ผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์สนับสนุนตัวแปลงความถี่ขอย้ำว่าตัวแปลงความถี่คือตัวแปลงกำลังไฟฟ้าในระบบควบคุมการเคลื่อนที่ ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ในปัจจุบันเป็นสาขาเทคนิคที่ครอบคลุมหลายสาขาวิชา และแนวโน้มการพัฒนาโดยรวมคือ ตัวแปลงความถี่ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวแปลงความถี่สูง ดิจิทัล อัจฉริยะ และการควบคุมแบบเครือข่าย ดังนั้น ตัวแปลงความถี่จึงพัฒนาอย่างรวดเร็วในฐานะส่วนประกอบสำคัญของการแปลงพลังงาน โดยจัดหาแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับที่ควบคุมได้ แรงดันไฟฟ้าแปรผันประสิทธิภาพสูง และความถี่แปรผัน
ในศตวรรษที่ 21 รากฐานของอิเล็กทรอนิกส์กำลังได้เปลี่ยนจาก Si (ซิลิคอน) ไปเป็น SiC (ซิลิคอนคาร์ไบด์) นำไปสู่ยุคแห่งแรงดันไฟฟ้าสูง ความจุสูง ความถี่สูง ส่วนประกอบแบบแยกส่วน การย่อส่วน ความชาญฉลาด และต้นทุนต่ำสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังรุ่นใหม่ ปัจจุบันมีการพัฒนาและวิจัยอุปกรณ์ไฟฟ้าใหม่ๆ ที่เหมาะสำหรับการควบคุมความเร็วความถี่แปรผัน การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีไอทีและนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องของทฤษฎีการควบคุมจะส่งผลต่อแนวโน้มการพัฒนาตัวแปลงความถี่
ด้วยการขยายตัวของตลาดและความต้องการของผู้ใช้ที่หลากหลายขึ้น ฟังก์ชันการทำงานของผลิตภัณฑ์แปลงความถี่ภายในประเทศจึงได้รับการพัฒนาและเติบโตอย่างต่อเนื่อง รวมถึงการบูรณาการและการจัดระบบที่มากขึ้น และผลิตภัณฑ์แปลงความถี่เฉพาะทางบางรายการก็ได้ถือกำเนิดขึ้นแล้ว มีรายงานว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตลาดแปลงความถี่ในจีนมีอัตราการเติบโตที่ 12-15% และคาดว่าจะรักษาอัตราการเติบโตมากกว่า 10% อย่างน้อยในอีก 5 ปีข้างหน้า ปัจจุบัน อัตราการเติบโตของกำลังการผลิตติดตั้ง (กำลังไฟฟ้า) ของแปลงความถี่ในตลาดจีนอยู่ที่ประมาณ 20% คาดว่าตลาดแปลงความถี่จะถึงจุดอิ่มตัวและค่อยๆ เติบโตเต็มที่ในอีกอย่างน้อย 10 ปีข้างหน้า
1. ความฉลาด
หลังจากติดตั้งตัวแปลงความถี่อัจฉริยะในระบบแล้ว ไม่จำเป็นต้องตั้งค่าฟังก์ชันต่างๆ มากมาย ใช้งานง่ายและสะดวก พร้อมหน้าจอแสดงสถานะการทำงานที่ชัดเจน วินิจฉัยและแก้ไขปัญหา รวมถึงแปลงส่วนประกอบอัตโนมัติ สามารถใช้อินเทอร์เน็ตเพื่อการตรวจสอบระยะไกลเพื่อเชื่อมโยงอินเวอร์เตอร์หลายตัวตามขั้นตอนการทำงาน ก่อให้เกิดระบบการจัดการและควบคุมอินเวอร์เตอร์แบบบูรณาการที่มีประสิทธิภาพสูงสุด
2. ความเชี่ยวชาญ
การผลิตตัวแปลงความถี่เฉพาะทางโดยพิจารณาจากคุณลักษณะเฉพาะของโหลดแต่ละประเภท ไม่เพียงแต่เป็นประโยชน์ต่อการควบคุมมอเตอร์ของโหลดอย่างมีประสิทธิภาพและประหยัดเท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนการผลิตได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ตัวแปลงความถี่สำหรับพัดลมและปั๊ม ตัวแปลงความถี่สำหรับเครื่องจักรยก ตัวแปลงความถี่สำหรับควบคุมลิฟต์ ตัวแปลงความถี่สำหรับควบคุมแรงดึง และตัวแปลงความถี่สำหรับเครื่องปรับอากาศ
3. การบูรณาการ
ตัวแปลงความถี่ได้รวมส่วนประกอบฟังก์ชันที่เกี่ยวข้อง เช่น ระบบระบุพารามิเตอร์ ตัวควบคุม PID ตัวควบคุม PLC และหน่วยสื่อสารไว้ในเครื่องเดียว ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ แต่ยังช่วยลดปริมาณระบบและลดการเชื่อมต่อวงจรภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ รายงานระบุว่ามีการพัฒนาเครื่องแปลงความถี่และมอเตอร์ไฟฟ้าแบบบูรณาการ ซึ่งทำให้ระบบทั้งหมดมีขนาดเล็กลงและควบคุมได้ง่ายขึ้น
4. การปกป้องสิ่งแวดล้อม
การปกป้องสิ่งแวดล้อมและการผลิตผลิตภัณฑ์ 'สีเขียว' เป็นแนวคิดใหม่สำหรับมนุษยชาติ ในอนาคต ตัวแปลงความถี่จะมุ่งเน้นไปที่การอนุรักษ์พลังงานและมลพิษต่ำมากขึ้น นั่นคือการลดมลพิษและการรบกวนจากสัญญาณรบกวนและฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ในระหว่างการใช้งาน
5. การปิดตัวเอง การสร้างโมดูล การบูรณาการ และความชาญฉลาดของส่วนประกอบการสลับพลังงานในวงจรหลักทำให้ความถี่ในการสลับเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและลดการสูญเสียในการสลับลงไปอีก
6. ในแง่ของโครงสร้างโทโพโลยีของวงจรหลักของตัวแปลงความถี่:
ตัวแปลงความถี่ด้านกริดมักใช้ตัวแปลง 6 พัลส์สำหรับอุปกรณ์แรงดันต่ำและความจุขนาดเล็ก ในขณะที่ตัวแปลง 12 พัลส์แบบมัลติเพล็กซ์หรือมากกว่าจะใช้สำหรับอุปกรณ์แรงดันปานกลางและความจุขนาดใหญ่ ตัวแปลงความถี่ด้านโหลดมักใช้อินเวอร์เตอร์แบบบริดจ์สองระดับสำหรับอุปกรณ์แรงดันต่ำและความจุขนาดเล็ก ในขณะที่อินเวอร์เตอร์แบบหลายระดับจะใช้สำหรับอุปกรณ์แรงดันปานกลางและความจุขนาดใหญ่ สำหรับการส่งสัญญาณแบบสี่ควอดแรนท์ เพื่อให้เกิดการป้อนกลับพลังงานกลับคืนสู่กริดและประหยัดพลังงาน อินเวอร์เตอร์ด้านกริดควรเป็นอินเวอร์เตอร์แบบกลับทิศทางได้ ในขณะเดียวกัน อินเวอร์เตอร์ PWM แบบคู่ที่มีการไหลของพลังงานแบบสองทิศทางก็ถือกำเนิดขึ้น การควบคุมอินเวอร์เตอร์ด้านกริดอย่างเหมาะสมสามารถทำให้กระแสอินพุตเข้าใกล้คลื่นไซน์และลดมลภาวะให้กับกริด ปัจจุบันตัวแปลงความถี่ทั้งแรงดันต่ำและแรงดันปานกลางมีผลิตภัณฑ์ประเภทนี้
7. วิธีการควบคุมอินเวอร์เตอร์แรงดันไฟฟ้าแปรผันแบบปรับความกว้างพัลส์ได้แก่ การควบคุมปรับความกว้างพัลส์คลื่นไซน์ (SPWM), การควบคุม PWM เพื่อกำจัดลำดับฮาร์มอนิกที่กำหนด, การควบคุมการติดตามกระแส และการควบคุมเวกเตอร์ช่องว่างแรงดันไฟฟ้า (การควบคุมการติดตามฟลักซ์แม่เหล็ก)
8. ความก้าวหน้าของวิธีการควบคุมการปรับการแปลงความถี่สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับสะท้อนให้เห็นเป็นหลักในการพัฒนาระบบควบคุมเวกเตอร์และระบบควบคุมแรงบิดโดยตรงโดยไม่ใช้เซ็นเซอร์ความเร็ว ซึ่งได้เปลี่ยนจากการควบคุมสเกลาร์ไปเป็นการควบคุมเวกเตอร์ประสิทธิภาพไดนามิกสูงและการควบคุมแรงบิดโดยตรง
9. ความก้าวหน้าของไมโครโปรเซสเซอร์ทำให้การควบคุมแบบดิจิทัลกลายเป็นทิศทางการพัฒนาของตัวควบคุมสมัยใหม่ ระบบควบคุมการเคลื่อนที่เป็นระบบที่รวดเร็ว โดยเฉพาะการควบคุมมอเตอร์ AC ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งต้องการการจัดเก็บข้อมูลที่หลากหลายและการประมวลผลข้อมูลจำนวนมากแบบเรียลไทม์ที่รวดเร็ว ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทต่างชาติรายใหญ่ได้เปิดตัวแกนประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) อย่างต่อเนื่อง ผสานรวมวงจรควบคุมมอเตอร์และอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ ไว้ในชิปตัวเดียวที่เรียกว่าตัวควบคุมมอเตอร์แบบชิปเดี่ยว (DSP) ราคาลดลงอย่างมาก ปริมาณลดลง โครงสร้างกะทัดรัด ใช้งานง่าย และความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่วไป DSP ได้เพิ่มพลังการประมวลผลดิจิทัลขึ้น 10-15 เท่า เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการควบคุมที่เหนือกว่า
การควบคุมแบบดิจิทัลช่วยลดความซับซ้อนของฮาร์ดแวร์ และอัลกอริทึมการควบคุมที่ยืดหยุ่นช่วยให้การควบคุมมีความยืดหยุ่นสูง ช่วยให้สามารถนำกฎการควบคุมที่ซับซ้อนมาใช้ได้ และทำให้ทฤษฎีการควบคุมสมัยใหม่กลายเป็นจริงในระบบควบคุมการเคลื่อนที่ เชื่อมต่อกับระบบระดับสูงเพื่อการส่งข้อมูลได้ง่าย ช่วยอำนวยความสะดวกในการวินิจฉัยข้อผิดพลาด เสริมประสิทธิภาพการป้องกันและการตรวจสอบ และทำให้ระบบมีความชาญฉลาด (เช่น ตัวแปลงความถี่บางรุ่นที่มีฟังก์ชันปรับค่าอัตโนมัติ)
10. มอเตอร์ซิงโครนัส AC กลายเป็นดาวเด่นดวงใหม่ในระบบส่งกำลังแบบปรับค่าได้ AC โดยเฉพาะอย่างยิ่งมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร มอเตอร์มีโครงสร้างแบบไร้แปรงถ่าน ตัวประกอบกำลังสูง และประสิทธิภาพสูง ความเร็วของโรเตอร์จะซิงโครไนซ์กับความถี่กำลังอย่างเคร่งครัด ระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์ซิงโครนัสมีสองประเภทหลัก ได้แก่ การควบคุมความถี่แบบควบคุมภายนอกและการควบคุมความถี่แบบควบคุมอัตโนมัติ หลักการของมอเตอร์ซิงโครนัสความถี่แบบควบคุมตัวเองนั้นคล้ายคลึงกับมอเตอร์ DC มาก โดยแทนที่คอมมิวเตเตอร์เชิงกลของมอเตอร์ DC ด้วยตัวแปลงไฟฟ้ากำลัง เมื่อใช้ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า AC-DC-AC จะเรียกว่า "มอเตอร์ DC แบบไม่มีคอมมิวเตเตอร์" หรือ "มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน (BLDC)" ระบบควบคุมความเร็วของเครื่องจักรแบบซิงโครนัสความถี่แบบควบคุมตัวเองแบบดั้งเดิมมีเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ และปัจจุบันกำลังพัฒนาระบบที่ไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ วิธีการควบคุมความถี่แบบควบคุมตัวเองของมอเตอร์ซิงโครนัสยังสามารถใช้การควบคุมแบบเวกเตอร์ ซึ่งง่ายกว่ามอเตอร์แบบอะซิงโครนัสในแง่ของการควบคุมเวกเตอร์ตามสนามแม่เหล็กของโรเตอร์
โดยสรุป แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีตัวแปลงความถี่มุ่งไปที่ความชาญฉลาด การใช้งานง่าย ฟังก์ชันการทำงานที่ดี ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ การปกป้องสิ่งแวดล้อม เสียงรบกวนต่ำ ต้นทุนต่ำ และขนาดเล็ก