Os fornecedores de equipamentos de suporte para conversores de frequência lembram que os conversores de frequência são conversores de energia em sistemas de controle de movimento. O sistema de controle de movimento atual é uma área técnica que envolve múltiplas disciplinas, e a tendência geral de desenvolvimento é: acionamento por corrente alternada, conversores de energia de alta frequência, controle digital, inteligente e em rede. Portanto, como um componente importante de conversão de energia do sistema, os conversores de frequência evoluíram rapidamente, fornecendo fontes de energia CA controláveis, de alto desempenho, com tensão e frequência variáveis.
No século XXI, o substrato da eletrônica de potência foi transformado do Si (silício) para o SiC (carboneto de silício), inaugurando uma era de alta tensão, grande capacidade, alta frequência, componentes modulares, miniaturização, inteligência e baixo custo para novos dispositivos eletrônicos de potência. Diversos novos equipamentos elétricos adequados para regulação de velocidade por frequência variável estão sendo desenvolvidos e pesquisados atualmente. O rápido desenvolvimento da tecnologia da informação e a inovação contínua da teoria de controle influenciarão a tendência de desenvolvimento dos conversores de frequência.
Com a expansão do mercado e a diversificação das demandas dos usuários, as funções dos conversores de frequência nacionais estão em constante aprimoramento e expansão, com maior integração e sistematização, e alguns produtos especializados já surgiram. Relata-se que, nos últimos anos, o mercado de conversores de frequência na China manteve uma taxa de crescimento de 12 a 15%, e espera-se que mantenha uma taxa de crescimento acima de 10% por pelo menos os próximos 5 anos. Atualmente, a taxa de crescimento da capacidade instalada (potência) de conversores de frequência no mercado chinês gira em torno de 20%. Espera-se que o mercado de conversores de frequência atinja a saturação e amadureça gradualmente em pelo menos 10 anos.
1. Inteligência
Após a instalação do conversor de frequência inteligente no sistema, não há necessidade de realizar tantas configurações funcionais. Ele pode ser operado e usado facilmente, com exibição clara do status de funcionamento, permitindo diagnóstico e solução de problemas, e até mesmo conversão automática de componentes. A internet pode ser usada para monitoramento remoto, possibilitando a interligação de múltiplos inversores de acordo com os procedimentos do processo, formando um sistema integrado de gerenciamento e controle de inversores otimizado.
2. Especialização
Com base nas características de um determinado tipo de carga, a fabricação de conversores de frequência especializados não só é benéfica para o controle econômico e eficaz do motor da carga, como também pode reduzir os custos de fabricação. Por exemplo, conversores de frequência para ventiladores e bombas, conversores de frequência para máquinas de elevação, conversores de frequência para controle de elevadores, conversores de frequência para controle de tensão e conversores de frequência para ar condicionado.
3. Integração
O conversor de frequência integra seletivamente componentes funcionais relevantes, como sistema de identificação de parâmetros, regulador PID, controlador PLC e unidade de comunicação, em uma única máquina integrada. Isso não só aprimora a funcionalidade e aumenta a confiabilidade do sistema, como também reduz efetivamente o volume do sistema e minimiza as conexões de circuitos externos. Segundo relatos, uma máquina combinada integrada de conversor de frequência e motor elétrico foi desenvolvida, tornando todo o sistema menor e mais fácil de controlar.
4. Proteção Ambiental
Proteger o meio ambiente e fabricar produtos "verdes" é um conceito novo para a humanidade. No futuro, os conversores de frequência terão como foco principal a conservação de energia e a baixa poluição, ou seja, a minimização da poluição e da interferência de ruídos e harmônicos na rede elétrica e em outros equipamentos elétricos durante o uso.
5. O desligamento automático, a modularização, a integração e a inteligência dos componentes de comutação de energia no circuito principal aumentaram continuamente a frequência de comutação e reduziram ainda mais as perdas de comutação.
6. Em termos da estrutura topológica do circuito principal do conversor de frequência:
O conversor do lado da rede do conversor de frequência geralmente utiliza um conversor de 6 pulsos para dispositivos de baixa tensão e baixa capacidade, enquanto um conversor multiplexado de 12 pulsos ou mais é usado para dispositivos de média tensão e alta capacidade. Os conversores do lado da carga geralmente utilizam inversores de ponte de dois níveis para dispositivos de baixa tensão e baixa capacidade, enquanto inversores multiníveis são usados para dispositivos de média tensão e alta capacidade. Para a transmissão em quatro quadrantes, a fim de obter a realimentação de energia regenerativa para a rede e economizar energia, o inversor do lado da rede deve ser um inversor reversível. Ao mesmo tempo, surgiu um inversor PWM duplo com fluxo de potência bidirecional. O controle adequado do inversor do lado da rede pode fazer com que a corrente de entrada se aproxime de uma onda senoidal e reduza a poluição da rede. Atualmente, tanto conversores de frequência de baixa quanto de média tensão possuem produtos com essa característica.
7. Os métodos de controle para inversores de tensão variável com modulação por largura de pulso podem incluir controle por modulação por largura de pulso senoidal (SPWM), controle PWM para eliminar ordens harmônicas específicas, controle de rastreamento de corrente e controle de vetor espacial de tensão (controle de rastreamento de fluxo magnético).
8. O progresso dos métodos de controle de ajuste de conversão de frequência para motores elétricos CA se reflete principalmente no desenvolvimento de sistemas de controle vetorial e controle direto de torque sem sensores de velocidade, que passaram do controle escalar para o controle vetorial de alto desempenho dinâmico e o controle direto de torque.
9. O avanço dos microprocessadores tornou o controle digital a direção de desenvolvimento dos controladores modernos: os sistemas de controle de movimento são sistemas rápidos, especialmente o controle de alto desempenho de motores CA, que exigem o armazenamento de diversos dados e o processamento rápido em tempo real de grandes quantidades de informações. Nos últimos anos, grandes empresas estrangeiras lançaram sucessivamente núcleos baseados em DSP (Processador Digital de Sinal), combinados com circuitos funcionais periféricos necessários para o controle de motores, integrados em um único chip, denominado controlador de motor DSP de chip único. O preço foi significativamente reduzido, o volume foi diminuído, a estrutura é compacta, o uso é conveniente e a confiabilidade foi aprimorada. Comparado aos microcontroladores comuns, o DSP aumentou seu poder de processamento digital em 10 a 15 vezes, garantindo um desempenho de controle superior do sistema.
O controle digital simplifica o hardware, e algoritmos de controle flexíveis proporcionam grande flexibilidade no controle, permitindo a implementação de leis de controle complexas e tornando a teoria de controle moderna uma realidade em sistemas de controle de movimento. Facilita a conexão com sistemas de nível superior para transmissão de dados, simplifica o diagnóstico de falhas, fortalece as funções de proteção e monitoramento e torna o sistema inteligente (como alguns conversores de frequência que possuem funções de autoajuste).
10. Os motores síncronos de corrente alternada (CA) tornaram-se uma nova estrela na transmissão ajustável de CA, especialmente os motores síncronos de ímã permanente. O motor possui estrutura sem escovas, alto fator de potência e alta eficiência, e a velocidade do rotor é rigorosamente sincronizada com a frequência da rede elétrica. Existem dois tipos principais de sistemas de controle de velocidade com frequência variável para motores síncronos: controle externo de frequência variável e controle automático de frequência variável. O princípio do motor síncrono com controle automático de frequência variável é muito semelhante ao do motor CC, substituindo o comutador mecânico do motor CC por um conversor eletrônico de potência. Quando se utiliza um conversor de tensão CA-CC-CA, o motor é chamado de "motor CC sem comutador" ou "motor CC sem escovas (BLDC)". O sistema tradicional de controle de velocidade com frequência variável para máquinas síncronas com controle automático possui um sensor de posição do rotor, e um sistema sem sensor de posição do rotor está atualmente em desenvolvimento. O método de controle de frequência variável para motores síncronos também pode utilizar controle vetorial, que é mais simples do que o controle vetorial orientado pelo campo magnético do rotor em motores assíncronos.
Em resumo, a tendência de desenvolvimento da tecnologia de conversores de frequência aponta para inteligência, facilidade de operação, funcionalidade sólida, segurança e confiabilidade, proteção ambiental, baixo ruído, baixo custo e miniaturização.