Доставчиците на устройства за обратна връзка с енергията ви напомнят, че поради сложните характеристики на предаването на електрическа енергия, електродвигателите често работят както в предна, така и в обратна посока, често в състояние на претоварване и непрекъснато превключване между електрическа работа и спиране; тяхната безопасност и надеждност също са от решаващо значение. Технологията за честотно преобразуване на променливотоковите двигатели става все по-усъвършенствана и използването на честотни преобразуватели за регулиране на скоростта на асинхронни променливотокови двигатели се е превърнало в най-важната енергоспестяваща технология за регулиране на скоростта на двигателя.
Регулирането на скоростта чрез комуникация се е развило от регулиране на скоростта чрез регулиране на напрежението на статора, регулиране на скоростта на последователно свързани полюси на ротора, регулиране на скоростта с електромагнитен плъзгащ се съединител през 70-те години на миналия век до регулиране на скоростта с променлива честота през 80-те години на миналия век, като различни технологии са достигнали практически етап. С нарастващата надеждност и по-ниската цена на регулирането на скоростта с променлив ток, замяната на регулирането на скоростта с постояннотоково се е превърнала в неизбежна тенденция.
1. Честотен преобразувател и пестене на енергия
При регулиране на скоростта под основната честота на асинхронни двигатели обикновено се използва метод за управление с постоянно съотношение на напрежението и честотата и компенсация на пада на статорното напрежение; ако скоростта се регулира над основната честота, обикновено се използва метод за управление с постоянно напрежение и променлива честота. Чрез комбиниране на горните две ситуации могат да се получат характеристиките за управление на скоростта с променливо напрежение и променлива честота на асинхронните двигатели. Съответстващо на алгоритъма DIT, съгласно принципа на симетрия, ако x(n) се раздели на две групи във времевата област, тогава в честотната област X(k) ще образува нечетни и четни групи за семплиране, образувайки друга често използвана FFT структура, наречена алгоритъм за семплиране в честотна област FFT (DIF-FFT). Както е предложен за първи път от Санде и Търки, той е известен още като алгоритъм на Санде и Търки.
Спирачната верига в универсален честотен преобразувател е проектирана да отговори на нуждите от спиране на асинхронните двигатели. В системата за задвижване с променлива честота, за да се забави и спре асинхронният двигател, може да се използва метод за постепенно намаляване на изходната честота на универсалния честотен преобразувател, за да се намали синхронната скорост на асинхронния двигател, като по този начин се постигне целта за забавяне на двигателя. По време на процеса на забавяне на асинхронния двигател, поради по-ниската синхронна скорост от действителната скорост на асинхронния двигател, фазата на роторния ток ще се обърне, което ще доведе до генериране на спирачен момент от асинхронния двигател, т.е. до състояние на регенеративно спиране. При универсалните честотни преобразуватели с голям и среден капацитет, за да се пести енергия, обикновено се използва регенератор на мощност, който връща горепосочената енергия обратно към захранването. При универсалните честотни преобразуватели с малък капацитет обикновено се използва спирачна верига, която консумира енергията от обратната връзка от асинхронния двигател в спирачната верига. В инженерството, обработката на регенеративната спирачна енергия обикновено включва методи като съхранение, обратна връзка към електрическата мрежа и съпротивително разреждане, в зависимост от капацитета и сценариите на приложение на универсалните честотни преобразуватели.
2. Приложение на технологията за регулиране на скоростта с променлива честота в електрическата автоматизация
2.1. Характеристики на честотно-регулираното управление на скоростта
Всички устройства Cyclone II използват 300 мм пластини и са произведени на базата на TSMC 90nm, low-K процеси, за да се осигури висока скорост и ниска цена. Благодарение на използването на минимизирани силициеви области, устройствата от серията Cyclone II могат да поддържат сложни цифрови системи само с един чип, на цена, еквивалентна на специална интегрална схема. Високопроизводителните универсални честотни преобразуватели имат няколко хардуерни структури, за да отговорят на различни инженерни нужди: независими честотни преобразуватели, честотни преобразуватели с обща DC шина и честотни преобразуватели с блокове за обратна връзка по енергия. Независимият честотен преобразувател е вид честотен преобразувател, който поставя токоизправителния блок и инверторния блок в един корпус. В момента той е най-широко използваният честотен преобразувател и обикновено задвижва само един електродвигател, използван за общи промишлени товари. Използваният метод на конфигуриране е комбинация от JTAG и AS, така че конфигурационната схема трябва да отговаря както на изискванията за AS, така и на JTAG конфигурация. Конфигурационният чип приема EPCS1. В зависимост от специфичния метод на свързване и характеристиките на пиновете на споменатия по-горе метод на конфигуриране. При задвижване на товари като асансьори, подемници и обратими валцови машини с високопроизводителни универсални честотни преобразуватели е необходим четириквадрантни режими на работа, така че трябва да се конфигурира устройство за обратна връзка по енергия. Функцията на устройството за обратна връзка по енергия е да връща обратно към електрическата мрежа регенеративната енергия, генерирана по време на спирането на електродвигателя.
2.2. Приложение на технологията за регулиране на скоростта с променлива честота в индустриалната електрическа автоматизация
(1) Адаптивен модел на двигателя. Функцията на адаптивния модел на двигателя е автоматично да идентифицира основните параметри на двигателя чрез откриване на входното напрежение и ток към двигателя. Този модел на двигателя е ключов елемент за директно управление на въртящия момент. За повечето промишлени приложения, ако точността на управление на скоростта е по-голяма от 0,5%, може да се използва обратна връзка по скоростта със затворен контур.
(2) Сравнител на въртящия момент и сравнител на магнитния поток. Функцията на този тип сравнител е да сравнява стойността на обратната връзка с нейната референтна стойност на всеки 20 ms и да извежда състоянието на въртящия момент или магнитното поле, използвайки двуточков хистерезисен регулатор.
(3) Селектор за оптимизация на импулси. Избрахме чипа Cyclone II EP2C5Q208C8 за обработка на информация и след това проектирахме FPGA имплементация на източника на сигнал за OFDM модулация. Написахме схема, състояща се от пет модула, имплементиращи главно FFT за съзвездиево картографиране, вмъкване на цикличен префикс, буферен модул и D/A функции, проектиран беше OFDM източник на сигнал и функциите на всеки модул бяха симулирани и проверени. Накрая, OFDM източникът на сигнал беше завършен, включително софтуерна симулация и FPGA хардуерна проверка. Поради значителната променливост в капацитета на електролитните кондензатори, те ще изпитват неравномерни напрежения. Следователно, резистор за изравняване на напрежението с еднаква стойност на съпротивлението е свързан паралелно към всеки кондензатор, за да се елиминира влиянието на променливостта. За да се предотврати изгарянето на тока на зареждане (импулсен ток), протичащ през кондензатора, от изгаряне на токоизправителна верига и причиняване на други въздействия при включване на захранването, към веригата за съхранение са добавени и мерки за потискане на импулсния ток.
Пестенето на енергия и намаляването на потреблението са важни средства за намаляване на производствените разходи, а намаляването на разходите е ефективно средство за повишаване на конкурентоспособността на продукта. В допълнение към добавянето на тези функционални модули, е необходимо и непрекъснато оптимизиране на завършения дизайн по време на процеса на проектиране, допълнително подобряване на производителността и пестене на ресурси, за да се постигне цялата система в рамките на един FPGA чип, постигане на значителни енергоспестяващи ефекти и подобряване на условията на процеса.