Постачальники допоміжного обладнання для перетворювачів частоти нагадують, що перетворювачі частоти – це перетворювачі потужності в системах керування рухом. Сучасні системи керування рухом – це технічна галузь, яка охоплює кілька дисциплін, а загальна тенденція розвитку полягає в наступному: перетворювачі потужності, що керуються змінним струмом, високочастотні перетворювачі потужності, цифрове, інтелектуальне та мережеве керування. Тому, як важливий компонент системи перетворення потужності, перетворювачі частоти швидко розвивалися, забезпечуючи керовані високопродуктивні джерела змінного струму зі змінною напругою та частотою.
У 21 столітті підкладка силової електроніки трансформувалася з Si (кремнію) на SiC (карбід кремнію), що започаткувало еру високої напруги, великої ємності, високої частоти, модульних компонентів, мініатюризації, інтелекту та низької вартості для нових силових електронних пристроїв. Наразі розробляється та досліджується різноманітне нове електричне обладнання, придатне для регулювання швидкості зі змінною частотою. Швидкий розвиток ІТ-технологій та постійні інновації в теорії керування впливатимуть на тенденції розвитку перетворювачів частоти.
З розширенням ринку та диверсифікацією потреб користувачів, функції вітчизняних перетворювачів частоти постійно вдосконалюються та розширюються, з вищою інтеграцією та систематизацією, і вже з'явилися деякі спеціалізовані продукти перетворювачів частоти. Повідомляється, що в останні роки ринок перетворювачів частоти в Китаї підтримував темпи зростання на рівні 12-15%, і очікується, що він підтримуватиме темпи зростання понад 10% протягом щонайменше наступних 5 років. Наразі темпи зростання встановленої потужності перетворювачів частоти на китайському ринку фактично становлять близько 20%. Очікується, що ринок перетворювачів частоти досягне насичення та поступово дозріє щонайменше через 10 років.
1. Інтелект
Після встановлення інтелектуального перетворювача частоти в систему немає потреби виконувати стільки функціональних налаштувань, ним легко керувати та використовувати, він має чітке відображення робочого стану, а також може виконувати діагностику та усунення несправностей, а також автоматичне перетворення компонентів. Інтернет можна використовувати для дистанційного моніторингу, щоб реалізувати зв'язок кількох інверторів відповідно до технологічних процедур, формуючи оптимізовану інтегровану систему керування та контролю інверторів.
2. Спеціалізація
Виходячи з характеристик певного типу навантаження, виробництво спеціалізованих перетворювачів частоти не тільки вигідне для економічного та ефективного керування двигуном навантаження, але й може знизити виробничі витрати. Наприклад, перетворювачі частоти для вентиляторів та насосів, перетворювачі частоти для підйомних механізмів, перетворювачі частоти для керування ліфтами, перетворювачі частоти для керування натягом та перетворювачі частоти для кондиціонування повітря.
3. Інтеграція
Перетворювач частоти вибірково інтегрує відповідні функціональні компоненти, такі як система ідентифікації параметрів, ПІД-регулятор, ПЛК-контролер та комунікаційний блок, в єдину машину, що не тільки покращує функціональність та підвищує надійність системи, але й ефективно зменшує обсяг системи та мінімізує кількість зовнішніх з'єднань. Згідно з повідомленнями, була розроблена інтегрована комбінована машина з перетворювача частоти та електродвигуна, що робить всю систему меншою за розміром та легшою в управлінні.
4. Захист навколишнього середовища
Захист навколишнього середовища та виробництво «зеленої» продукції – це нова концепція для людства. У майбутньому перетворювачі частоти будуть більше зосереджені на енергозбереженні та низькому рівні забруднення, тобто на мінімізації забруднення та перешкод шуму та гармонік в електромережі та іншому електрообладнанні під час використання.
5. Самовимкнення, модуляризація, інтеграція та інтелектуальність компонентів комутації живлення в головному колі дозволили постійно збільшувати частоту комутації та ще більше зменшувати втрати на комутацію.
6. Щодо топологічної структури головного кола перетворювача частоти:
У мережевому перетворювачі частоти часто використовується 6-імпульсний перетворювач для пристроїв низької напруги та малої потужності, тоді як для пристроїв середньої напруги та великої потужності використовується мультиплексний 12-імпульсний або більше перетворювач. У перетворювачах навантаження часто використовуються дворівневі мостові інвертори для пристроїв низької напруги та малої потужності, тоді як багаторівневі інвертори використовуються для пристроїв середньої напруги та великої потужності. Для передачі чотириквадрантного режиму роботи, щоб досягти рекуперативного зворотного зв'язку з мережею та заощадити енергію, мережевий інвертор повинен бути реверсивним інвертором. Водночас з'явився подвійний ШІМ-інвертор з двонаправленим потоком потужності. Правильне керування мережевим інвертором може наблизити вхідний струм до синусоїди та зменшити забруднення мережі. Наразі такі продукти використовуються як для низьковольтних, так і для середньовольтних перетворювачів частоти.
7. Методи керування інверторами змінної напруги з широтно-імпульсною модуляцією можуть включати керування синусоїдальною широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ), ШІМ-керування для усунення заданих порядків гармонік, керування відстеженням струму та керування вектором простору напруги (керування відстеженням магнітного потоку).
8. Прогрес у методах керування регулюванням частотного перетворення для електродвигунів змінного струму головним чином відображається в розвитку систем векторного керування та прямого керування крутним моментом без датчиків швидкості, які перейшли від скалярного керування до високодинамічного векторного керування та прямого керування крутним моментом.
9. Розвиток мікропроцесорів зробив цифрове керування напрямком розвитку сучасних контролерів: системи керування рухом – це швидкі системи, особливо високопродуктивне керування двигунами змінного струму, які потребують зберігання різноманітних даних та швидкої обробки великих обсягів інформації в режимі реального часу. В останні роки великі іноземні компанії послідовно випустили ядра на базі DSP (цифрового сигнального процесора), поєднані з периферійними функціональними схемами, необхідними для керування двигуном, інтегровані в один чіп, який називається однокристальним контролером двигуна DSP. Ціна значно знижена, обсяг зменшений, структура компактна, використання зручне, а надійність підвищена. Порівняно зі звичайними мікроконтролерами, DSP збільшив свою цифрову обчислювальну потужність у 10-15 разів, що забезпечує чудову продуктивність керування системою.
Цифрове керування спрощує апаратне забезпечення, а гнучкі алгоритми керування забезпечують велику гнучкість в управлінні, дозволяючи реалізовувати складні закони керування та втілюючи сучасну теорію керування в реальність систем керування рухом. Його легко підключати до систем вищого рівня для передачі даних, полегшувати діагностику несправностей, посилювати функції захисту та моніторингу, а також робити систему інтелектуальною (наприклад, деякі перетворювачі частоти мають функції саморегулювання).
10. Синхронні двигуни змінного струму стали новою зіркою в регульованих передачах змінного струму, особливо синхронні двигуни з постійними магнітами. Двигун має безщіткову структуру, високий коефіцієнт потужності та високий ККД, а швидкість ротора суворо синхронізована з частотою живлення. Існує два основних типи систем керування швидкістю синхронних двигунів зі змінною частотою: зовнішнє керування зі змінною частотою та автоматичне керування зі змінною частотою. Принцип самокерованого синхронного двигуна зі змінною частотою дуже схожий на принцип роботи двигуна постійного струму, замінюючи механічний колектор двигуна постійного струму силовим електронним перетворювачем. При використанні перетворювача напруги AC-DC-AC його називають "безколекторним двигуном постійного струму" або "безщітковим двигуном постійного струму (BLDC)". Традиційна система керування швидкістю синхронних машин зі змінною частотою зі самокерованим двигуном має датчик положення ротора, і зараз розробляється система без датчика положення ротора. Метод керування зі змінною частотою синхронних двигунів також може використовувати векторне керування, яке простіше, ніж асинхронні двигуни, з точки зору векторного керування, орієнтованого відповідно до магнітного поля ротора.
Коротше кажучи, тенденція розвитку технології перетворювачів частоти спрямована на інтелект, простоту експлуатації, надійну функціональність, безпеку та надійність, захист навколишнього середовища, низький рівень шуму, низьку вартість та мініатюризацію.