El convertidor de frecuencia es un dispositivo que convierte energía de frecuencia industrial (50 Hz o 60 Hz) en energía CA de varias frecuencias para realizar el funcionamiento de velocidad variable de los motores, en el cual el circuito de control completa el control del circuito principal, el circuito rectificador convierte la energía CA en energía CC, el circuito intermedio CC suaviza y filtra la salida del circuito rectificador, y el circuito inversor invierte la energía CC nuevamente en energía CA. Para los inversores de control vectorial, que requieren muchos cálculos, a veces se requiere una CPU para el cálculo del par y algunos circuitos correspondientes. La regulación de la velocidad del inversor se logra cambiando la frecuencia de la fuente de alimentación a los devanados del estator del motor.
Hay muchas formas de clasificar los convertidores de frecuencia; de acuerdo con la clasificación del modo de funcionamiento del circuito principal, se puede dividir en convertidor de frecuencia de tipo voltaje-y convertidor de frecuencia de tipo-corriente; según la clasificación del modo de conmutación, se puede dividir en convertidor de frecuencia controlado PAM-, convertidor de frecuencia controlado PWM- y convertidor de frecuencia controlado por PWM-frecuencia de carga alta-; según la clasificación del principio de funcionamiento, se puede dividir en convertidor de frecuencia controlado por V/f-, convertidor de frecuencia con control de frecuencia rotacional y convertidor de frecuencia con control vectorial, etc.; según el uso Según la clasificación del principio de funcionamiento, se puede dividir en inversor de-propósito general, inversor especial de alto-rendimiento, inversor de alta-frecuencia, inversor monofásico-y inversor trifásico-.
VVVF:cambiar voltaje, cambiar frecuencia CVCF: voltaje constante, frecuencia constante. La fuente de alimentación de CA utilizada en varios países, ya sea para hogares o fábricas, tiene un voltaje y frecuencia de 400 V/50 Hz o 200 V/60 Hz (50 Hz), y así sucesivamente. Generalmente, un dispositivo que convierte corriente alterna con voltaje y frecuencia fijos en corriente alterna con voltaje o frecuencia variables se denomina "inversor". Para producir voltaje y frecuencia variables, el dispositivo primero convierte la corriente alterna de la fuente de alimentación en corriente continua (CC).
Los inversores utilizados para el control de motores pueden cambiar tanto el voltaje como la frecuencia.
Cómo funcionan los convertidores de frecuencia
Sabemos que la expresión de velocidad síncrona de una broca de motor de CA:
n = 60 f (1-s)/p (1)
en la formula
n --- la velocidad del motor asíncrono;
f --- frecuencia del motor asíncrono;
s --- velocidad de rotación del motor;
p---número de pares de polos del motor.
De la ecuación (1), se puede ver que la velocidad de rotación n es directamente proporcional a la frecuencia f, siempre que la frecuencia f se pueda cambiar para cambiar la velocidad de rotación del motor, cuando la frecuencia f se cambia en el rango de 0 a 50 Hz, el rango de ajuste de la velocidad del motor es muy amplio. El convertidor de frecuencia cambia la frecuencia de suministro de energía del motor para realizar la regulación de velocidad, es un medio ideal de regulación de velocidad de alta eficiencia y alto rendimiento.
Modo de control del convertidor de frecuencia
El voltaje de salida del inversor de bajo-voltaje-de uso general es de 380-650 V, la potencia de salida es de 0,75-400 kW, la frecuencia de trabajo es de 0 a 400 Hz y todos sus circuitos principales utilizan circuitos AC-DC-AC. Su modo de control ha pasado por las siguientes cuatro generaciones.
Modo de control de modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM) 1U/f=C
Caracterizado por una estructura de circuito de control simple, menor costo, las características mecánicas de la dureza también son mejores para cumplir con la transmisión general de requisitos de velocidad suave, se ha utilizado ampliamente en diversos campos de la industria. Sin embargo, en este método de control a baja frecuencia, debido al menor voltaje de salida, el par debido a la caída de voltaje de la resistencia del estator es más significativo, de modo que se reduce el par máximo de salida. Además, sus características mecánicas no son tan duras como las del motor de CC, la capacidad de par dinámico y el rendimiento de velocidad estática no son satisfactorios, y el rendimiento del sistema no es alto, la curva de control cambiará con la carga, la respuesta del par es lenta, la utilización del par del motor no es alta, la baja velocidad se debe a la resistencia del estator y la existencia del efecto de zona muerta del inversor y la degradación del rendimiento, deterioro de la estabilidad, etc. Por lo tanto, se ha estudiado la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia del control vectorial.
Método de control del vector espacial de voltaje (SVPWM)
Se basa en la premisa del efecto de generación general de formas de onda trifásicas-para aproximar la trayectoria ideal del campo magnético giratorio circular del entrehierro del motor con el fin de generar formas de onda moduladas trifásicas-a la vez y controlar la aproximación del polígono tangente interior del círculo. Se ha mejorado después del uso práctico, es decir, se introduce la compensación de frecuencia, que puede eliminar el error del control de velocidad; la amplitud de la cadena magnética se estima mediante retroalimentación, lo que elimina la influencia de la resistencia del estator a bajas velocidades; y el voltaje y la corriente de salida están cerrados-para mejorar la precisión y estabilidad de la dinámica. Sin embargo, el circuito de control tiene más enlaces y no introduce regulación de par, por lo que el rendimiento del sistema no mejora fundamentalmente.
Método de control de vectores (VC)
La práctica del control de frecuencia de control vectorial es convertir las corrientes del estator Ia, Ib, Ic, del motor asíncrono en el sistema de coordenadas trifásico -en las corrientes de CA Ia1Ib1 en el sistema de coordenadas estacionario bifásico a través de una transformación trifásica - bifásica, y luego a través de la transformación rotativa de acuerdo con la orientación del campo magnético del rotor, que es equivalente a las corrientes de CC Im1, It1 en el sistema de coordenadas de rotación síncrona (Im1 es equivalente a (Im1 es equivalente a la corriente de excitación del motor de CC; It1 es equivalente a la corriente de armadura que es proporcional al par), y luego imita el método de control del motor de CC para obtener la cantidad de control del motor de CC y realiza la Control del motor asíncrono tras la correspondiente transformación inversa de coordenadas. En esencia, un motor de CA es equivalente a un motor de CC y los dos componentes de velocidad y campo magnético se controlan de forma independiente. Controlando la cadena magnética del rotor y luego descomponiendo la corriente del estator para obtener los componentes de par y campo magnético, a través de la transformación de coordenadas, para realizar un control ortogonal o desacoplado. El control de vectores propuesto. Este método tiene una importancia que hace época. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, debido a que la cadena magnética del rotor es difícil de observar con precisión, las características del sistema se ven muy afectadas por los parámetros del motor y la transformación rotacional vectorial utilizada en el proceso de control de un motor de CC equivalente es más complicada, lo que dificulta que el efecto de control real logre los resultados del análisis ideal.
Método de control de par directo (DTC)
En 1985, el Prof. DePenbrock de la Universidad del Ruhr en Alemania propuso por primera vez la tecnología de conversión de frecuencia de control directo del par. Esta tecnología ha resuelto en gran medida las deficiencias del control vectorial anterior y se ha desarrollado rápidamente con ideas de control novedosas, una estructura de sistema clara y concisa y un excelente rendimiento dinámico y estático. En la actualidad, esta tecnología se ha aplicado con éxito a motores de CA de alta-potencia para la tracción de locomotoras eléctricas. El control de par directo analiza el modelo matemático del motor de CA directamente en el sistema de coordenadas del estator para controlar la cadena magnética y el par del motor. No es necesario equiparar el motor de CA con un motor de CC, lo que elimina muchos cálculos complejos en la transformación de rotación vectorial; no necesita imitar el control de un motor de CC ni simplificar el modelo matemático del motor de CA para su desacoplamiento.
Matriz AC-Método de control de CA
El inversor VVVF, el inversor de control vectorial y el inversor de control de par directo son todos tipos de inversores de CA-CC-CA. Sus desventajas comunes son el bajo factor de potencia de entrada, las altas corrientes armónicas, la necesidad de grandes condensadores de almacenamiento de energía en el circuito de CC y la energía regenerativa no puede retroalimentarse a la red, es decir, no es posible el funcionamiento en cuatro-cuadrantes. Por esta razón surgió el inversor Matrix AC-AC. Como el inversor de CA de matriz-CA elimina el enlace de CC intermedio, eliminando así los costosos condensadores electrolíticos de gran tamaño. Puede alcanzar el factor de potencia de l, la corriente de entrada es sinusoidal y puede operar en cuatro cuadrantes, la densidad de potencia del sistema es grande. La tecnología aún no está madura, pero aún atrae a muchos académicos para estudiarla en profundidad. Su esencia no es controlar indirectamente la corriente, la cadena magnética y otras cantidades, sino realizar el par directamente como la cantidad controlada. Los métodos específicos son:
--Control de la cadena magnética del estator para introducir el observador de la cadena magnética del estator para realizar el método sin sensor de velocidad;
--La identificación automática (ID) se basa en un modelo matemático preciso del motor para identificar automáticamente los parámetros del motor;
--Calcule el valor real correspondiente a la impedancia del estator, la inductancia mutua, el factor de saturación magnética, la inercia, etc. Calcule el par real, la cadena magnética del estator, la velocidad del rotor para el control en tiempo real;
--Realice el control Banda-Banda para generar señales PWM de acuerdo con el control Banda-Banda de la cadena magnética y el par para controlar el estado de conmutación del inversor.
El inversor Matrix AC-AC tiene una respuesta de torque rápida (<2ms), precisión de alta velocidad (±2%, sin retroalimentación PG), alta precisión de torque (<+3%); también tiene un alto par de arranque y una alta precisión del par, especialmente a bajas velocidades (incluidas 0 velocidades), puede generar un par de 150%-200%.