Честотният преобразувател е устройство, което преобразува индустриална честотна мощност (50 Hz или 60 Hz) в променливотоково захранване с различни честоти, за да реализира работата с променлива скорост на двигателите, при което управляващата верига завършва управлението на главната верига, веригата на токоизправителя преобразува променливотоковото захранване в постоянен ток, междинната постоянна верига изглажда и филтрира изхода на токоизправителната верига, а инверторната верига обръща постоянния ток обратно в променливотоков. За инвертори с векторно управление, които изискват много изчисления, понякога се изисква CPU за изчисляване на въртящия момент и някои съответни вериги. Регулирането на скоростта на инвертора се постига чрез промяна на честотата на захранването на намотките на статора на двигателя.
Има много начини за категоризиране на честотния преобразувател, според класификацията на режима на работа на основната верига, той може да бъде разделен на честотен преобразувател тип напрежение-и честотен преобразувател тип-ток; според класификацията на режима на превключване, той може да бъде разделен на PAM-контролиран честотен преобразувател, PWM-управляван честотен преобразувател и високо-натоварван честотен PWM-контролиран честотен преобразувател; според класификацията на принципа на работа, той може да бъде разделен на V/f-контролиран честотен преобразувател, честотен преобразувател с управление на честотата на въртене и честотен преобразувател с векторно управление и др.; според употребата Според класификацията на принципа на работа, той може да бъде разделен на инвертор с общо-предназначение, високо-специален инвертор, високо-честотен инвертор, еднофазен-инвертор и три-фазен инвертор.
VVVF:промяна на напрежението, промяна на честотата CVCF: постоянно напрежение, постоянна честота. Променливотоковото захранване, използвано в различни страни, независимо дали за домове или фабрики, има напрежение и честота от 400V/50Hz или 200V/60Hz (50Hz) и т.н. Обикновено устройство, което преобразува променлив ток с фиксирано напрежение и честота в променлив ток с променливо напрежение или честота, се нарича "инвертор". За да произведе променливо напрежение и честота, устройството първо преобразува променливия ток на захранването в постоянен ток (DC).
Инверторите, използвани за управление на двигателя, могат да променят както напрежението, така и честотата.
Как работят честотните преобразуватели
Знаем, че изразът на синхронната скорост на един бит на AC мотор:
n = 60 f (1-s)/p (1)
Във формулата
n --- скоростта на асинхронния двигател;
f --- честота на асинхронния двигател;
s --- скорост на въртене на двигателя;
p---брой двойки полюси на двигателя.
От уравнение (1) може да се види, че скоростта на въртене n е право пропорционална на честотата f, стига честотата f да може да се променя, за да се промени скоростта на въртене на двигателя, когато честотата f се променя в диапазона от 0 до 50 Hz, обхватът на регулиране на скоростта на двигателя е много широк. Честотният преобразувател е чрез промяна на честотата на захранване на двигателя, за да реализира регулирането на скоростта, е идеално средство за висока ефективност и високопроизводително регулиране на скоростта.
Режим на управление на честотен преобразувател
Изходното напрежение на инвертора с-общо{1}}за ниско напрежение е 380-650V, изходната мощност е 0,75-400kW, работната честота е 0-400Hz, а всичките му главни вериги използват AC-DC-AC вериги. Неговият режим на управление е преминал през следващите четири поколения.
1U/f=C режим на управление на синусоидална модулация на ширината на импулса (SPWM).
Характеризира се с проста структура на веригата за управление, по-ниска цена, механичните характеристики на твърдостта също са по-добри, за да отговарят на общите изисквания за гладка скорост на предаване, широко се използва в различни области на индустрията. Въпреки това, този метод на управление при ниска честота, поради по-ниското изходно напрежение, въртящият момент от спада на напрежението на съпротивлението на статора е по-значителен, така че изходният максимален въртящ момент е намален. В допълнение, неговите механични характеристики не са толкова твърди, колкото на постояннотоковия двигател, капацитетът на динамичния въртящ момент и статичната скорост не са задоволителни, а производителността на системата не е висока, кривата на управление ще се променя с натоварването, реакцията на въртящия момент е бавна, използването на въртящия момент на двигателя не е високо, ниската скорост се дължи на съпротивлението на статора и наличието на ефект на мъртвата зона на инвертора и влошаване на производителността, влошаване на стабилността и т.н. Поради това е проучено регулирането на скоростта на преобразуване на честотата на векторно управление.
Метод за контрол на пространствения вектор на напрежението (SVPWM).
Базира се на предпоставката за цялостния ефект на генериране на три-фазови вълнови форми, за да се сближи идеалната кръгова въртяща се траектория на магнитното поле на въздушната междина на двигателя с цел генериране на три-фазово модулирани вълнови форми наведнъж и контрол по пътя на апроксимацията на вътрешния допирателен полигон на кръга. Той е подобрен след практическа употреба, т.е. въведена е честотна компенсация, която може да елиминира грешката при контрол на скоростта; амплитудата на магнитната верига се оценява чрез обратна връзка, което елиминира влиянието на съпротивлението на статора при ниски скорости; а изходното напрежение и ток са затворени-за подобряване на точността и стабилността на динамиката. Въпреки това управляващата верига има повече връзки и не въвежда регулиране на въртящия момент, така че производителността на системата не се подобрява фундаментално.
Метод на векторно управление (VC).
Практиката на управление на честотата на векторно управление е да преобразува статорните токове Ia, Ib, Ic на асинхронния двигател в три-фазната координатна система в променливотоковите токове Ia1Ib1 в дву-фазната стационарна координатна система чрез три-фазна - дву-фазна трансформация и след това чрез ротационна трансформация според ориентацията на магнитното поле на ротора, което е еквивалентно на постоянните токове Im1, It1 в синхронната въртяща се координатна система (Im1 е еквивалентно на (Im1 е еквивалентно на тока на възбуждане на DC мотор; It1 е еквивалентно на тока на котвата, който е пропорционален на въртящия момент), и след това имитирайте метода за управление на DC мотора, за да получите управляващото количество на DC мотор и реализирайте контрола на асинхронен двигател след съответното обратно преобразуване на координатите. По същество AC моторът е еквивалентен на DC мотор и двата компонента скорост и магнитно поле се управляват независимо. Чрез контролиране на магнитната верига на ротора и след това разлагане на тока на статора, за да се получат компонентите на въртящия момент и магнитното поле, чрез трансформацията на координатите, за реализиране на ортогонално или отделено управление. Предложеният векторен метод за контрол е от епохално-значение. Въпреки това, в практическите приложения, тъй като магнитната верига на ротора е трудна за точно наблюдение, характеристиките на системата са силно повлияни от параметрите на двигателя и векторната ротационна трансформация, използвана в процеса на управление на еквивалентен DC двигател, е по-сложна, което затруднява действителния контролен ефект за постигане на резултатите от идеалния анализ.
Метод за директно управление на въртящия момент (DTC).
През 1985 г. проф. Де Пенброк от Рурския университет в Германия за първи път предложи технологията за преобразуване на честотата с директно управление на въртящия момент. Тази технология до голяма степен реши недостатъците на горния векторен контрол и беше бързо разработена с нови идеи за управление, кратка и ясна структура на системата и отлична динамична и статична производителност. Понастоящем тази технология е успешно приложена към високо-мощни AC задвижвания за тяга на електрически локомотиви. Директното управление на въртящия момент анализира математическия модел на AC мотор директно в координатната система на статора, за да контролира магнитната верига и въртящия момент на двигателя. Не е необходимо да приравнявате променливотоковия двигател към постоянен двигател, като по този начин елиминирате много сложни изчисления при трансформацията на векторно въртене; не е необходимо да имитира управлението на постояннотоков двигател, нито е необходимо да опрости математическия модел на променливотоковия двигател за разединяване.
Matrix AC-Метод за управление на AC
VVVF инверторът, инверторът с векторно управление и инверторът с директно управление на въртящия момент са всички видове AC-DC-AC инвертор. Техните общи недостатъци са нисък фактор на входната мощност, високи хармонични токове, необходимостта от големи кондензатори за съхранение на енергия в DC веригата и регенеративната енергия не може да бъде върната обратно към мрежата, т.е. четири-квадрантната работа не е възможна. Поради тази причина се появи матричният AC-AC инвертор. Тъй като матричният AC-AC инвертор елиминира междинната DC връзка, като по този начин елиминира големия размер, скъпите електролитни кондензатори. Той може да реализира фактор на мощността от l, входният ток е синусоидален и може да работи в четири квадранта, плътността на мощността на системата е голяма. Технологията все още не е развита, но все още привлича много учени да изучават задълбочено. Същността му не е косвено да управлява тока, магнитната верига и други величини, а да реализира въртящия момент директно като контролирана величина. Конкретните методи са:
--Управление на магнитната верига на статора за въвеждане на наблюдателя на магнитната верига на статора за реализиране на метода без сензор за скорост;
--Автоматичната идентификация (ID) разчита на точен математически модел на двигателя за автоматично идентифициране на параметрите на двигателя;
--Изчислете действителната стойност, съответстваща на импеданса на статора, взаимната индуктивност, фактора на магнитно насищане, инерцията и т.н. Изчислете действителния въртящ момент, магнитната верига на статора, скоростта на ротора за управление в реално време;
--Реализиране на управлението Band-Band за генериране на PWM сигнали според управлението Band-Band на магнитната верига и въртящия момент за управление на състоянието на превключване на инвертора.
Матричен AC-AC инвертор има бърза реакция на въртящия момент (<2ms), висока точност на скоростта (±2%, без PG обратна връзка), висока точност на въртящия момент (<+3%); той също така има висок начален въртящ момент и висока точност на въртящия момент, особено при ниски скорости (включително 0 скорости), той може да изведе 150% -200% въртящ момент.