주파수 변환기는 산업용 주파수 전력(50Hz 또는 60Hz)을 다양한 주파수의 AC 전력으로 변환하여 모터의 가변 속도 작동을 구현하는 장치로, 제어 회로는 주 회로의 제어를 완료하고 정류기 회로는 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고 DC 중간 회로는 정류기 회로의 출력을 평활화 및 필터링하며 인버터 회로는 DC 전력을 다시 AC 전력으로 반전시킵니다. 많은 계산이 필요한 벡터 제어 인버터의 경우 토크 계산을 위한 CPU와 이에 상응하는 일부 회로가 필요한 경우가 있습니다. 인버터 속도 조절은 모터의 고정자 권선에 대한 전원 공급 장치의 주파수를 변경하여 달성됩니다.
주파수 변환기를 분류하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 주 회로 작동 모드의 분류에 따라 전압-형 주파수 변환기와 전류-형 주파수 변환기로 나눌 수 있습니다. 스위칭 모드의 분류에 따라 PAM-제어 주파수 변환기, PWM-제어 주파수 변환기 및 고-부하 주파수 PWM-제어 주파수 변환기로 나눌 수 있습니다. 작동 원리의 분류에 따라 V/f- 제어 주파수 변환기, 회전 주파수 제어 주파수 변환기 및 벡터 제어 주파수 변환기 등으로 나눌 수 있습니다. 용도에 따라 작동 원리의 분류에 따라 범용-인버터, 고성능-특수 인버터, 고주파-주파수 인버터, 단상-인버터, 삼상-인버터로 나눌 수 있습니다.
VVVF:전압 변경, 주파수 변경 CVCF: 정전압, 정주파수. 가정이나 공장 등 다양한 국가에서 사용되는 AC 전원 공급 장치의 전압과 주파수는 400V/50Hz 또는 200V/60Hz(50Hz) 등입니다. 일반적으로 전압과 주파수가 고정된 교류를 전압이나 주파수가 가변적인 교류로 변환하는 장치를 '인버터'라고 합니다. 가변 전압과 주파수를 생성하기 위해 장치는 먼저 전원 공급 장치의 교류를 직류(DC)로 변환합니다.
모터 제어에 사용되는 인버터는 전압과 주파수를 모두 변경할 수 있습니다.
주파수 변환기의 작동 방식
우리는 AC 모터 비트의 동기 속도 표현을 알고 있습니다.
n = 60 f (1-s)/p (1)
공식에서
n --- 비동기 모터의 속도;
f --- 비동기 모터의 주파수;
s --- 모터 회전율;
p---모터 극 쌍의 수.
방정식 (1)에서 회전 속도 n은 주파수 f에 정비례한다는 것을 알 수 있으며, 주파수 f를 변경하여 모터의 회전 속도를 변경할 수 있는 한, 주파수 f를 0~50Hz 범위에서 변경하면 모터 속도 조정 범위가 매우 넓습니다. 주파수 변환기는 모터 전원 공급 장치 주파수를 변경하여 속도 조절을 실현하며 고효율 및 고성능 속도 조절의 이상적인 수단입니다.
주파수 변환기 제어 모드
저-전압 범용-인버터 출력 전압은 380-650V, 출력 전력은 0.75-400kW, 작동 주파수는 0~400Hz이고 주요 회로는 모두 AC-DC-AC 회로를 사용합니다. 제어 모드는 다음 4세대를 거쳤습니다.
1U/f=C 정현파 펄스 폭 변조(SPWM) 제어 모드
간단한 제어 회로 구조, 저렴한 비용, 경도의 기계적 특성이 특징이며 부드러운 속도 요구 사항의 일반적인 전달을 충족하는 것이 더 좋으며 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 이러한 저주파 제어 방식은 출력전압이 낮기 때문에 고정자 저항 전압 강하에 의한 토크가 더 커지게 되어 출력 최대 토크가 감소하게 된다. 또한, 기계적 특성이 DC 모터만큼 단단하지 않고, 동적 토크 용량 및 정속도 성능이 만족스럽지 못하며, 시스템 성능이 높지 않고, 제어 곡선이 부하에 따라 변화하며, 토크 응답이 느리고, 모터 토크 활용도가 높지 않으며, 고정자 저항 및 인버터의 데드존 효과 존재 및 성능 저하, 안정성 저하 등으로 인해 속도가 저하됩니다. 따라서 벡터 제어 주파수 변환 속도 조절이 연구되었습니다.
전압 공간 벡터(SVPWM) 제어 방법
이는 3-상 변조 파형을 한 번에 생성할 목적으로 모터 에어 갭의 이상적인 원형 회전 자기장 궤적을 근사화하고 원의 내부 접선 다각형 근사 방식으로 제어하기 위해 3상 파형의 전체 생성 효과를 전제로 합니다. 실제 사용 후 개선되었습니다. 즉, 주파수 보상이 도입되어 속도 제어 오류를 제거할 수 있습니다. 자기 체인 진폭은 피드백에 의해 추정되며, 이는 저속에서 고정자 저항의 영향을 제거합니다. 출력 전압과 전류는 폐쇄-루프되어 역학의 정확성과 안정성을 향상시킵니다. 그러나 제어 회로에는 링크가 더 많고 토크 조절이 도입되지 않아 시스템 성능이 근본적으로 향상되지 않습니다.
벡터 제어(VC) 방식
벡터 제어 주파수 제어의 실천은 3{0}}상 좌표계 비동기 전동기의 고정자 전류 Ia, Ib, Ic를 3상 - 2-상 변환을 통해 2-상 정지 좌표계의 AC 전류 Ia1Ib1로 변환한 후 로터리를 통해 변환하는 것입니다. 동기 회전 좌표계에서 DC 전류 Im1, It1과 동일한 회전자 자기장 방향에 따른 변환(Im1은 (Im1은 DC 모터의 여자 전류와 동일하며 It1은 토크에 비례하는 전기자 전류와 동일)과 동일합니다. 그런 다음 DC 모터의 제어 방법을 모방하여 DC 모터의 제어량을 얻고 다음의 제어를 실현합니다. 해당 좌표의 역변환 후 비동기 모터. 본질적으로 AC 모터는 DC 모터와 동일하며 속도와 자기장의 두 가지 구성 요소가 독립적으로 제어됩니다. 회전자 자기 체인을 제어한 다음 고정자 전류를 분해하여 토크 및 자기장 구성 요소를 획득하고 좌표 변환을 통해 직교 또는 분리 제어를 실현합니다. 제안하는 벡터 제어 방법은 획기적인-의미를 만들고 있습니다. 그러나 실제 응용에서는 회전자 자기 체인을 정확하게 관찰하기 어렵기 때문에 시스템 특성은 모터 매개변수에 의해 크게 영향을 받으며, 등가 DC 모터의 제어 프로세스에 사용되는 벡터 회전 변환이 더 복잡해 실제 제어 효과가 이상적인 분석 결과를 달성하기 어렵습니다.
직접 토크 제어(DTC) 방식
1985년 독일 루르대학교의 드펜브록(DePenbrock) 교수가 직접 토크 제어 주파수 변환 기술을 최초로 제안했습니다. 이 기술은 위의 벡터 제어의 단점을 대부분 해결하였으며, 참신한 제어 아이디어, 간결하고 명확한 시스템 구조, 뛰어난 동적 및 정적 성능으로 급속히 발전해 왔습니다. 현재 이 기술은 전기 기관차 견인용 고전력 AC 드라이브에 성공적으로 적용되었습니다. 직접 토크 제어는 고정자 좌표계에서 직접 AC 모터의 수학적 모델을 분석하여 모터의 자기 체인과 토크를 제어합니다. AC 모터를 DC 모터와 동일시할 필요가 없으므로 벡터 회전 변환에서 복잡한 계산이 많이 필요하지 않습니다. DC 모터의 제어를 모방할 필요도 없고 디커플링을 위해 AC 모터의 수학적 모델을 단순화할 필요도 없습니다.
매트릭스 AC-AC 제어 방법
VVVF 인버터, 벡터 제어 인버터, 직접 토크 제어 인버터는 모두 AC-DC-AC 인버터의 유형입니다. 일반적인 단점은 낮은 입력 역률, 높은 고조파 전류, DC 회로에 큰 에너지 저장 커패시터가 필요하고 재생 에너지를 그리드로 피드백할 수 없다는 것입니다. 즉, 4-사분면 작동이 불가능합니다. 이러한 이유로 매트릭스 AC-AC 인버터가 탄생했습니다. 매트릭스 AC-AC 인버터는 중간 DC 링크를 제거하므로 크기가 크고 값비싼 전해 커패시터가 필요하지 않습니다. l의 역률을 실현할 수 있고 입력 전류는 정현파이며 4개 사분면에서 작동할 수 있으며 시스템의 전력 밀도가 큽니다. 이 기술은 아직 성숙하지 않았지만 여전히 많은 학자들이 깊이 있게 연구하고 있습니다. 그 본질은 전류, 자기 체인 및 기타 양을 간접적으로 제어하는 것이 아니라 제어된 양으로 토크를 직접 구현하는 것입니다. 구체적인 방법은 다음과 같습니다.
--속도 센서 없는 방법을 실현하기 위해 고정자 자기 체인 관찰기를 도입하기 위한 고정자 자기 체인 제어;
--자동 식별(ID)은 모터의 정확한 수학적 모델을 기반으로 모터 매개변수를 자동으로 식별합니다.
--고정자 임피던스, 상호 인덕턴스, 자기 포화 계수, 관성 등에 해당하는 실제 값을 계산합니다. 실시간 제어를 위한 실제 토크, 고정자 자기 체인, 회전자 속도를 계산합니다.
--자기 체인의 밴드-밴드 제어와 토크에 따라 PWM 신호를 생성하는 밴드-밴드 제어를 실현하여 인버터 스위칭 상태를 제어합니다.
매트릭스 AC-AC 인버터는 빠른 토크 응답(<2ms), 높은 속도 정확도(±2%, PG 피드백 없음), 높은 토크 정확도(<+3%)를 제공합니다. 또한 높은 시동 토크와 높은 토크 정확도를 가지며, 특히 저속(0속도 포함)에서 150%-200% 토크를 출력할 수 있습니다.