La historia de desarrollo del inversor

Como un "viejo conocido" En el campo del control industrial, los convertidores de frecuencia han estado activos en varias industrias durante décadas. Tiene la responsabilidad de regular la velocidad del motor y juega un papel indispensable en la mejora de los procesos de producción y la conservación de energía. Desde un punto de vista profesional, en realidad es un tipo de equipo de control de potencia que utiliza tecnología de frecuencia variable y tecnología microelectrónica para controlar la velocidad del motor de CA cambiando la frecuencia de la fuente de alimentación del motor de CA.

Entonces, ¿cuál es la importancia del inversor para la regulación de la velocidad del motor? ¿Por qué el control de velocidad del motor de CA es "ninguno más que eso"? En cuanto a la importancia del variador de frecuencia, entenderemos su proceso de nacimiento y desarrollo a partir de los siguientes aspectos.

Proceso de nacimiento y desarrollo

El trasfondo de la era anterior al nacimiento del inverter

En la producción industrial, el uso de motores para controlar con precisión la velocidad y la posición de objetos o componentes es un proceso necesario. Por ejemplo: equipos de elevación, equipos de telar, cintas transportadoras de material, bobinadoras y desenrolladoras, etc., y otro tipo de maquinarias y equipos.

Cuando la tecnología de control de velocidad del motor aún es inmadura, las personas solo pueden usar algunas ayudas mecánicas para resolver el problema del control de movimiento de objetos, como cajas de cambios, embragues, etc., que no son mecánicamente ajustables. En el caso de un motor, para lograr un determinado propósito deportivo, es necesario reemplazar la caja de cambios, cambiar la relación de transmisión o cambiar el embrague. Este proceso no solo requiere mucho tiempo, sino también una gran pérdida para la máquina.

El uso de motores para controlar con precisión la velocidad y la posición de objetos o componentes es un proceso necesario

En otro tipo de escenario de aplicación de control de fluidos, el motor impulsa el impulsor para que gire, impulsando así el flujo de gas o líquido o generando la presión hidráulica y de gas correspondiente. En la etapa inicial, la velocidad del motor no se puede controlar libremente, el control del flujo y la presión del fluido solo se puede lograr abriendo y cerrando la válvula en la tubería, lo cual es una pérdida de energía eléctrica.

En la época en que no hay convertidor de frecuencia, debido a que la velocidad del motor no se puede ajustar libremente, para lograr ciertos propósitos de movimiento, la máquina tradicional debe agregar muchos accesorios, lo que no solo aumenta la complejidad y el costo general del sistema, pero también limita el rendimiento y el espacio de desarrollo del dispositivo, para resolver estos problemas, la introducción de tecnología de control de velocidad de motor simple y eficiente ha sido un punto crítico y un punto débil de la investigación de transmisión industrial.

En la época en que no hay variador de frecuencia

Dilema en la regulación de la velocidad del motor

El enfoque de la regulación temprana de la velocidad del motor siempre ha sido el motor de CC. Una de las razones principales es que las personas primero comprenden la tecnología de rectificación, y las características mecánicas del motor de CC también son muy adecuadas para ciertas escenas. La forma más sencilla de ajustar el voltaje del inducido es encadenar resistencias. Cuanto mayor sea la resistencia, mayores serán las caídas de voltaje y más lenta será la velocidad del motor de CC.

Cuanto mayor es la resistencia, mayor es la caída de tensión

Sin embargo, los defectos del motor de CC también son muy evidentes. Por ejemplo, el anillo colector y la escobilla de carbón requieren un mantenimiento regular, el proceso de fabricación del motor de CC es complicado y el costo de fabricación es alto. Esto significa que los motores de CC no son adecuados para una amplia gama de aplicaciones de motores.

Los motores de CC no son adecuados para una amplia gama de aplicaciones de motores

En comparación con los motores de CC, los motores de CA tienen una estructura interna mucho más simple, sin conmutador ni otras estructuras. Son fáciles de fabricar y estables, adecuados para aplicaciones de alta velocidad, alto voltaje y alta corriente. Lo único que debe resolverse es el problema de control de la velocidad del motor de CA.

Evolución del variador de frecuencia

Nikola Tesla inventa el motor AC

En 1888, se introdujeron los motores de CA y de CA, pero después de mucho tiempo, los motores de CA solo podían operar a una o más velocidades fijas debido a razones estructurales. Su velocidad es proporcional a la frecuencia e inversamente proporcional al número de pares de polos.

n = 60 f（ 1 - s ）/ p

Se puede ver a partir de la fórmula anterior que la tasa de deslizamiento “s” y el par de polos “p” son los parámetros característicos inherentes del motor. No se puede cambiar después de fabricar el motor. Si desea ajustar la velocidad libremente, solo cambie la frecuencia de entrada de su fuente de alimentación "f". Básicamente, no hay forma de ajustar libremente la frecuencia del voltaje de la red antes del nacimiento del inversor.

La tasa de deslizamiento “s” y el par de polos “p” son los parámetros característicos inherentes del motor

En la década de 1980, con el desarrollo de la tecnología de semiconductores, especialmente los microprocesadores y los tiristores, los microprocesadores se utilizaron para controlar el estado de conducción de los tiristores. De esta manera, el microprocesador se puede utilizar para controlar el cierre de conducción de los elementos de conmutación del puente superior e inferior, y la operación continua se puede realizar de acuerdo con un tiempo específico, de modo que la corriente continua se pueda convertir en corriente alterna, que es lo que solemos llamar tecnología inverter; Al mismo tiempo, podemos ajustar el ciclo operativo del componente de potencia para abrir y cerrar, lo que significa que se puede realizar el ajuste de la frecuencia de salida del inversor.

Finalmente, combinado con la tecnología de rectificación, podemos convertir rápidamente la frecuencia estándar de la red en la frecuencia correspondiente y la CA del voltaje correspondiente de acuerdo con la amplitud y frecuencia de la fuente de alimentación requerida, cambiando así la frecuencia de entrada del motor para realizar el control de ajuste de la velocidad del motor AC. Después de un largo período de desarrollo tecnológico y esfuerzos incansables de los científicos, el convertidor de frecuencia se actualizó y evolucionó en una sola aplicación, y gradualmente se convirtió en lo que vemos hoy.

Productos VEICHI

Comprendamos el desarrollo del inversor desde el principio y luego presentemos el desarrollo de la tecnología de conversión de frecuencia. En resumen, se puede dividir básicamente en las siguientes tres etapas.

1. Sustitución de electrónica de potencia

Con el desarrollo continuo de dispositivos semiconductores, utilizamos un dispositivo totalmente controlado en lugar de un tiristor semicontrolado (SCR) para cambiar la forma de onda de salida a una forma de onda PWM modulada por ancho de pulso, lo que reduce en gran medida los componentes armónicos, la Se aumenta el rango de velocidad del motor asíncrono y se reduce la fluctuación del par.

La frecuencia de operación del IGBT generalmente puede alcanzar entre 10 y 20 kHz. En comparación con el BJT del triodo BJT, la frecuencia de operación es un orden de magnitud más alta, especialmente en términos de algunos indicadores de voltaje y corriente, que han superado el uso de BJT, como la tolerancia de sobretensión actual, pico de bloqueo de voltaje y así sucesivamente. Debido al uso de IGBT, la frecuencia de la portadora se puede aumentar e incluso se puede formar la forma de onda PWM requerida, lo que puede reducir en gran medida el ruido armónico. Por lo tanto, en las aplicaciones de inversores actuales, IGBT básicamente ha reemplazado a BJT.

IPM es el módulo de energía inteligente; utiliza IGBT como dispositivo de conmutación, que no solo integra el dispositivo de conmutación de potencia y el circuito de conducción. También integra circuitos de detección de fallas como sobrevoltaje, sobrecorriente y sobrecalentamiento, y puede enviar señales de detección a la CPU. Incluso si se produce un accidente de carga o un uso inadecuado, se puede garantizar que el IPM no sufrirá daños.

Módulo IGBT

2. Desarrollo de métodos de control

El método de control del inversor anterior adoptaba la relación de voltaje constante que es el control V/f. V es el valor efectivo del voltaje. El cambio de V/f solo puede ajustar el flujo y el par de estado estable del motor. Para mejorar el par en condiciones de baja frecuencia, se requiere aumentar el par. Por lo general, el voltaje se compensa y algunos pueden compensar la caída de voltaje del devanado del estator con cambios de carga.

Más tarde, el inversor apareció un nuevo método de control: control vectorial. Su principio básico es establecer un modelo del motor de CC equivalente, y la corriente del estator de la máquina asíncrona se descompone en el componente de excitación y el componente de par por separado. El control del vector de excitación es lo más importante, por lo que el control vectorial se denomina control orientado al campo y el control de par es indirecto.

Diagrama de la estructura del sistema de control vectorial El control vectorial requiere operaciones de transformación de coordenadas y la necesidad de detectar la señal de velocidad real, por lo que se requiere el sensor de velocidad para la retroalimentación que es un control vectorial de bucle cerrado. Luego, se propone un esquema vectorial de control vectorial sin sensor de velocidad, que se calcula con base en el voltaje de fase y la corriente de fase del funcionamiento real del motor y los parámetros de los devanados del estator y del rotor, y luego los valores de observación del flujo del rotor. y la corriente de par se calculan, realizando así el control vectorial del campo orientado.

Otra forma de desarrollarse en paralelo con el control vectorial se llama Control de par directo (DTC), que hace hincapié en el control directo del par. El método se basa en el voltaje y la corriente del motor medidos para calcular el valor estimado del flujo y el par del motor, y después de controlar el par, también se puede controlar la velocidad del motor.

3. Diversificación funcional

El convertidor de frecuencia actual se basa en un microprocesador muy potente, además de las tareas básicas de regulación de la velocidad de conversión de frecuencia del motor, también hay una variedad de funciones integradas. Por ejemplo:

(1) Aceleración y desaceleración automáticas.
(2) El programa se ejecuta.
(3) Operación automática de ahorro de energía.
(4) Autoaprendizaje de parámetros del motor.
(5) Operación de control PID.
(6) Funciones de comunicación y retroalimentación.

En la década de 1970, los ingenieros de Siemens propusieron por primera vez la teoría del control vectorial de motores asíncronos para resolver el problema del control del par motor de CA. Para el control de par directo, la literatura general cree que fue enseñado por el profesor M. Depenbrock de la Universidad de Ruhr e I.Takahashi de Japón se propuso por separado en 1985. Se puede ver que los resultados de la investigación del control de motores en países extranjeros son anteriores a los de China, y sus productos inversores también están entrando en el campo de visión del público antes que nuestras marcas nacionales.

VEICHI

Ahora, con el aprendizaje y la investigación continuos de muchos ingenieros en este campo en China, la industria nacional de inversores, en términos de marca, rendimiento y precio, ha satisfecho en gran medida el estado de desarrollo de la industria china. Como empresa especializada en I+D, producción y servicio de convertidores de frecuencia, VEICHI se ha centrado en la investigación en este campo y fabrica cuidadosamente cada producto de inversión de frecuencia para contribuir al futuro de la fabricación inteligente 2025.