Les fournisseurs de dispositifs de récupération d'énergie rappellent qu'en raison de la complexité de la transmission de puissance électrique, les moteurs électriques fonctionnent fréquemment dans les deux sens de marche, souvent en surcharge et avec une commutation continue entre fonctionnement électrique et freinage ; leur sécurité et leur fiabilité sont donc primordiales. La technologie de conversion de fréquence des moteurs à courant alternatif est devenue de plus en plus sophistiquée, et l'utilisation de convertisseurs de fréquence pour la régulation de vitesse des moteurs asynchrones à courant alternatif est devenue la technologie d'économie d'énergie la plus importante pour la régulation de vitesse des moteurs.
La régulation de vitesse en courant alternatif a évolué depuis les années 1970, passant de la régulation par tension statorique à la régulation par pôles série à rotor bobiné, puis à la régulation par embrayage électromagnétique, jusqu'aux années 1980, où elle s'est étendue à la régulation par fréquence variable. Grâce à la fiabilité croissante et au coût réduit de la régulation par courant alternatif, le remplacement de la régulation par courant continu est devenu inévitable.
1. Convertisseur de fréquence et économies d'énergie
When regulating speed below the fundamental frequency of asynchronous motors, a control method with constant voltage frequency ratio and stator voltage drop compensation is usually adopted; If the speed is adjusted above the fundamental frequency, the control method of constant voltage and variable frequency is usually adopted. By combining the above two situations, the variable voltage and variable frequency speed control characteristics of asynchronous motors can be obtained. Corresponding to the DIT algorithm, according to the principle of symmetry, if x (n) is decomposed into two groups in the time domain, then in the frequency domain, X (k) will form odd even sampling groups, forming another commonly used FFT structure called the frequency-domain sampling FFT (DIF-FFT) algorithm. As it was first proposed by Sande and Turky, it is also commonly known as the Sande Turky algorithm.
The braking circuit in a universal frequency converter is designed to meet the braking needs of asynchronous motors. In the variable frequency drive system, in order to slow down and stop the asynchronous motor, the method of gradually reducing the output frequency of the universal frequency converter can be used to reduce the synchronous speed of the asynchronous motor, thereby achieving the purpose of slowing down the motor. During the deceleration process of the asynchronous motor, due to the synchronous speed being lower than the actual speed of the asynchronous motor, the phase of the rotor current will be reversed, causing the asynchronous motor to generate braking torque, that is, in a regenerative braking state. For large and medium capacity universal frequency converters, in order to save energy, a power regeneration unit is generally used to feed back the above energy to the power supply. For small capacity universal frequency converters, a braking circuit is usually used to consume the energy feedback from the asynchronous motor in the braking circuit. In engineering, the treatment of regenerative braking energy generally includes methods such as storage, feedback to the power grid, and resistance discharge, depending on the capacity and application scenarios of general frequency converters.
2. Application of Variable Frequency Speed Control Technology in Electrical Automation Control
2.1. Characteristics of Variable Frequency Speed Control
All Cyclone II devices use 300mm wafers and are manufactured based on TSMC 90nm, low-K processes to ensure high speed and low cost. Due to the use of minimized silicon regions, the Cyclone II series devices can support complex digital systems with only one chip, at a cost equivalent to a dedicated integrated circuit. High performance universal frequency converters have several hardware structures to meet different engineering needs: independent frequency converters, common DC bus frequency converters, and frequency converters with energy feedback units. Independent frequency converter is a type of frequency converter that places the rectifier unit and inverter unit in a single casing. It is currently the most widely used frequency converter and generally only drives one electric motor, used for general industrial loads. The configuration method used is a combination of JTAG and AS, so the configuration circuit must meet both AS and JTAG configuration requirements. The configuration chip adopts EPCS1. According to the specific connection method and pin characteristics of the configuration method mentioned above. When driving loads such as elevators, lifts, and reversible rolling mills with high-performance universal frequency converters, four quadrant operation is required, so an energy feedback unit must be configured. The function of the energy feedback unit is to feed back the regenerative energy generated during the braking of the electric motor to the power grid.
2.2. Application of Variable Frequency Speed Control Technology in Industrial Electrical Automation Control
(1) Adaptive motor model unit. The function of the adaptive motor model unit is to automatically identify the basic parameters of the motor by detecting the voltage and current input to the motor. This motor model is a key unit of direct torque control. For most industrial applications, if the speed control accuracy is greater than 0.5%, closed-loop speed feedback can be used.
(2) Torque comparator and magnetic flux comparator. The function of this type of comparator is to compare the feedback value with its reference value every 20ms, and output the state of torque or magnetic field by using a two-point hysteresis regulator.
(3) Sélecteur d'optimisation d'impulsions. Nous avons sélectionné la puce Cyclone II EP2C5Q208C8 pour le traitement de l'information, puis conçu l'implémentation FPGA de la source de signal pour la modulation OFDM. Nous avons écrit un circuit composé de cinq modules, implémentant principalement la transformée de Fourier rapide (FFT) de mappage de constellation, l'insertion d'un préfixe cyclique, un module tampon et des fonctions de conversion numérique-analogique (D/A). Une source de signal OFDM a ainsi été conçue, et les fonctions de chaque module ont été simulées et vérifiées. La source de signal OFDM a finalement été finalisée, incluant la simulation logicielle et la vérification matérielle sur FPGA. En raison de la variabilité importante de la capacité des condensateurs électrolytiques, ces derniers sont soumis à des tensions inégales. Par conséquent, une résistance d'égalisation de tension de même valeur est connectée en parallèle à chaque condensateur afin d'éliminer l'influence de cette variabilité. Afin d'éviter que le courant de charge (courant d'appel) traversant le condensateur n'endommage le circuit redresseur et ne provoque d'autres dommages lors de la mise sous tension, des mesures de suppression du courant d'appel ont également été intégrées au circuit de stockage.
La conservation de l'énergie et la réduction de la consommation sont essentielles pour diminuer les coûts de production, et la réduction des coûts est un levier efficace pour renforcer la compétitivité des produits. Outre l'ajout de ces modules fonctionnels, il est également nécessaire d'optimiser en continu la conception finale tout au long du processus, afin d'améliorer les performances et de réaliser des économies de ressources. L'objectif est d'intégrer l'ensemble du système sur une seule puce FPGA, de réaliser d'importantes économies d'énergie et d'améliorer les conditions de fabrication.