устройства. Чтобы решить эти проблемы, внедрение простой и эффективной технологии управления скоростью двигателя было горячей точкой и болевой точкой исследований промышленных трансмиссий.

В эпоху, когда нет преобразователя частоты

Дилемма регулирования скорости двигателя

В центре внимания раннего регулирования скорости двигателя всегда был двигатель постоянного тока. Одна из основных причин заключается в том, что люди сначала понимают технологию выпрямления, а механические характеристики двигателя постоянного тока также очень подходят для определенных сцен. Самый простой способ отрегулировать напряжение якоря — подключить резисторы. Чем выше сопротивление, тем больше падение напряжения и тем медленнее будет скорость двигателя постоянного тока.

Чем выше сопротивление, тем больше падение напряжения

Однако недостатки двигателя постоянного тока также весьма очевидны. Например, коллекторное кольцо и угольная щетка требуют регулярного обслуживания, процесс производства двигателей постоянного тока сложен, а стоимость производства высока. Это означает, что двигатели постоянного тока не подходят для широкого спектра применений.

Двигатели постоянного тока не подходят для широкого спектра применений.

По сравнению с двигателями постоянного тока, двигатели переменного тока гораздо проще по внутренней конструкции, не имеют коллектора и других конструкций. Они просты в изготовлении и стабильны, подходят для высокоскоростных, высоковольтных и сильноточных применений. Единственное, что необходимо решить, — это проблема управления скоростью двигателя переменного тока.

Эволюция преобразователя частоты

Никола Тесла изобретает двигатель переменного тока

В 1888 году были представлены двигатели переменного тока и двигатели переменного тока, но спустя долгое время двигатели переменного тока могли работать только на одной или нескольких фиксированных скоростях по своим конструктивным причинам. Его скорость пропорциональна частоте и обратно пропорциональна числу пар полюсов.

n = 60 f（ 1 - s ）/ p

Из приведенной выше формулы видно, что скорость скольжения “s” и пара полюсов “p” являются собственными характеристическими параметрами двигателя. Его нельзя изменить после изготовления двигателя. Если вы хотите свободно регулировать скорость, измените только входную частоту источника питания «f». До появления инвертора практически не было возможности свободно регулировать частоту напряжения сети.

Скорость скольжения “s” и пара полюсов “p” являются собственными характеристическими параметрами двигателя.

В 1980-х годах, с развитием полупроводниковой технологии, особенно микропроцессоров и тиристоров, микропроцессоры стали использоваться для управления состоянием проводимости тиристоров. Таким образом, микропроцессор можно использовать для управления замыканием проводимости верхнего и нижнего переключающих элементов моста, а непрерывную работу можно выполнять в соответствии с определенным временем, так что постоянный ток может быть преобразован в переменный ток, который то, что мы часто называем инверторной технологией; В то же время мы можем регулировать рабочий цикл силового компонента для открытия и закрытия, что означает, что можно реализовать регулировку выходной частоты инвертора.

Наконец, в сочетании с технологией выпрямления мы можем быстро преобразовать стандартную частоту сети в соответствующую частоту и переменный ток соответствующего напряжения в соответствии с амплитудой и частотой требуемого источника питания, тем самым изменяя входную частоту двигатель для реализации регулировки скорости двигателя переменного тока. После длительного периода технологического развития и неустанных усилий ученых преобразователь частоты был модернизирован и развит в одном приложении и постепенно стал тем, что мы видим сегодня.

Продукция VEICHI

Давайте с самого начала разберемся в разработке инвертора, а затем представим разработку технологии преобразования частоты. В целом его можно разделить на следующие три этапа.

При постоянном развитии полупроводниковых устройств мы используем полностью управляемое устройство вместо полууправляемого тиристора (SCR) для изменения формы выходного сигнала в сигнал ШИМ с широтно-импульсной модуляцией, что значительно снижает гармонические составляющие, Диапазон скоростей асинхронного двигателя увеличивается, а колебания крутящего момента уменьшаются.

Рабочая частота IGBT обычно может достигать от 10 до 20 кГц. По сравнению с BJT триода BJT рабочая частота на порядок выше, особенно по некоторым показателям напряжения и тока, которые превосходят использование BJT, например, устойчивость к скачкам тока, пиковое напряжение блокировки и так далее. За счет использования IGBT можно увеличить несущую частоту и даже сформировать сигнал ШИМ необходимой формы, что позволяет значительно снизить гармонический шум. Таким образом, в современных инверторных приложениях IGBT практически заменил BJT.

IPM — интеллектуальный модуль питания; он использует IGBT в качестве переключающего устройства, которое не только объединяет устройство переключения мощности и схему управления. Он также включает схемы обнаружения неисправностей, таких как перенапряжение, перегрузка по току и перегрев, и может отправлять сигналы обнаружения в ЦП. Даже в случае аварии при загрузке или неправильного использования можно гарантировать отсутствие повреждений самого IPM.

Модуль IGBT

Предыдущий метод управления инвертором использовал постоянное соотношение напряжений, то есть управление U/f. V – действующее значение напряжения. Изменением V/f можно регулировать только установившийся поток и крутящий момент двигателя. Чтобы улучшить крутящий момент в условиях низких частот, требуется увеличение крутящего момента. Обычно напряжение компенсируется, а некоторые могут компенсировать падение напряжения на обмотке статора при изменении нагрузки.

Позже у инвертора появился новый метод управления – векторное управление. Его основной принцип заключается в создании модели эквивалентного двигателя постоянного тока, при этом ток статора асинхронной машины разлагается на составляющую возбуждения и составляющую крутящего момента отдельно. Управление вектором возбуждения является наиболее важным, поэтому векторное управление называется полеориентированным, а управление крутящим моментом — косвенным.

Структурная схема системы векторного управленияВекторное управление требует операций преобразования координат и необходимости обнаружения фактического сигнала скорости, поэтому датчик скорости необходим для обратной связи, которая представляет собой векторное управление с замкнутым контуром. Далее предлагается векторная схема бездатчикового векторного управления скоростью, которая рассчитывается на основе фазного напряжения и фазного тока фактической работы двигателя и параметров обмоток статора и ротора, а затем значений наблюдения за потоком ротора. и ток крутящего момента рассчитываются, тем самым реализуя векторное управление ориентацией поля.

Другой способ разработки параллельно с векторным управлением называется Direct Torque Control (DTC), в котором упор делается на прямое управление крутящим моментом. Метод основан на измерении напряжения и тока двигателя для расчета расчетного значения потока и крутящего момента двигателя, а после управления крутящим моментом также можно управлять скоростью двигателя.

В преобразователе частоты тока используется очень мощный микропроцессор, в дополнение к основным задачам регулирования скорости преобразования частоты двигателя, имеется также множество встроенных функций. Например:

(1) Автоматическое ускорение и замедление.
(2) Программа работает.
(3) Автоматический режим энергосбережения.
(4) Самообучение параметров двигателя.
(5) Работа ПИД-регулирования.
(6) Функции связи и обратной связи.

В 1970-х годах инженеры Siemens впервые предложили теорию векторного управления асинхронным двигателем для решения проблемы управления крутящим моментом двигателя переменного тока. Что касается прямого управления крутящим моментом, в общей литературе считается, что его преподавал профессор М. Депенброк из Рурского университета, а И.Такахаши из Японии был предложен отдельно в 1985 году. Видно, что результаты исследований управления двигателем в зарубежных странах раньше, чем в Китае, и их инверторная продукция также попадает в поле зрения публики раньше, чем наши отечественные бренды.

ВЕЙЧИ

Теперь, благодаря постоянному обучению и исследованиям многих инженеров в этой области в Китае, отечественная индустрия инверторов с точки зрения бренда, производительности и цены в значительной степени соответствует уровню развития китайской промышленности. Как компания, специализирующаяся на исследованиях и разработках, производстве и обслуживании преобразователей частоты, VEICHI уделяет особое внимание исследованиям в этой области и тщательно производит каждый продукт инверсии частоты, чтобы внести свой вклад в будущее интеллектуального производства 2025 года.