I fornitori di apparecchiature di supporto per convertitori di frequenza ricordano che i convertitori di frequenza sono convertitori di potenza nei sistemi di controllo del movimento. L'attuale sistema di controllo del movimento è un campo tecnico che coinvolge molteplici discipline e la tendenza generale di sviluppo è: convertitori di potenza ad alta frequenza azionati da corrente alternata, controllo digitale, intelligente e in rete. Pertanto, come importante componente di conversione di potenza del sistema, i convertitori di frequenza si sono sviluppati rapidamente fornendo sorgenti di alimentazione CA a tensione e frequenza variabili, controllabili e ad alte prestazioni.
Nel XXI secolo, il substrato dell'elettronica di potenza è stato trasformato dal Si (silicio) al SiC (carburo di silicio), inaugurando un'era di alta tensione, grande capacità, alta frequenza, componenti modulari, miniaturizzazione, intelligenza e bassi costi per i nuovi dispositivi elettronici di potenza. Sono attualmente in fase di sviluppo e ricerca diverse nuove apparecchiature elettriche adatte alla regolazione della velocità a frequenza variabile. Il rapido sviluppo della tecnologia informatica e la continua innovazione della teoria del controllo influenzeranno il trend di sviluppo dei convertitori di frequenza.
Con l'espansione del mercato e la diversificazione delle esigenze degli utenti, le funzionalità dei convertitori di frequenza domestici sono in costante miglioramento e aumento, con una maggiore integrazione e sistematizzazione, e sono già emersi alcuni prodotti specializzati per convertitori di frequenza. Si segnala che negli ultimi anni il mercato dei convertitori di frequenza in Cina ha mantenuto un tasso di crescita del 12-15% e si prevede che manterrà un tasso di crescita superiore al 10% per almeno i prossimi 5 anni. Attualmente, il tasso di crescita della capacità installata (potenza) dei convertitori di frequenza nel mercato cinese si aggira intorno al 20%. Si prevede che il mercato dei convertitori di frequenza raggiungerà la saturazione e maturerà gradualmente entro almeno 10 anni.
1. Intelligenza
Una volta installato il convertitore di frequenza intelligente nel sistema, non è necessario eseguire numerose impostazioni funzionali, è facile da utilizzare e utilizzare, con un'evidente visualizzazione dello stato di funzionamento, e può eseguire la diagnosi e la risoluzione dei guasti, nonché la conversione automatica dei componenti. Internet può essere utilizzato per il monitoraggio remoto, consentendo il collegamento di più inverter in base alle procedure di processo, formando un sistema di gestione e controllo integrato ottimizzato.
2. Specializzazione
In base alle caratteristiche di un determinato tipo di carico, la produzione di convertitori di frequenza specializzati non solo è vantaggiosa per controllare in modo economico ed efficace il motore del carico, ma può anche ridurre i costi di produzione. Ad esempio, convertitori di frequenza per ventilatori e pompe, convertitori di frequenza per macchine di sollevamento, convertitori di frequenza per il controllo degli ascensori, convertitori di frequenza per il controllo della tensione e convertitori di frequenza per l'aria condizionata.
3. Integrazione
Il convertitore di frequenza integra selettivamente componenti funzionali rilevanti, come il sistema di identificazione dei parametri, il regolatore PID, il controllore PLC e l'unità di comunicazione, in un'unica macchina integrata, che non solo migliora la funzionalità e aumenta l'affidabilità del sistema, ma riduce anche efficacemente il volume del sistema e minimizza i collegamenti dei circuiti esterni. Secondo quanto riportato, è stata sviluppata una macchina combinata integrata di convertitore di frequenza e motore elettrico, riducendo le dimensioni dell'intero sistema e rendendolo più facile da controllare.
4. Protezione ambientale
Proteggere l'ambiente e produrre prodotti "green" è un concetto nuovo per l'umanità. In futuro, i convertitori di frequenza si concentreranno maggiormente sul risparmio energetico e sul basso inquinamento, ovvero sulla riduzione al minimo dell'inquinamento e delle interferenze di rumore e armoniche sulla rete elettrica e su altre apparecchiature elettriche durante l'uso.
5. Lo spegnimento automatico, la modularizzazione, l'integrazione e l'intelligenza dei componenti di commutazione di potenza nel circuito principale hanno aumentato costantemente la frequenza di commutazione e ridotto ulteriormente le perdite di commutazione.
6. In termini di struttura topologica del circuito principale del convertitore di frequenza:
Il convertitore lato rete del convertitore di frequenza utilizza spesso un convertitore a 6 impulsi per dispositivi a bassa tensione e piccola capacità, mentre un convertitore multiplexato a 12 impulsi o più viene utilizzato per dispositivi a media tensione e grande capacità. I convertitori lato carico utilizzano spesso inverter a ponte a due livelli per dispositivi a bassa tensione e piccola capacità, mentre gli inverter multilivello vengono utilizzati per dispositivi a media tensione e grande capacità. Per la trasmissione del funzionamento a quattro quadranti, al fine di ottenere un feedback di energia rigenerativa alla rete e risparmiare energia, l'inverter lato rete dovrebbe essere un inverter reversibile. Allo stesso tempo, è emerso un inverter PWM doppio con flusso di potenza bidirezionale. Un corretto controllo dell'inverter lato rete può far sì che la corrente di ingresso si avvicini a un'onda sinusoidale e ridurre l'inquinamento della rete. Attualmente, sia i convertitori di frequenza a bassa che a media tensione dispongono di tali prodotti.
7. I metodi di controllo per gli inverter a tensione variabile con modulazione di larghezza di impulso possono includere il controllo con modulazione di larghezza di impulso a onda sinusoidale (SPWM), il controllo PWM per eliminare ordini armonici specifici, il controllo del tracciamento della corrente e il controllo del vettore spaziale della tensione (controllo del tracciamento del flusso magnetico).
8. Il progresso dei metodi di controllo della regolazione della conversione di frequenza per i motori elettrici a corrente alternata si riflette principalmente nello sviluppo di sistemi di controllo vettoriale e di controllo diretto della coppia senza sensori di velocità, che sono passati dal controllo scalare al controllo vettoriale ad alte prestazioni dinamiche e al controllo diretto della coppia.
9. L'avanzamento dei microprocessori ha reso il controllo digitale la direzione di sviluppo dei moderni controllori: i sistemi di controllo del movimento sono sistemi veloci, in particolare il controllo ad alte prestazioni dei motori a corrente alternata che richiedono l'archiviazione di vari dati e l'elaborazione rapida in tempo reale di grandi quantità di informazioni. Negli ultimi anni, importanti aziende straniere hanno lanciato core basati su DSP (Digital Signal Processor), combinati con circuiti funzionali periferici necessari per il controllo del motore, integrati in un singolo chip chiamato controller motore DSP a chip singolo. Il prezzo è notevolmente ridotto, il volume è ridotto, la struttura è compatta, l'uso è pratico e l'affidabilità è migliorata. Rispetto ai normali microcontrollori, il DSP ha aumentato la sua potenza di elaborazione digitale di 10-15 volte per garantire prestazioni di controllo superiori del sistema.
Il controllo digitale semplifica l'hardware e gli algoritmi di controllo flessibili offrono una grande flessibilità di controllo, consentendo l'implementazione di leggi di controllo complesse e rendendo la moderna teoria del controllo una realtà nei sistemi di controllo del movimento. È facile da collegare ai sistemi di livello superiore per la trasmissione dei dati, facilita la diagnosi dei guasti, rafforza le funzioni di protezione e monitoraggio e rende il sistema intelligente (come alcuni convertitori di frequenza dotati di funzioni di autoregolazione).
10. I motori sincroni a corrente alternata (CA) sono diventati una nuova stella nella trasmissione regolabile in corrente alternata, in particolare i motori sincroni a magneti permanenti. Il motore ha una struttura brushless, un elevato fattore di potenza e un'elevata efficienza, e la velocità del rotore è strettamente sincronizzata con la frequenza di rete. Esistono due tipi principali di sistemi di controllo della velocità a frequenza variabile per motori sincroni: a frequenza variabile con controllo esterno e a frequenza variabile con controllo automatico. Il principio del motore sincrono a frequenza variabile autocontrollato è molto simile a quello del motore a corrente continua, sostituendo il commutatore meccanico del motore a corrente continua con un convertitore elettronico di potenza. Quando si utilizza un convertitore di tensione CA-CC-CA, si parla di "motore CC senza commutatore" o "motore CC senza spazzole (BLDC)". Il tradizionale sistema di controllo della velocità per macchine sincrone a frequenza variabile autocontrollato è dotato di un sensore di posizione del rotore, ed è attualmente in fase di sviluppo un sistema senza sensore di posizione del rotore. Il metodo di controllo a frequenza variabile dei motori sincroni può anche utilizzare il controllo vettoriale, che è più semplice dei motori asincroni in termini di controllo vettoriale orientato in base al campo magnetico del rotore.
In breve, la tendenza di sviluppo della tecnologia dei convertitori di frequenza è verso l'intelligenza, la facilità d'uso, la funzionalità solida, la sicurezza e l'affidabilità, la tutela dell'ambiente, il basso rumore, i bassi costi e la miniaturizzazione.