O conversor de frequência é um dispositivo que converte energia de frequência industrial (50 Hz ou 60 Hz) em energia CA de várias frequências para realizar a operação de velocidade variável dos motores, em que o circuito de controle completa o controle do circuito principal, o circuito retificador converte a energia CA em energia CC, o circuito intermediário CC suaviza e filtra a saída do circuito retificador e o circuito inversor reverte a energia CC de volta para energia CA. Para inversores de controle vetorial, que exigem muitos cálculos, às vezes é necessária uma CPU para cálculo de torque e alguns circuitos correspondentes. A regulação da velocidade do inversor é obtida alterando a frequência da fonte de alimentação dos enrolamentos do estator do motor.
Existem muitas maneiras de categorizar o conversor de frequência, de acordo com a classificação do modo de funcionamento do circuito principal, ele pode ser dividido em conversor de frequência do tipo tensão e conversor de frequência do tipo corrente; de acordo com a classificação do modo de comutação, ele pode ser dividido em conversor de frequência controlado por PAM, conversor de frequência controlado por PWM e conversor de frequência controlado por PWM de frequência de alta carga; de acordo com a classificação do princípio de funcionamento, pode ser dividido em conversor de frequência controlado por V/f, conversor de frequência de controle de frequência rotacional e conversor de frequência de controle vetorial, etc.; de acordo com o uso De acordo com a classificação do princípio de funcionamento, pode ser dividido em inversor de uso geral, inversor especial de alto desempenho, inversor de alta frequência, inversor monofásico e inversor trifásico.
VVVF:alterar tensão, alterar frequência CVCF: tensão constante, frequência constante. A fonte de alimentação CA utilizada em vários países, seja para residências ou fábricas, tem tensão e frequência de 400V/50Hz ou 200V/60Hz (50Hz), e assim por diante. Geralmente, um dispositivo que converte corrente alternada com tensão e frequência fixa em corrente alternada com tensão ou frequência variável é chamado de “inversor”. Para produzir tensão e frequência variáveis, o dispositivo primeiro converte a corrente alternada da fonte de alimentação em corrente contínua (CC).
Os inversores usados para controle do motor podem alterar a tensão e a frequência.
Como funcionam os conversores de frequência
Sabemos que a expressão da velocidade síncrona de um bit de motor CA:
n = 60 f (1-s)/p (1)
Na fórmula
n --- a velocidade do motor assíncrono;
f --- frequência do motor assíncrono;
s --- taxa de rotação do motor;
p---número de pares de pólos do motor.
Pela equação (1), pode-se observar que a velocidade de rotação n é diretamente proporcional à frequência f, desde que a frequência f possa ser alterada para alterar a velocidade de rotação do motor, quando a frequência f é alterada na faixa de 0 a 50 Hz, a faixa de ajuste da velocidade do motor é muito ampla. O conversor de frequência altera a frequência da fonte de alimentação do motor para realizar a regulação da velocidade, é um meio ideal de alta eficiência e regulação de velocidade de alto desempenho.
Modo de controle do conversor de frequência
A tensão de saída do inversor de uso geral de baixa tensão é 380-650V, a potência de saída é 0,75-400kW, a frequência de trabalho é 0-400Hz e todos os seus circuitos principais usam circuitos AC-DC-AC. Seu modo de controle passou pelas quatro gerações seguintes.
Modo de controle de modulação por largura de pulso senoidal (SPWM) 1U/f=C
Caracterizado por uma estrutura de circuito de controle simples, menor custo, características mecânicas da dureza também são melhores para atender aos requisitos gerais de transmissão de velocidade suave, tem sido amplamente utilizado em vários campos da indústria. Porém, este método de controle em baixa frequência, devido à menor tensão de saída, o torque pela queda de tensão na resistência do estator é mais significativo, de modo que o torque máximo de saída é reduzido. Além disso, suas características mecânicas não são tão duras quanto as do motor DC, a capacidade de torque dinâmico e o desempenho da velocidade estática não são satisfatórios e o desempenho do sistema não é alto, a curva de controle mudará com a carga, a resposta de torque é lenta, a utilização do torque do motor não é alta, a baixa velocidade devido à resistência do estator e a existência do efeito de zona morta do inversor e degradação do desempenho, deterioração da estabilidade e assim por diante. Portanto, a regulação da velocidade de conversão de frequência de controle vetorial foi estudada.
Método de controle de vetor espacial de tensão (SVPWM)
Baseia-se na premissa do efeito geral de geração de formas de onda trifásicas, a fim de aproximar a trajetória ideal do campo magnético giratório circular do entreferro do motor com a finalidade de gerar formas de onda moduladas trifásicas de cada vez e controlar no caminho da aproximação do polígono tangente interno do círculo. Foi aprimorado após o uso prático, ou seja, foi introduzida a compensação de frequência, o que pode eliminar o erro de controle de velocidade; a amplitude do circuito magnético é estimada por feedback, o que elimina a influência da resistência do estator em baixas velocidades; e a tensão e a corrente de saída são em circuito fechado para melhorar a precisão e a estabilidade da dinâmica. No entanto, o circuito de controle possui mais links e não introduz regulação de torque, portanto o desempenho do sistema não é fundamentalmente melhorado.
Método de controle vetorial (VC)
A prática do controle de frequência de controle vetorial é converter as correntes do estator Ia, Ib, Ic, do motor assíncrono no sistema de coordenadas trifásico nas correntes CA Ia1Ib1 no sistema de coordenadas estacionárias bifásico através de transformação trifásica - bifásica, e depois através da transformação rotativa de acordo com a orientação do campo magnético do rotor, que é equivalente às correntes CC Im1, It1 no sistema de coordenadas rotativas síncronas (Im1 é equivalente a (Im1 é equivalente à corrente de excitação do motor DC; It1 é equivalente à corrente de armadura que é proporcional ao torque) e, em seguida, imita o método de controle do motor DC para obter a quantidade de controle do motor DC e realizar o controle do motor assíncrono após a transformação inversa de coordenadas correspondente. Em essência, o motor AC é equivalente a um O motor DC e os dois componentes de velocidade e campo magnético são controlados de forma independente. Controlando a cadeia magnética do rotor e, em seguida, decompondo a corrente do estator para obter os componentes de torque e campo magnético, através da transformação de coordenadas, para realizar o controle ortogonal ou desacoplado. O método de controle vetorial proposto é de importância marcante. No entanto, em aplicações práticas, devido à cadeia magnética do rotor é difícil determinar com precisão observe que as características do sistema são muito afetadas pelos parâmetros do motor, e a transformação rotacional vetorial usada no processo de controle do motor CC equivalente é mais complicada, o que torna difícil para o efeito de controle real alcançar os resultados da análise ideal.
Método de controle direto de torque (DTC)
Em 1985, o Prof. DePenbrock da Universidade de Ruhr, na Alemanha, propôs pela primeira vez a tecnologia de conversão de frequência de controle direto de torque. Esta tecnologia resolveu amplamente as deficiências do controle vetorial acima e foi rapidamente desenvolvida com novas ideias de controle, estrutura de sistema concisa e clara e excelente desempenho dinâmico e estático. Atualmente, esta tecnologia tem sido aplicada com sucesso em acionamentos CA de alta potência para tração de locomotivas elétricas. O controle direto de torque analisa o modelo matemático do motor CA diretamente no sistema de coordenadas do estator para controlar a cadeia magnética e o torque do motor. Não é necessário equiparar o motor CA a um motor CC, eliminando assim muitos cálculos complexos na transformação da rotação vetorial; não precisa imitar o controle de um motor CC, nem simplificar o modelo matemático do motor CA para desacoplamento.
Método de controle Matrix AC-AC
Inversor VVVF, inversor de controle vetorial e inversor de controle de torque direto são todos tipos de inversor AC-DC-AC. Suas desvantagens comuns são baixo fator de potência de entrada, altas correntes harmônicas, necessidade de grandes capacitores de armazenamento de energia no circuito CC e a energia regenerativa não pode ser realimentada para a rede, ou seja, a operação em quatro quadrantes não é possível. Por esta razão, surgiu o inversor matricial AC-AC. Como o inversor CA-CA de matriz elimina o link CC intermediário, eliminando assim os capacitores eletrolíticos caros e de grande tamanho. Pode realizar o fator de potência de l, a corrente de entrada é senoidal e pode operar em quatro quadrantes, a densidade de potência do sistema é grande. A tecnologia ainda não está madura, mas ainda atrai muitos estudiosos para estudá-la em profundidade. Sua essência não é controlar indiretamente a corrente, a corrente magnética e outras grandezas, mas sim realizar o torque diretamente como a grandeza controlada. Os métodos específicos são:
--Controle da corrente magnética do estator para introduzir o observador da corrente magnética do estator para realizar o método sem sensor de velocidade;
--A identificação automática (ID) depende de um modelo matemático preciso do motor para identificar automaticamente os parâmetros do motor;
--Calcule o valor real correspondente à impedância do estator, indutância mútua, fator de saturação magnética, inércia, etc. Calcule o torque real, corrente magnética do estator, velocidade do rotor para controle em tempo real;
--Realize o controle Band-Band para gerar sinais PWM de acordo com o controle Band-Band da corrente magnética e torque para controlar o estado de comutação do inversor.
O inversor Matrix AC-AC possui resposta de torque rápida (<2ms), precisão de alta velocidade (±2%, sem feedback PG), alta precisão de torque (<+3%); também possui alto torque de partida e alta precisão de torque, especialmente em baixas velocidades (incluindo velocidades 0), podendo produzir torque de 150% a 200%.