¿Cuáles son las perspectivas de aplicación de los convertidores de frecuencia? dentro de veinte años
Un breve análisis del estado de la aplicación y las perspectivas de los convertidores de frecuencia.
Resumen: Los convertidores de frecuencia tienen buenas perspectivas de desarrollo y aplicación. En este artículo se describe el desarrollo y aplicación de los convertidores de frecuencia en nuestro país y el trabajo que debemos realizar en esta tecnología en el futuro.
Palabras clave: convertidor de frecuencia; aplicación; perspectiva
Prólogo
En los últimos años, con el rápido desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, la tecnología informática y la tecnología de control automático. , La tecnología de control y transmisión de CA se ha convertido en una de las tecnologías de más rápido desarrollo. La tecnología de transmisión eléctrica se enfrenta a una revolución histórica, es decir, la regulación de velocidad de CA que reemplaza la regulación de velocidad de CC y la tecnología de control digital por computadora que reemplaza la tecnología de control analógico se han convertido en tendencias de desarrollo. La tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia de motores de CA es hoy un medio importante para ahorrar energía, mejorar el flujo de procesos, mejorar la calidad del producto y el medio ambiente y promover el progreso tecnológico. La regulación de velocidad de frecuencia variable es reconocida en el país y en el extranjero como el método de regulación de velocidad más prometedor debido a su excelente regulación de velocidad y rendimiento de arranque y frenado, alta eficiencia, alto factor de potencia y efecto de ahorro de energía, amplia gama de aplicaciones y muchas otras ventajas. Es de gran importancia tener un conocimiento profundo de las tendencias en la tecnología de control y transmisión de CA.
1. Principio de ahorro de energía del funcionamiento de regulación de velocidad del convertidor de frecuencia.
El dispositivo que realiza la regulación de velocidad de conversión de frecuencia se denomina convertidor de frecuencia. Los convertidores de frecuencia generalmente constan de rectificadores, filtros, circuitos de accionamiento, circuitos de protección y controladores (MCU/DSP). Primero, la fuente de alimentación de CA monofásica o trifásica pasa a través del rectificador y el condensador la filtra para formar un voltaje de CC con una amplitud básicamente fija y se aplica al inversor el control de encendido y apagado del componente de potencia del inversor. se utiliza para obtener el extremo de salida del inversor. Una forma de onda de pulso rectangular de cierta forma. Aquí, la amplitud del voltaje del pulso rectangular se controla cambiando el ancho del pulso rectangular; la frecuencia de salida se controla cambiando el período de modulación, de modo que el voltaje y la frecuencia de salida se controlan simultáneamente en el inversor para cumplir con el control coordinado de U/f mediante regulación de velocidad de frecuencia variable. La ventaja de PWM es que puede eliminar o suprimir armónicos de bajo orden, lo que permite que el motor de carga funcione bajo una tensión alterna casi sinusoidal, con pequeños impulsos de par y un amplio rango de velocidades.
La velocidad del motor que utiliza el control PWM está limitada por el límite de velocidad superior. Por ejemplo, para los compresores, generalmente no supera los 7000 r/lluvia. La velocidad del compresor utilizando el método de control PAM se puede aumentar aproximadamente 1,5 veces, lo que mejora en gran medida la capacidad de aumentar y desacelerar rápidamente la velocidad. Al mismo tiempo, debido a que PAM tiene un efecto de modelado en la forma de onda de la corriente al ajustar el voltaje, puede lograr una mayor eficiencia que PWM. Además, también tiene ventajas incomparables en antiinterferencias y PWM, que pueden suprimir la generación de armónicos de alto orden y reducir la contaminación de la red eléctrica. Después de adoptar la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de este método de control, la corriente del estator del motor se redujo en un 64 %, la frecuencia de potencia se redujo en un 30 % y la presión de descarga de pegamento se redujo en un 57 %. Según la teoría del motor, la velocidad de un motor asíncrono se puede expresar como:
n=60·f 8 (1-8)/p
f s es la frecuencia del estator del motor ( es decir, la frecuencia de la red eléctrica), P el número de pares de polos del devanado del estator del motor, s es la tasa de deslizamiento. De la fórmula anterior se puede ver que siempre que la tasa de deslizamiento no sea demasiado grande, la velocidad de rotación n puede considerarse aproximadamente proporcional a f s, lo que significa que al cambiar continua y suavemente la frecuencia de potencia, se puede obtener un amplio rango de Se puede lograr una regulación continua y suave de la velocidad del motor de CA. Por ejemplo, un motor con una velocidad nominal de 3000 rpm funciona con un convertidor de frecuencia. Si la frecuencia de arranque se establece en 5 HZ, entonces el convertidor de frecuencia puede funcionar a cualquier frecuencia entre 5 y 50 HZ y el motor puede funcionar a 30o-. 3000 A cualquier velocidad entre rpm, el motor arranca con la red eléctrica, lo que garantiza un arranque equilibrado, un gran par y un ahorro de energía.
La alimentación de red 50HZ380V pasa por el enlace de rectificación y filtrado para convertirse en corriente continua, y luego pasa por el enlace inversor para convertirse en corriente alterna con frecuencia y amplitud ajustables. En el circuito principal del convertidor de frecuencia, la energía eléctrica sufre una conversión AC-DC-AC, por lo que este tipo de convertidor de frecuencia se denomina convertidor de frecuencia tipo AC-DC-AC.
II.Visión general del desarrollo y aplicación de la tecnología de convertidores de frecuencia en mi país
(1) Desarrollo de convertidores de frecuencia
Con el desarrollo continuo de la tecnología de producción. , Unidad de CC Los eslabones débiles se revelan gradualmente. Debido a la existencia del conmutador, el mantenimiento del motor de CC aumenta y la capacidad, la velocidad máxima y el entorno de uso de una sola máquina son limitados. La gente empezó a recurrir a motores asíncronos con estructura simple, operación confiable, fácil mantenimiento y bajo precio. Sin embargo, el rendimiento de regulación de velocidad de los motores asíncronos es difícil de satisfacer las necesidades de producción.
Por lo tanto, desde la década de 1930, la gente se ha dedicado a la investigación de la tecnología de regulación de la velocidad de CA, pero el progreso ha sido lento. Durante un largo período de tiempo, la regulación de velocidad de CC ha dominado el campo de la transmisión eléctrica con su excelente rendimiento. Desde la década de 1960, especialmente desde la década de 1970, el rápido desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, la tecnología de control y la tecnología microelectrónica ha hecho que el rendimiento de la regulación de velocidad de CA sea comparable al de la regulación de velocidad de CC. En la actualidad, la regulación de velocidad de CA ha entrado en una era en la que reemplaza gradualmente la regulación de velocidad de CC.
(2) Aplicación de los convertidores de frecuencia en mi país
Varios convertidores de frecuencia se utilizan principalmente para ajustar la velocidad de los motores de CA (motores asíncronos o motores síncronos) y son reconocidos como los más Motores de CA ideales y más útiles Además del excelente rendimiento de regulación de velocidad, el esquema de regulación de velocidad de Qiantu también tiene importantes efectos de ahorro de energía. Es un dispositivo de regulación de velocidad ideal para la transformación tecnológica empresarial y la actualización de productos. Desde su introducción en China en la década de 1980, los convertidores de frecuencia se han desarrollado rápidamente y se han utilizado ampliamente como un equipo de automatización cada vez más importante en aplicaciones de ahorro de energía y control de procesos de velocidad.
1. Convertidor de frecuencia y ahorro de energía
El uso original del convertidor de frecuencia era el control de velocidad, pero actualmente se utiliza principalmente en China para ahorrar energía. China es un gran país consumidor de energía con una baja tasa de utilización de energía y reservas de energía insuficientes. En 2003, entre el 60% y el 70% del consumo eléctrico de China era energía eléctrica. De la capacidad total del motor de 580 millones de kilovatios, menos de 20 millones de kilovatios estaban equipados con control de frecuencia variable. Según los análisis, en China existen al menos 180 millones de kilovatios de motores con cargas variables y potencial de ahorro de energía. Por lo tanto, el país promueve vigorosamente medidas de ahorro de energía y recomienda enfáticamente la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable.
La aplicación de regulación de velocidad de frecuencia variable puede mejorar en gran medida la precisión del control de la velocidad del motor, permitiendo que el motor funcione a la velocidad con mayor ahorro de energía. Tomando como ejemplo la bomba de agua del ventilador, según el principio de la mecánica de fluidos, la potencia del eje es proporcional al cubo de la velocidad de rotación. Cuando el volumen de aire requerido disminuye y la velocidad del ventilador disminuye, su potencia disminuye según el cubo de la velocidad. Por lo tanto, el efecto de ahorro de energía de una regulación precisa de la velocidad es muy considerable. De manera similar, muchos motores de carga variable generalmente producen una capacidad de motor basada en la demanda máxima, por lo que el margen de diseño es relativamente grande. En funcionamiento real, la proporción de tiempo de funcionamiento con carga ligera es muy alta. Si se adopta la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia, la eficiencia de trabajo durante la operación con carga ligera se puede mejorar considerablemente. Por tanto, el potencial de ahorro de energía de las cargas variables es enorme.
Con fines de ahorro de energía, los convertidores de frecuencia se utilizan ampliamente en diversas industrias. Tomemos como ejemplo la industria de la energía eléctrica. Debido a la escasez de energía a gran escala en China, la inversión en energía eléctrica seguirá creciendo. Al mismo tiempo, el plan nacional de reforma del sector eléctrico ha planteado requisitos para el control de costos de las centrales eléctricas. La reducción del consumo interno de energía se ha convertido en el objetivo de las centrales eléctricas. Por lo tanto, los convertidores de frecuencia tienen un papel importante en la industria de la energía eléctrica, especialmente para los inversores de alto voltaje y de alta potencia.
2. Convertidor de frecuencia y control de procesos (control de velocidad)
En la actualidad, el nivel de control de equipos de China sigue siendo relativamente bajo en comparación con los países desarrollados, y el proceso de fabricación y la eficiencia no son altos. , por lo que mejorar el nivel de control de los equipos es fundamental. Dado que la regulación de velocidad de frecuencia variable tiene las ventajas de un amplio rango de regulación de velocidad, una alta precisión de regulación de velocidad y una buena respuesta dinámica, en muchas aplicaciones que requieren un control de velocidad preciso, los convertidores de frecuencia desempeñan un papel importante en la mejora de la calidad del proceso y la eficiencia de la producción.
3. Electrodomésticos de conversión de frecuencia
Además de las industrias relacionadas con la industria, en los hogares comunes, el ahorro en las facturas de electricidad, la mejora del rendimiento de los electrodomésticos, la protección del medio ambiente, etc. Los electrodomésticos de conversión de frecuencia han recibido cada vez más atención y se han convertido en otra tendencia amplia de mercado y aplicación de dispositivos. Los refrigeradores, lavadoras, aires acondicionados domésticos, etc. con control de frecuencia variable tienen grandes ventajas al ahorrar electricidad, reducir las descargas de voltaje, reducir el ruido y mejorar la precisión del control.
3. Estado actual y perspectivas de desarrollo de la tecnología de conversión de frecuencia nacional
Ya existen muchos fabricantes de convertidores de frecuencia en China, pero la mayoría de sus productos son control V/F y vector espacial de voltaje. No debería haber ningún problema a la hora de controlar el convertidor de frecuencia cuando se utiliza en cargas que no requieren precisión de regulación de alta velocidad ni rendimiento dinámico. La mayoría de las aplicaciones industriales tienen este tipo de carga. El requisito más importante para los inversores en esta aplicación es la confiabilidad. La razón principal por la que los inversores domésticos no ocupan una gran parte del mercado interno es que la calidad del producto no es lo suficientemente buena. Los inversores de control vectorial espacial de voltaje y control V/F son técnicamente mucho más simples que los inversores de control vectorial. Dado que la mayoría de los fabricantes nacionales se producen en talleres manuales, la tecnología es deficiente, los métodos de detección son limitados y la calidad es constante y la estabilidad es difícil. para garantizar. También es un inversor controlado por V/F. La calidad de los productos extranjeros es mejor que la de los productos nacionales. Esto puede deberse a la brecha en la tecnología de producción.
La mayor brecha se encuentra en la industria manufacturera de dispositivos semiconductores de potencia, que todavía está en blanco en China.
Otro aspecto de la tecnología de inversores es la tecnología de aplicación. A lo largo de los años, la Comisión Estatal de Economía y Comercio se ha comprometido con el desarrollo, la promoción y la aplicación de la tecnología de convertidores de frecuencia junto con los departamentos nacionales pertinentes. Ha brindado apoyo clave en el desarrollo y la transformación tecnológica, y ha organizado la evaluación y recomendación de frecuencia. La tecnología de regulación de velocidad de conversión y la tecnología de convertidor de frecuencia promovida y aplicada son una dirección de inversión clave para el proyecto de transformación técnica de ahorro de energía de ventiladores y bombas de agua. Al mismo tiempo, se anima a las unidades a llevar a cabo lo mismo. método de préstamo y reembolso, centrándose en el desarrollo, proyectos de demostración y promoción y aplicación. También ha establecido centros de ahorro de energía para ventiladores y bombas de agua para realizar consultas de información y capacitación. De 1995 a 1997, mi país invirtió 350 millones de yuanes en la transformación de la tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia para ventiladores y bombas de agua en tres años. La capacidad total de transformación alcanzó 1 millón de kilovatios, lo que puede ahorrar 700 millones de kilovatios hora de electricidad al año. El período medio de recuperación de la inversión es de unos 2 años. Según datos relevantes, la aplicación de la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable en nuestro país ha logrado resultados considerables, con ventas de miles de millones de yuanes cada año, lo que indica que la aplicación del convertidor de frecuencia en nuestro país ha sido muy extensa. Desde un simple control manual hasta el control de varias máquinas basado en la red RS-485, se puede conectar con computadoras y PLC para formar un sistema de control complejo. En sistemas de automatización integrales a gran escala, tecnologías avanzadas de control y optimización, conjuntos completos de sistemas especiales a gran escala, como líneas de producción de laminación y colada continua, líneas de producción de papel de alta velocidad, líneas de producción de cables y fibras ópticas, líneas de producción de fibras químicas. , líneas de producción de materiales de construcción, etc., la función del convertidor de frecuencia es el control de la transmisión eléctrica, y su control tiene requisitos muy altos en cuanto a complejidad, precisión de control y respuesta dinámica, y ha reemplazado por completo la tecnología de control de velocidad de CC. En los últimos años, en términos de función, el convertidor de frecuencia ha utilizado la teoría de control avanzada para desarrollar funciones de control como bobinado, elevación, maestro-esclavo, etc., haciendo que la construcción de sistemas de aplicación sea más conveniente y sencilla, y elevando la tecnología de la aplicación. de convertidores de frecuencia a un nuevo nivel.
IV.Conclusión
La tecnología de regulación de velocidad por frecuencia variable está cada vez más penetrada en la industria. Sus importantes ventajas de ahorro de energía, ahorro de mano de obra y facilidad para formar un sistema de control automático también son una forma eficaz de transformar y aprovechar el potencial y aumentar los beneficios mediante la aplicación de tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia. Especialmente en empresas con un gran consumo de energía y equipos de bajo rendimiento, el uso de dispositivos de regulación de velocidad de conversión de frecuencia permitirá a las empresas obtener enormes beneficios económicos. Al mismo tiempo, esta es también la necesidad de un desarrollo sostenible. la economía nacional.