El principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia, incluidos diagramas de circuitos y otras explicaciones.

La tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable es una importante dirección de desarrollo de la tecnología de transmisión eléctrica moderna y, como núcleo del sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable, el rendimiento del convertidor de frecuencia se ha convertido cada vez más en un factor decisivo en la calidad. del rendimiento de la regulación de velocidad Además de la conversión de frecuencia Además de las condiciones "innatas" del proceso de fabricación del propio inversor, también es muy importante el tipo de método de control que se utiliza para el inversor. Basado en la realidad industrial, este artículo resume las características de varios métodos de control de convertidores de frecuencia en los últimos años y espera la dirección del desarrollo futuro.

1. Introducción al convertidor de frecuencia

1.1 Estructura básica del convertidor de frecuencia

El convertidor de frecuencia convierte la fuente de alimentación de frecuencia industrial (50 Hz o 60 Hz) en La fuente de alimentación de CA de varias frecuencias es un dispositivo que realiza el funcionamiento de velocidad variable del motor. El circuito de control completa el control del circuito principal. El circuito rectificador convierte la energía de CA en energía de CC. El circuito intermedio de CC suaviza y filtra la salida del rectificador. El circuito inversor vuelve a invertir la corriente continua en corriente alterna. Para los inversores que requieren muchos cálculos, como los inversores de control vectorial, a veces se necesita una CPU para el cálculo del par y algunos circuitos correspondientes.

1.2 Clasificación de los convertidores de frecuencia

Existen muchas formas de clasificar los convertidores de frecuencia según el modo de funcionamiento del circuito principal, se pueden dividir en convertidores de frecuencia de tipo tensión y tipo de corriente. convertidores de frecuencia; según el interruptor Según la clasificación del método, se puede dividir en inversor de control PAM, inversor de control PWM e inversor de control PWM de alta frecuencia portadora según la clasificación del principio de funcionamiento, se puede dividir en inversor de control V/f; , inversor de control de frecuencia de deslizamiento e inversor de control vectorial, etc. según la clasificación de usos, se puede dividir en inversores generales, inversores especiales de alto rendimiento, inversores de alta frecuencia, inversores monofásicos e inversores trifásicos, etc. .

2. Métodos de control comúnmente utilizados en convertidores de frecuencia

2.1 Métodos de control no inteligentes

Los métodos de control no inteligentes utilizados en convertidores de frecuencia de CA incluyen V/ f Control coordinado, control de frecuencia de deslizamiento, control vectorial, control directo de par, etc.

(1) Control V/f

El control V/f es para obtener las características ideales de par-velocidad. Se basa en cambiar la frecuencia de potencia para la regulación de velocidad asegurando lo propuesto. Basado en la idea de que el flujo magnético del motor permanece sin cambios, los convertidores de frecuencia universales adoptan básicamente este método de control. El inversor de control V/f tiene una estructura muy simple. Sin embargo, este inversor adopta un método de control de bucle abierto y no puede lograr un alto rendimiento de control. Además, a bajas frecuencias, se debe realizar una compensación de par para cambiar las características del par de baja frecuencia.

(2) Control de frecuencia de deslizamiento

El control de frecuencia de deslizamiento es un método de control que controla directamente el par. Se basa en el control V/f y se basa en la velocidad real asíncrona conocida. el motor corresponde a la frecuencia de la fuente de alimentación y, al ajustar la frecuencia de salida del inversor de acuerdo con el par deseado, el motor puede tener un par de salida correspondiente. Este método de control requiere la instalación de un sensor de velocidad en el sistema de control y, a veces, se agrega una retroalimentación de corriente para controlar la frecuencia y la corriente. Por lo tanto, este es un método de control de circuito cerrado, que puede hacer que el convertidor de frecuencia tenga buena estabilidad y estabilidad. Mejora la estabilidad del convertidor de frecuencia. Tiene buenas características de respuesta a aceleraciones, desaceleraciones y cambios de carga rápidos.

(3) Control vectorial

El control vectorial consiste en controlar la magnitud y la fase de la corriente del estator del motor a través de un circuito de coordenadas vectoriales para lograr el control del motor en las fases d, q, 0 sistema de eje de coordenadas. La corriente de excitación y la corriente de par se controlan por separado para lograr el propósito de controlar el par del motor. Al controlar la secuencia de acción y el tiempo de cada vector y el tiempo de acción del vector cero, se pueden formar varias ondas PWM para lograr diversos propósitos de control. Por ejemplo, se forma una onda PWM con el número mínimo de tiempos de conmutación para reducir las pérdidas de conmutación. Actualmente, los métodos de control vectorial realmente utilizados en los convertidores de frecuencia incluyen principalmente el método de control vectorial basado en control de frecuencia de deslizamiento y el método de control vectorial sin sensor de velocidad.

Las características estables del método de control vectorial basado en la frecuencia de deslizamiento y el método de control de frecuencia de deslizamiento son consistentes, pero el método de control vectorial basado en la frecuencia de deslizamiento también necesita controlar la fase de la corriente del estator del motor a través de coordenadas. transformación. Hacer que cumpla ciertas condiciones para eliminar las fluctuaciones en el proceso de transición de la corriente de par.

Por lo tanto, el método de control vectorial basado en la frecuencia de deslizamiento puede mejorar en gran medida las características de salida en comparación con el método de control de la frecuencia de deslizamiento. Sin embargo, este método de control es un método de control de circuito cerrado y requiere la instalación de un sensor de velocidad en el motor. Por lo tanto, el ámbito de aplicación es limitado.

El control vectorial sin sensor de velocidad controla la corriente de excitación y la corriente de par respectivamente a través del procesamiento de transformación de coordenadas, y luego controla la corriente de excitación y la corriente de par controlando el voltaje y la corriente en el devanado del estator del motor para identificar la velocidad. . objetivo. Este método de control tiene un amplio rango de velocidad, un gran par de arranque, un funcionamiento confiable y fácil de operar. Sin embargo, el cálculo es complicado y generalmente requiere un procesador especializado para realizar el cálculo. Por lo tanto, el rendimiento en tiempo real no es ideal y el rendimiento en tiempo real no es ideal. La precisión del control se ve afectada por la precisión del cálculo.

(4) Control de par directo

El control de par directo utiliza el concepto de coordenadas de vector espacial para analizar el modelo matemático del motor de CA en el sistema de coordenadas del estator para controlar el enlace de flujo de el motor y el par. El propósito de observar el enlace del flujo del estator se logra detectando la resistencia del estator. Por lo tanto, se omiten los cálculos de transformación complejos, como el control vectorial. El sistema es intuitivo y simple, y se mejoran la velocidad y la precisión del cálculo. al método de control de vectores. Incluso en el estado de circuito abierto, puede generar un par nominal del 100 % y tiene una función de equilibrio de carga para arrastre múltiple.

(5) Control óptimo

La aplicación real del control óptimo varía según los diferentes requisitos. Un determinado requisito de control se puede llevar a cabo de acuerdo con la teoría de la optimización del control individual. parámetros. Por ejemplo, en la aplicación de control de convertidores de frecuencia de alto voltaje, se han utilizado con éxito dos estrategias, el control de segmentación de tiempo y el control de traducción de fase, para lograr la forma de onda de voltaje óptima bajo ciertas condiciones.

(6) Otros métodos de control no inteligentes

En aplicaciones prácticas, también existen algunos métodos de control no inteligentes que se pueden implementar en el control de convertidores de frecuencia, como el adaptativo Modo de control y deslizamiento Control de estructura variable, control de frecuencia diferencial, control de circulación, control de frecuencia, etc.

2.2 Métodos de control inteligentes

Los métodos de control inteligentes incluyen principalmente control de redes neuronales, control difuso, sistema experto, control de aprendizaje, etc. Existen algunos ejemplos exitosos del uso de métodos de control inteligentes en el control de convertidores de frecuencia en aplicaciones específicas.

(1) Control de red neuronal

El método de control de red neuronal se utiliza en el control de convertidores de frecuencia, generalmente para un control de sistema más complejo, y se sabe poco sobre el modelo del sistema. , por lo que la red neuronal no solo debe completar la función de identificación del sistema, sino también realizar el control. Además, el método de control de red neuronal puede controlar varios inversores al mismo tiempo, por lo que es más adecuado para el control cuando varios inversores están en cascada. Sin embargo, demasiadas capas de redes neuronales o algoritmos demasiado complejos traerán muchas dificultades prácticas en aplicaciones específicas.

(2) Control difuso

El algoritmo de control difuso se utiliza para controlar el voltaje y la frecuencia del inversor para controlar el tiempo de aceleración del motor y evitar daños al motor. debido a una aceleración excesiva, el impacto de la vida útil y la velocidad de aumento lenta afectan la eficiencia del trabajo. La clave del control difuso radica en la división del dominio del discurso, el grado de membresía y el nivel difuso. Este método de control es especialmente adecuado para sistemas de control de múltiples entradas y de una sola salida.

(3) Sistema experto

El sistema experto es un método de control que utiliza la experiencia de los llamados "expertos" para el control. Por lo tanto, generalmente se establece una biblioteca de expertos en el experto. Sistema para almacenar Se requiere cierta información experta y un mecanismo de razonamiento para buscar resultados de control ideales basados ​​en información conocida. El diseño de la base de datos experta y el mecanismo de razonamiento es particularmente importante y está relacionado con la calidad del control del sistema experto. El sistema experto de aplicaciones puede controlar tanto la tensión como la corriente del convertidor de frecuencia.

(4) Control de aprendizaje

El control de aprendizaje se utiliza principalmente para entradas repetitivas, y las señales PWM regulares (como la modulación central PWM) simplemente cumplen esta condición, por lo que el control de aprendizaje también puede ser utilizado en el control del convertidor de frecuencia.

El control de aprendizaje no necesita conocer demasiada información del sistema, pero requiere de 1 a 2 ciclos de aprendizaje, por lo que la velocidad es relativamente baja. Además, el algoritmo de control de aprendizaje a veces necesita implementar un enlace de anticipación, lo que no se puede lograr con analógico. Al mismo tiempo, el control del aprendizaje también implica un problema de estabilidad, que requiere especial atención a la hora de aplicarlo.

3. Perspectivas del control del convertidor de frecuencia

Con el desarrollo de tecnologías de alta tecnología, como la electrónica de potencia, la tecnología microelectrónica y las redes informáticas, los métodos de control de los convertidores de frecuencia serán como sigue en el futuro: aspectos de desarrollo.

(1) Implementación de inversores controlados digitalmente

Hoy en día, el método de control de los inversores puede utilizar procesadores digitales para lograr operaciones más complejas, y la digitalización de los inversores será un desarrollo importante. En la dirección actual, la digitalización de convertidores de frecuencia utiliza principalmente microcontroladores como MCS51 o 80C196MC, complementados con pantallas de cristal líquido SLE4520 o EPLD para lograr un rendimiento de control más completo.

(2) Combinación de múltiples métodos de control

Un único método de control tiene sus propias ventajas y desventajas. No existe un método de control "universal". En algunas situaciones de control, existen algunos métodos de control. Es necesario combinar métodos de control, como combinar control de aprendizaje con control de red neuronal, control adaptativo con control difuso, control de par directo con control de red neuronal o "control híbrido", de esta manera, los demás pueden aprender unos de otros. Las fortalezas y mejorar el efecto de control serán mejores.

(3) Realización del control remoto

Con el desarrollo de la red informática, "el mundo está tan cerca", confiar en la red informática para controlar remotamente el inversor también es una dirección de desarrollo . El inversor se controla de forma remota a través de la interfaz RS485 y algunos protocolos de red, de modo que los objetivos de control se pueden lograr fácilmente en algunas situaciones que no son adecuadas para la operación humana en el sitio.

(4) Convertidor de frecuencia ecológico

Con la propuesta de estrategia de desarrollo sostenible, la protección del medio ambiente ha atraído cada vez más atención. Los armónicos de alto orden generados por el convertidor de frecuencia causarán contaminación a la red eléctrica, reducirán el ruido cuando el convertidor de frecuencia está funcionando y mejorarán la confiabilidad y seguridad de su operación. Todos estos problemas se intentan resolver mediante la adopción de un control adecuado. Métodos y diseño de inversores ecológicos.

4. Conclusión

El método de control del convertidor de frecuencia es un problema digno de estudio que depende del esfuerzo conjunto de personas perspicaces que se dedican a este trabajo, los convertidores de frecuencia domésticos. La máquina entrará lo antes posible al mercado mundial y se convertirá en un producto de primera clase.

Lo entenderás después de leerlo, ¡es relativamente completo!