Frekvenčný menič je zariadenie, ktoré premieňa výkon priemyselnej frekvencie (50 Hz alebo 60 Hz) na striedavý výkon rôznych frekvencií, aby sa realizovala prevádzka motorov s premenlivou rýchlosťou, v ktorej riadiaci obvod dokončuje riadenie hlavného obvodu, obvod usmerňovača premieňa striedavý výkon na jednosmerný prúd, medziobvod jednosmerného prúdu vyhladzuje a filtruje výstup obvodu usmerňovača a spätný obvod striedavého striedavého prúdu reverzuje výkon. Pre invertory s vektorovým riadením, ktoré vyžadujú veľa výpočtov, je niekedy potrebný CPU na výpočet krútiaceho momentu a niektoré zodpovedajúce obvody. Regulácia otáčok meniča sa dosiahne zmenou frekvencie napájania statorových vinutí motora.
Existuje mnoho spôsobov, ako kategorizovať frekvenčný menič, podľa klasifikácie pracovného režimu hlavného obvodu ho možno rozdeliť na napäťový -typ frekvenčného meniča a prúdový -frekvenčný menič; podľa klasifikácie spínacieho režimu ho možno rozdeliť na PAM-riadený frekvenčný menič, PWM-riadený frekvenčný menič a vysoko-frekvenciu zaťaženia PWM-riadený frekvenčný menič; podľa klasifikácie pracovného princípu ho možno rozdeliť na frekvenčný menič riadený U/f-, frekvenčný menič s rotačným frekvenčným riadením a frekvenčný menič s vektorovým riadením atď.; podľa použitia Podľa klasifikácie pracovného princípu ho možno rozdeliť na -univerzálny menič, vysoko-výkonný špeciálny menič,{10}}vysokofrekvenčný menič, jednofázový menič a trojfázový menič.
VVVF:zmeniť napätie, zmeniť frekvenciu CVCF: konštantné napätie, konštantná frekvencia. AC napájací zdroj používaný v rôznych krajinách, či už pre domácnosti alebo továrne, má napätie a frekvenciu 400V/50Hz alebo 200V/60Hz (50Hz) atď. Vo všeobecnosti sa zariadenie, ktoré premieňa striedavý prúd s pevným napätím a frekvenciou na striedavý prúd s premenlivým napätím alebo frekvenciou, nazýva „invertor“. Aby sa produkovalo premenlivé napätie a frekvencia, zariadenie najprv premení striedavý prúd napájacieho zdroja na jednosmerný prúd (DC).
Meniče používané na riadenie motora môžu meniť napätie aj frekvenciu.
Ako fungujú frekvenčné meniče
Vieme, že vyjadrenie synchrónnej rýchlosti bitu striedavého motora:
n = 60 f (1-s)/p (1)
Vo vzorci
n --- rýchlosť asynchrónneho motora;
f --- frekvencia asynchrónneho motora;
s --- rýchlosť otáčania motora;
p---počet párov pólov motora.
Z rovnice (1) je zrejmé, že rýchlosť otáčania n je priamo úmerná frekvencii f, pokiaľ možno frekvenciu f meniť na zmenu rýchlosti otáčania motora, keď sa frekvencia f mení v rozsahu 0 až 50 Hz, rozsah nastavenia rýchlosti motora je veľmi široký. Frekvenčný menič je pomocou zmeny frekvencie napájania motora realizovaním regulácie otáčok ideálnym prostriedkom pre vysokú účinnosť a vysokovýkonnú reguláciu otáčok.
Režim riadenia frekvenčného meniča
Výstupné napätie nízkonapäťového{0}}všeobecného{1}}invertora je 380-650 V, výstupný výkon je 0,75-400 kW, pracovná frekvencia je 0 – 400 Hz a všetky jeho hlavné obvody používajú obvody AC-DC-AC. Jeho režim ovládania prešiel nasledujúcimi štyrmi generáciami.
1U/f=C riadiaci režim sínusovej pulznej šírkovej modulácie (SPWM).
Charakterizovaná jednoduchou štruktúrou riadiaceho obvodu, nižšou cenou, mechanickými charakteristikami tvrdosti je tiež lepšia na splnenie všeobecných požiadaviek na hladkú rýchlosť, bola široko používaná v rôznych oblastiach priemyslu. Tento spôsob riadenia pri nízkej frekvencii je však v dôsledku nižšieho výstupného napätia, krútiaceho momentu o pokles napätia na odpore statora výraznejší, takže výstupný maximálny krútiaci moment je znížený. Okrem toho jeho mechanické vlastnosti nie sú také tvrdé ako jednosmerný motor, kapacita dynamického krútiaceho momentu a výkon statických otáčok nie sú uspokojivé a výkon systému nie je vysoký, krivka riadenia sa bude meniť so záťažou, odozva krútiaceho momentu je pomalá, využitie krútiaceho momentu motora nie je vysoké, nízke otáčky v dôsledku odporu statora a existencia účinku mŕtvej zóny meniča a zhoršenie výkonu, zhoršenie stability atď. Preto bola študovaná regulácia rýchlosti konverzie frekvencie vektorového riadenia.
Metóda riadenia napäťového priestorového vektora (SVPWM).
Vychádza z predpokladu celkového generovania trojfázových kriviek s cieľom aproximovať ideálnu kruhovú trajektóriu rotujúceho magnetického poľa vzduchovej medzery motora na účely generovania troch -fázovo modulovaných kriviek naraz a riadenia spôsobom aproximácie vnútorného tangentového mnohouholníka kruhu. Po praktickom použití bol vylepšený, tj zavádza sa frekvenčná kompenzácia, ktorá dokáže eliminovať chybu riadenia rýchlosti; amplitúda magnetického reťazca sa odhaduje pomocou spätnej väzby, ktorá eliminuje vplyv odporu statora pri nízkych rýchlostiach; a výstupné napätie a prúd sú uzavreté-slučkou, aby sa zlepšila presnosť a stabilita dynamiky. Riadiaci obvod má však viac článkov a nezavádza reguláciu krútiaceho momentu, takže výkon systému sa zásadne nezlepší.
Metóda vektorového riadenia (VC).
Praxou vektorového riadenia frekvencie je premena statorových prúdov Ia, Ib, Ic asynchrónneho motora v troj{0}}fázovom súradnicovom systéme na striedavé prúdy Ia1Ib1 v dvoj-fázovom stacionárnom súradnicovom systéme prostredníctvom troj-fázovej - dvoj-fázovej transformácie a potom rotačná transformácia podľa orientácie magnetického poľa rotora, ktorá je ekvivalentná jednosmerným prúdom Im1, It1 v synchrónnom rotačnom súradnicovom systéme (Im1 je ekvivalentná (Im1 je ekvivalentná budiacemu prúdu jednosmerného motora; It1 je ekvivalentná prúdu kotvy, ktorý je úmerný krútiacemu momentu), a potom napodobniť spôsob riadenia jednosmerného motora, aby ste získali a riadili množstvo jednosmerného motora asynchrónneho motora po zodpovedajúcej inverznej transformácii súradníc. V podstate je striedavý motor ekvivalentný jednosmernému motoru a dve zložky rýchlosti a magnetického poľa sú riadené nezávisle. Riadením magnetického reťazca rotora a následným rozkladom prúdu statora, aby sa získal krútiaci moment a zložky magnetického poľa, prostredníctvom transformácie súradníc, aby sa realizovalo ortogonálne alebo oddelené riadenie. Navrhované vektorové riadenie má epochálny{15}}význam. V praktických aplikáciách je však ťažké presne pozorovať magnetický reťazec rotora, charakteristiky systému sú výrazne ovplyvnené parametrami motora a vektorová rotačná transformácia používaná v procese riadenia ekvivalentného jednosmerného motora je komplikovanejšia, čo sťažuje skutočnému riadiacemu efektu dosiahnutie výsledkov ideálnej analýzy.
Metóda priameho riadenia krútiaceho momentu (DTC).
V roku 1985 profesor DePenbrock z Ruhrskej univerzity v Nemecku prvýkrát navrhol technológiu konverzie frekvencie priameho riadenia krútiaceho momentu. Táto technológia do značnej miery vyriešila nedostatky vyššie uvedeného vektorového riadenia a bola rýchlo vyvinutá s novými nápadmi na ovládanie, stručnou a jasnou štruktúrou systému a vynikajúcim dynamickým a statickým výkonom. V súčasnosti je táto technológia úspešne aplikovaná na vysokovýkonné striedavé pohony pre trakciu elektrických lokomotív. Priame riadenie krútiaceho momentu analyzuje matematický model striedavého motora priamo v súradnicovom systéme statora na riadenie magnetického reťazca a krútiaceho momentu motora. Nie je potrebné porovnávať striedavý motor s jednosmerným motorom, čím sa eliminuje mnoho zložitých výpočtov pri transformácii vektorovej rotácie; nepotrebuje napodobňovať riadenie jednosmerného motora, ani nemusí zjednodušovať matematický model striedavého motora na oddelenie.
Matrix AC-metóda riadenia striedavého prúdu
Invertor VVVF, invertor s vektorovým riadením a invertor s priamym riadením krútiaceho momentu sú všetky typy striedavých meničov AC-DC-AC. Ich spoločnými nevýhodami sú nízky vstupný účinník, vysoké harmonické prúdy, potreba veľkých akumulačných kondenzátorov v jednosmernom obvode a regeneračná energia nemôže byť dodávaná späť do siete, tj nie je možná štvorkvadrantová prevádzka. Z tohto dôvodu vznikol maticový striedač AC-AC. Keďže maticový striedavý-invertor eliminuje medzičlánok jednosmerného prúdu, čím sa eliminujú veľké a drahé elektrolytické kondenzátory. Dokáže realizovať účinník l, vstupný prúd je sínusový a môže pracovať v štyroch kvadrantoch, hustota výkonu systému je veľká. Táto technológia ešte nie je vyspelá, ale stále priťahuje mnohých vedcov, aby študovali do hĺbky. Jeho podstatou nie je nepriamo riadiť prúd, magnetický reťazec a iné veličiny, ale realizovať krútiaci moment priamo ako riadenú veličinu. Konkrétne metódy sú:
--Ovládanie magnetickej reťaze statora na zavedenie pozorovateľa magnetickej reťaze statora na realizáciu metódy bez snímača rýchlosti;
--Automatická identifikácia (ID) sa spolieha na presný matematický model motora na automatickú identifikáciu parametrov motora;
- - Vypočítajte skutočnú hodnotu zodpovedajúcu impedancii statora, vzájomnej indukčnosti, faktoru magnetickej saturácie, zotrvačnosti atď. Vypočítajte skutočný krútiaci moment, magnetický reťazec statora, otáčky rotora pre riadenie v reálnom čase;
--Uskutočnite riadenie v pásme na generovanie signálov PWM podľa riadenia magnetického reťazca a krútiaceho momentu v pásme na ovládanie stavu spínania meniča.
Matrix AC-invertor striedavého prúdu má rýchlu odozvu krútiaceho momentu (＜2 ms), presnosť pri vysokej rýchlosti (±2 %, žiadna spätná väzba PG), vysokú presnosť krútiaceho momentu (＜+3 %); má tiež vysoký rozbehový krútiaci moment a vysokú presnosť krútiaceho momentu, najmä pri nízkych rýchlostiach (vrátane 0 rýchlostí), môže poskytnúť krútiaci moment 150% - 200%.