【儀表網(wǎng) 行業(yè)科普】變頻器的最新進(jìn)展使這些設(shè)備發(fā)生了變化，以幫助制造企業(yè)增強(qiáng)安全功能并提高能源效率。本文還介紹了三種先進(jìn)的變頻器控制解決方案。
 

　　隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代變頻器提供了更高的安全性、能源效率和先進(jìn)的控制方案。為工業(yè)應(yīng)用選擇合適的變頻器，需要額外考慮潛在的諧波問題、能源效率和成本效益。
 

　　01  增強(qiáng)的變頻器安全性
 

　　最近對(duì)變頻器安全功能的增強(qiáng)源自于對(duì)安全協(xié)議的日益重視。一個(gè)值得注意的發(fā)展是集成網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議，如PROFIsafe和CIP safety。這種集成涉及將變頻器納入安全網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。
 

　　關(guān)鍵區(qū)別在于變頻器與其它安全系統(tǒng)的通信能力，通過實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)和控制，促進(jìn)對(duì)危險(xiǎn)工況的協(xié)調(diào)響應(yīng)。這確保了安全相關(guān)數(shù)據(jù)的可靠和完整傳輸，包括緊急停機(jī)信號(hào)和光幕狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，采用了唯一標(biāo)識(shí)、序列計(jì)數(shù)器和循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)等技術(shù)，保證安全數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會(huì)丟失、更改或延遲。
 

　　安全功能的另一個(gè)最新進(jìn)展，是實(shí)現(xiàn)了安全扭矩關(guān)閉功能，通常被稱為“STO”。舊式的STO類似功能是通過直接抑制掃描周期或使用帶有安全繼電器的接觸器來打開電路并禁用電機(jī)，從而使過程硬性停止。掃描抑制器會(huì)產(chǎn)生噪音和誤差，而外部接觸器只是增加了額外的部件。現(xiàn)代的STO功能直接集成在驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用更少的部件提供更高水平的安全性。這可確保立即切斷電源，防止電機(jī)意外啟動(dòng)或移動(dòng)，提供了一種更高效、更可靠的安全機(jī)制。
 

　　最新的變頻器采用了復(fù)雜方法來檢測(cè)和響應(yīng)過電流、接地故障和熱過載情況。這些方法使用先進(jìn)的算法和實(shí)時(shí)線路監(jiān)控，與舊系統(tǒng)相比，可以實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)確的保護(hù)。這些現(xiàn)代特性補(bǔ)充了變頻器安全功能，反映了更集成、主動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的安全方法的趨勢(shì)。重點(diǎn)不僅在于應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)，還在于預(yù)測(cè)和預(yù)防危險(xiǎn)，這與更廣泛的工業(yè)安全和自動(dòng)化趨勢(shì)相一致。
 

　　02  現(xiàn)代變頻器的能效優(yōu)勢(shì)與軟起動(dòng)器
 

　　現(xiàn)代變頻驅(qū)動(dòng)裝置的能效比其前身有了顯著提高。這些改進(jìn)歸功于晶體管技術(shù)的進(jìn)步，例如低損耗表面貼裝氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)功率晶體管。這些技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度、更高的總線電壓和更低的柵極壓降，從而實(shí)現(xiàn)更高的整體效率。
 

　　與效率低于85%的老式變頻器相比，一些制造商現(xiàn)在標(biāo)榜的最高效率在滿負(fù)荷時(shí)可達(dá)98%。值得注意的是，老式晶體管技術(shù)需要在低電壓快速開關(guān)和高電壓慢速低效開關(guān)之間進(jìn)行權(quán)衡，而氮化鎵或碳化硅技術(shù)則不再受此限制。更小的外形尺寸也能實(shí)現(xiàn)更大的電流。
 

　　隨著晶體管技術(shù)的進(jìn)步，許多變頻器已經(jīng)小型化，從而實(shí)現(xiàn)了更緊湊的設(shè)計(jì)。這種小型化使其適用于以前不可行的更多應(yīng)用。在軟啟動(dòng)器是唯一選擇的情況下，變頻器通常可以替代它，提供受控啟動(dòng)、停止和速度調(diào)節(jié)等高級(jí)功能。
 

　　傳統(tǒng)上，軟起動(dòng)器被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)高效的替代方案，可以替代苛刻的開關(guān)電機(jī)起動(dòng)。隨著現(xiàn)代變頻器的緊湊性和多功能性的提高，在各種應(yīng)用中正成為更具競(jìng)爭(zhēng)力和可行性的選擇。這種轉(zhuǎn)變反映了變頻器的更廣泛優(yōu)勢(shì)，以及處理各種電機(jī)控制要求的能力。
 

　　現(xiàn)代變頻器配備了復(fù)雜的算法，可根據(jù)負(fù)載要求優(yōu)化能源使用和諧波生成。這些算法動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，如電壓和頻率，以與負(fù)載匹配，從而降低能耗。這是從舊變頻器的轉(zhuǎn)變，這些舊變頻器運(yùn)行在固定或適應(yīng)性較差的參數(shù)下。
 

　　變頻器包括先進(jìn)的再生制動(dòng)功能并不罕見，這使它們能夠捕獲和重新利用在減速或制動(dòng)過程中浪費(fèi)的能量。事實(shí)證明，此功能在頻繁啟停的應(yīng)用中特別有效。此外，現(xiàn)代的變頻器采用了增強(qiáng)的設(shè)計(jì)和組件來減輕電諧波，電諧波會(huì)影響電能質(zhì)量并導(dǎo)致效率低下。
 

　　03  三種先進(jìn)的變頻器控制方案
 

　　當(dāng)前的變頻器提供了對(duì)電機(jī)速度、扭矩和整體性能的增強(qiáng)控制，還有先進(jìn)的診斷和改進(jìn)的連接功能。目前在用的最先進(jìn)的變頻器控制方案，主要包括矢量控制(FOC)、直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)和無傳感器矢量控制。
 

　　矢量控制：也稱為磁場(chǎng)導(dǎo)向控制，是最先進(jìn)的控制方法之一。該方法將電機(jī)扭矩和磁通分量解耦，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)分量的獨(dú)立控制。它在需要精確速度和扭矩控制的應(yīng)用中特別有效，例如機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床。
 

　　直接轉(zhuǎn)矩控制：它是一種直接調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁通量的方法，提供快速和動(dòng)態(tài)的響應(yīng)。與矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制無需位置傳感器即可運(yùn)行，簡(jiǎn)單易用，功能強(qiáng)大，在負(fù)載快速頻繁變化的應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)。
 

　　無傳感器矢量控制：這種控制方案的性能與矢量控制相當(dāng)，但不需要轉(zhuǎn)子位置傳感器。它使用數(shù)學(xué)模型估計(jì)電機(jī)的磁通量，即使在低速下也能精確控制。這種方法廣泛應(yīng)用于無法安裝傳感器或安裝成本過高的應(yīng)用中。
 

　　這些先進(jìn)的控制方案顯著增強(qiáng)了變頻器的功能，改善了精確控制，提高了效率，并可適應(yīng)于廣泛的工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，這些控制方法將變得更加復(fù)雜，將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)集成在一起，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和效率。在變頻器領(lǐng)域發(fā)生的顯著變化促使制造企業(yè)考慮進(jìn)行升級(jí)，以提高工業(yè)系統(tǒng)的整體安全性、性能或效率。