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儀表網 行業科普】變頻器的最新進展使這些設備發生了變化，以幫助制造企業增強安全功能并提高能源效率。本文還介紹了三種先進的變頻器控制解決方案。
隨著技術的進步，現代變頻器提供了更高的安全性、能源效率和先進的控制方案。為工業應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 增強的變頻器安全性
最近對變頻器安全功能的增強源自于對安全協議的日益重視。一個值得注意的發展是集成網絡安全協議，如PROFIsafe和CIP safety。這種集成涉及將變頻器納入安全網絡和協議。
關鍵區別在于變頻器與其它安全系統的通信能力，通過實時安全監測和控制，促進對危險工況的協調響應。這確保了安全相關數據的可靠和完整傳輸，包括緊急停機信號和光幕狀態。為了實現這些功能，采用了唯一標識、序列計數器和循環冗余校驗(CRC)等技術，保證安全數據在傳輸過程中不會丟失、更改或延遲。
安全功能的另一個最新進展，是實現了安全扭矩關閉功能，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，從而使過程硬性停止。掃描抑制器會產生噪音和誤差，而外部接觸器只是增加了額外的部件。現代的STO功能直接集成在驅動控制系統中，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，防止電機意外啟動或移動，提供了一種更高效、更可靠的安全機制。
最新的變頻器采用了復雜方法來檢測和響應過電流、接地故障和熱過載情況。這些方法使用先進的算法和實時線路監控，與舊系統相比，可以實現更快、更準確的保護。這些現代特性補充了變頻器安全功能，反映了更集成、主動和數據驅動的安全方法的趨勢。重點不僅在于應對危險，還在于預測和預防危險，這與更廣泛的工業安全和自動化趨勢相一致。
02 現代變頻器的能效優勢與軟起動器
現代變頻驅動裝置的能效比其前身有了顯著提高。這些改進歸功于晶體管技術的進步，例如低損耗表面貼裝氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)功率晶體管。這些技術有助于實現更快的開關速度、更高的總線電壓和更低的柵極壓降，從而實現更高的整體效率。
與效率低于85%的老式變頻器相比，一些制造商現在標榜的最高效率在滿負荷時可達98%。值得注意的是，老式晶體管技術需要在低電壓快速開關和高電壓慢速低效開關之間進行權衡，而氮化鎵或碳化硅技術則不再受此限制。更小的外形尺寸也能實現更大的電流。
隨著晶體管技術的進步，許多變頻器已經小型化，從而實現了更緊湊的設計。這種小型化使其適用于以前不可行的更多應用。在軟啟動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、停止和速度調節等高級功能。
傳統上，軟起動器被認為是一種經濟高效的替代方案，可以替代苛刻的開關電機起動。隨著現代變頻器的緊湊性和多功能性的提高，在各種應用中正成為更具競爭力和可行性的選擇。這種轉變反映了變頻器的更廣泛優勢，以及處理各種電機控制要求的能力。
現代變頻器配備了復雜的算法，可根據負載要求優化能源使用和諧波生成。這些算法動態調整運行參數，如電壓和頻率，以與負載匹配，從而降低能耗。這是從舊變頻器的轉變，這些舊變頻器運行在固定或適應性較差的參數下。
變頻器包括先進的再生制動功能并不罕見，這使它們能夠捕獲和重新利用在減速或制動過程中浪費的能量。事實證明，此功能在頻繁啟停的應用中特別有效。此外，現代的變頻器采用了增強的設計和組件來減輕電諧波，電諧波會影響電能質量并導致效率低下。
03 三種先進的變頻器控制方案
當前的變頻器提供了對電機速度、扭矩和整體性能的增強控制，還有先進的診斷和改進的連接功能。目前在用的最先進的變頻器控制方案，主要包括矢量控制(FOC)、直接轉矩控制(DTC)和無傳感器矢量控制。
矢量控制：也稱為磁場導向控制，是最先進的控制方法之一。該方法將電機扭矩和磁通分量解耦，從而實現對每個分量的獨立控制。它在需要精確速度和扭矩控制的應用中特別有效，例如機器人和數控機床。
直接轉矩控制：它是一種直接調節電機轉矩和磁通量的方法，提供快速和動態的響應。與矢量控制不同，直接轉矩控制無需位置傳感器即可運行，簡單易用，功能強大，在負載快速頻繁變化的應用中具有優勢。
無傳感器矢量控制：這種控制方案的性能與矢量控制相當，但不需要轉子位置傳感器。它使用數學模型估計電機的磁通量，即使在低速下也能精確控制。這種方法廣泛應用于無法安裝傳感器或安裝成本過高的應用中。
這些先進的控制方案顯著增強了變頻器的功能，改善了精確控制，提高了效率，并可適應于廣泛的工業和商業應用。隨著技術的發展，這些控制方法將變得更加復雜，將人工智能和機器學習集成在一起，以實現更高的性能和效率。在變頻器領域發生的顯著變化促使制造企業考慮進行升級，以提高工業系統的整體安全性、性能或效率。
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