【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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)直接抑制掃描周期或使用帶有安全繼電器的接觸器來(lái)打開(kāi)電路并禁用電機(jī)，從而使過(guò)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?，F(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(lái)檢測(cè)和響應(yīng)過(guò)電流、接地故障和熱過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)和高電壓慢速低效開(kāi)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?？梢蕴娲?，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(kāi)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(jiàn)，這使它們能夠捕獲和重新利用在減速或制動(dòng)過(guò)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(lái)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)法安裝傳感器或安裝成本過(guò)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。