ผู้จำหน่ายอุปกรณ์ป้อนกลับพลังงานอินเวอร์เตอร์ขอย้ำเตือนว่า ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ผู้คนจึงให้ความสำคัญกับการอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้ามากขึ้น จุดอ่อนของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรงแบบดั้งเดิมกำลังแสดงสัญญาณว่าไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของยุคสมัย คอมมิวเตเตอร์จำกัดการบำรุงรักษาและการใช้งานมอเตอร์กระแสตรง ดังนั้น ผู้คนจึงเริ่มศึกษาการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีควบคุมความเร็วไฟฟ้ากระแสสลับ และจนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1970 การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทคโนโลยีควบคุมและเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ จึงค่อยๆ แทนที่การควบคุมความเร็วไฟฟ้ากระแสตรงด้วยประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วไฟฟ้ากระแสสลับ ส่งผลให้เกิดเครื่องแปลงความถี่ขึ้น
1. เกี่ยวกับตัวแปลงความถี่
หน้าที่เริ่มแรกของตัวแปลงความถี่คือการควบคุมความเร็ว แต่ด้วยการพัฒนาทางเทคโนโลยี การใช้งานตัวแปลงความถี่ในปัจจุบันในประเทศจีนจึงมุ่งเน้นไปที่การอนุรักษ์พลังงานเป็นหลัก โดยเน้นบทบาทของการประหยัดพลังงานในด้านไฟฟ้า ประเทศของเรากำลังขาดแคลนพลังงาน และเนื่องจากปัญหาทางเทคโนโลยี อัตราการใช้พลังงานจึงไม่สูงนัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะแหล่งพลังงานสะอาด ไฟฟ้าจึงขาดแคลนอย่างมาก ท่ามกลางปริมาณการใช้ไฟฟ้ามหาศาล พลังงานในสภาวะประหยัดพลังงานคิดเป็นเพียงส่วนเล็กน้อยของการใช้พลังงานทั้งหมด อย่างไรก็ตาม จีนมีมอเตอร์ที่มีศักยภาพในการประหยัดพลังงานอยู่เป็นจำนวนมาก และการประยุกต์ใช้การประหยัดพลังงานมีแนวโน้มที่กว้างขวางและเป็นแนวโน้มที่จำเป็นอย่างยิ่ง ซึ่งยังส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีความถี่แปรผันในระดับหนึ่งอีกด้วย
2. เรื่องของฮาร์โมนิกส์
คลื่นความถี่เป็นปัญหาใหญ่ที่สุดในการทำงานของตัวแปลงความถี่ การพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ทำให้ตัวแปลงความถี่ทั่วไปสามารถกรองสัญญาณผ่านการออกแบบซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสม หลังจากประมวลผลแล้ว ตัวแปลงความถี่สามารถป้องกันและกรองฮาร์มอนิกส์อันดับสูงส่วนใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าเป็นไปตามมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือ ฯลฯ ของบริษัทบางแห่งมีอายุการใช้งานค่อนข้างนาน จึงมีความอ่อนไหวต่อฮาร์มอนิกส์อันดับสูงบางชนิดเป็นพิเศษ และไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้องเมื่อใช้ร่วมกับตัวแปลงความถี่ สาเหตุหลักของสถานการณ์นี้คือส่วนประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้นของวงจรเรียงกระแสและอินเวอร์เตอร์ของตัวแปลงความถี่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในแหล่งจ่ายไฟ ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนฮาร์มอนิกและส่งผลกระทบต่อผลการแปลงความถี่ วิธีแก้ปัญหาหลักคือการใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวนสำหรับเอาต์พุต และการต่อสายดินแบบปลายเดียวสามารถป้องกันการรบกวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเพิ่มตัวกรองในส่วนอินพุตและเอาต์พุตสามารถลดแอมพลิจูดของฮาร์มอนิกส์อันดับต่ำได้อย่างมาก และทำให้เกิดผลการประหยัดพลังงานโดยการกรองฮาร์มอนิกส์ สำหรับการควบคุมสัญญาณ โดยเฉพาะสัญญาณอนาล็อก มักใช้สายคู่บิดเกลียวหุ้มฉนวนสำหรับการออกแบบกราวด์ปลายเดียว ซึ่งสามารถป้องกันการรบกวนจากภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการควบคุม SPWM ที่ใช้ในตัวแปลงความถี่ในปัจจุบันมีผลดีต่อการควบคุมส่วนประกอบฮาร์มอนิกและควบคุมปัจจัยความเพี้ยน ดังนั้น ความสามารถในการป้องกันการรบกวนฮาร์มอนิกของตัวแปลงความถี่ PWM เมื่อเทียบกับตัวแปลงความถี่ควบคุม SPWM จึงมีช่องว่างอย่างมีนัยสำคัญ
3. การประยุกต์ใช้ตัวแปลงความถี่ในการผลิตทางอุตสาหกรรม
3.1 การประยุกต์ใช้ตัวแปลงความถี่ในเครื่องจักรและอุปกรณ์อุตสาหกรรมโหลดปั๊ม
เหตุผลที่ตัวแปลงความถี่สามารถนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องจักรและอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับภาระของปั๊ม เป็นเพราะเทคโนโลยีการควบคุมความเร็วที่ทรงพลัง ซึ่งใช้ความถี่ของสเตเตอร์ของมอเตอร์เพื่อปรับความเร็วของมอเตอร์ให้เหมาะสม ส่งผลให้สภาพการทำงานของภาระของปั๊มเปลี่ยนแปลงไป และทำให้อุปกรณ์เดิมสามารถตอบสนองความต้องการด้านการผลิตได้มากขึ้น หากภาระของอุปกรณ์เครื่องกลและปั๊มมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในการผลิตทางอุตสาหกรรม การใช้เทคโนโลยีตัวแปลงความถี่เพื่อควบคุมเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่จะช่วยให้ภาระของปั๊มสอดคล้องกับเงื่อนไขของกระบวนการผลิต บรรลุผลการประหยัดพลังงานที่ดีที่สุด ปรับปรุงระดับการผลิต เร่งกระบวนการอัตโนมัติในอุตสาหกรรม ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์ เพิ่มประสิทธิภาพการผลิต และช่วยให้องค์กรได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สูงขึ้น
3.2 การประยุกต์ใช้ตัวแปลงความถี่ในเครื่องจักรการผลิตพัดลมโหลดอุตสาหกรรม
โดยทั่วไปแล้ว พัดลมจะใช้ในระบบทำความเย็น ระบบหม้อไอน้ำ ระบบอบแห้ง และระบบระบายอากาศในกระบวนการผลิตเชิงอุตสาหกรรม ในกระบวนการผลิต เราจะควบคุมปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณอากาศและอุณหภูมิที่มีผลต่อการผลิต เพื่อให้ได้สภาวะที่เหมาะสมสำหรับเทคโนโลยีการผลิตและสภาพการทำงาน ในกระบวนการควบคุมก่อนหน้านี้ วิธีการที่มักใช้คือการปรับระดับการเปิดและปิดของช่องลมและแผ่นกั้น ข้อเสียของการใช้วิธีการควบคุมนี้คือ ไม่ว่ากระบวนการผลิตและสภาพการทำงานจะเป็นอย่างไร พัดลมจะทำงานด้วยความเร็วคงที่เสมอ ซึ่งไม่สอดคล้องกับสภาวะการผลิตและสภาพการทำงาน สิ้นเปลืองพลังงาน สิ้นเปลืองอุปกรณ์และวัสดุ ลดผลกำไรจากการผลิต และอายุการใช้งานของอุปกรณ์สั้นลง ตัวอย่างเช่น โรงงานเส้นใยเคมี โรงงานเหล็ก โรงงานปูนซีเมนต์ ฯลฯ ล้วนใช้พัดลม หากเราปรับช่องลมเพื่อเปลี่ยนปริมาณอากาศ มอเตอร์จะทำงานเต็มกำลังเสมอ แต่การเปิดของแผ่นกั้นลมจะอยู่ระหว่าง 50% ถึง 80% เท่านั้น ซึ่งถือเป็นพฤติกรรมที่สิ้นเปลือง เทคโนโลยีตัวแปลงความถี่ใช้ในการโหลดของพัดลม และประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นตอนสามารถขยายช่วงความเร็วของพัดลม ทำให้มีความน่าเชื่อถือมากขึ้น ง่ายต่อการกำหนดเวลา และบรรลุเงื่อนไขที่สูงสำหรับกระบวนการผลิตและสภาพการทำงาน
3.3 การประยุกต์ใช้ตัวแปลงความถี่ในการอนุรักษ์พลังงานและลดการใช้พลังงาน
ในสถานที่ที่มีภาระของมอเตอร์คงที่โดยทั่วไป เช่น โรงงานทอผ้าและโรงงานเหล็ก มอเตอร์มักจะทำงานที่กำลังไฟระดับหนึ่ง และประสิทธิภาพของตัวแปลงความถี่นั้นยากที่จะถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์อื่น เช่น การเร่งความเร็วและลดความเร็วที่ราบรื่น แรงบิดควบคุมที่แม่นยำ และความเสถียรในการทำงานที่ดี จึงสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างคุ้มค่า ในโรงงานเหล่านี้ ตัวแปลงความถี่ไม่เพียงแต่ประหยัดพลังงานเท่านั้น แต่ในทางกลับกัน ด้วยต้นทุนและการใช้พลังงานที่สูง ระบบทั้งหมดจึงมีราคาแพงและใช้พลังงานมากขึ้น ในทางกลับกัน ในการใช้งาน เช่น พัดลมและปั๊ม คุณสมบัติการประหยัดพลังงานและลดการใช้พลังงานจะเด่นชัดมาก ในการใช้งานเหล่านี้ ภาระกระแสไฟฟ้ามักจะเปลี่ยนแปลง หากใช้มอเตอร์หลายตัวพร้อมกัน จะทำให้ต้นทุนอุปกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างแน่นอน หากใช้วิธีควบคุมความเร็วแบบเดิม ก็จะไม่เอื้อต่อการบรรลุเป้าหมายของการผลิตแบบอัตโนมัติ ในกรณีนี้ ผู้ผลิตบางรายได้ผลิตตัวแปลงความถี่เฉพาะสำหรับการใช้งานนี้ ตัวแปลงความถี่ประเภทนี้ไม่มีคุณสมบัติในการควบคุมความเร็วและแรงบิดที่มีความแม่นยำสูง ดังนั้นต้นทุนการผลิตจึงต่ำมาก
4. การเลือกตัวแปลงความถี่
ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีการแปลงความถี่ ปัจจุบันมีตัวแปลงความถี่หลากหลายยี่ห้อและหลายข้อมูลในตลาด วิธีการควบคุมหลักๆ ได้แก่ วิธีการควบคุมแรงดันแบบแบนราบ เช่น เทคโนโลยี U/F=K วิธีการควบคุมแบบเวกเตอร์ หรือที่รู้จักกันในชื่อเทคโนโลยีเวกเตอร์ เทคโนโลยีการควบคุมแรงบิดโดยตรง (DTC) เป็นต้น องค์กรต่างๆ สามารถเลือกตัวแปลงความถี่ให้เหมาะสมกับสถานการณ์การใช้งานจริง เพื่อให้ตรงกับข้อกำหนดการควบคุมของอุปกรณ์ต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานตัวแปลงความถี่ในอุปกรณ์เครื่องกลที่มีโหลดแรงบิดแปรผัน ซึ่งสามารถประหยัดพลังงานได้ดีขึ้น ในส่วนของการเลือกความจุของตัวแปลงความถี่ ควรเลือกตามกระแสโหลดจริง นอกจากนี้ คุณยังสามารถเลือกตัวแปลงความถี่ที่มี PID ในตัวเพื่อควบคุมการกำหนดค่าตามความต้องการได้ ปัจจุบันตัวแปลงความถี่หลายรุ่นในท้องตลาดมีอินเทอร์เฟซแบบบัส และในกระบวนการผลิต ตัวแปลงความถี่จะทำหน้าที่เป็นโหนดในเครือข่ายเพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์สื่อสารอื่นๆ ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพและประหยัดพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อีกทั้งยังส่งเสริมแนวโน้มที่ดีของความแม่นยำและความชาญฉลาดในการควบคุมที่สูงขึ้น ปัจจุบันเทคโนโลยีฟิลด์บัสเป็นเทคโนโลยีอัตโนมัติขั้นสูงที่ผสานรวมเทคโนโลยีการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ เทคโนโลยีการสื่อสาร และเทคโนโลยีหลักการควบคุมอัตโนมัติเข้าด้วยกัน จึงสามารถส่งสัญญาณพารามิเตอร์หลายตัวบนสายคู่หนึ่งได้หลายฟังก์ชัน และจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์หลายเครื่อง ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดต้นทุนอีกด้วย
คุณสมบัติการประหยัดพลังงานของตัวแปลงความถี่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากสังคมและถูกนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายสาขา ตัวแปลงความถี่ตามท้องตลาดส่วนใหญ่ใช้เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ AC และปัจจุบันถือเป็นโซลูชันการควบคุมความเร็วที่เหมาะสมและมีแนวโน้มมากที่สุดในภาคการใช้งาน ที่สำคัญกว่านั้น ตัวแปลงความถี่ยังมีประสิทธิภาพในการประหยัดพลังงาน และการอนุรักษ์พลังงานเป็นประเด็นที่ต้องให้ความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาอุตสาหกรรมและการใช้พลังงาน และเป็นเครื่องรับประกันที่จำเป็นต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืนขององค์กรต่างๆ ด้วยประสิทธิภาพในการประหยัดพลังงานและเทคโนโลยีการควบคุมความเร็ว ตัวแปลงความถี่จึงกลายเป็นอุปกรณ์อัตโนมัติที่ได้รับความนิยมและได้รับการพัฒนาและนำไปใช้อย่างรวดเร็ว อนาคตของตัวแปลงความถี่มีแนวโน้มที่ดี และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายสาขา มีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นในการลดการใช้พลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพให้กับองค์กรต่างๆ การประยุกต์ใช้ตัวแปลงความถี่ยังมีแนวโน้มการพัฒนาที่กว้างขวาง