Jenis penukar frekuensi

Peranti yang dipanggil penukar frekuensi digunakan untuk menukar voltan AC sesalur dengan frekuensi industri 50/60 Hz kepada voltan AC dengan frekuensi yang berbeza. Kekerapan keluaran penukar frekuensi boleh berbeza-beza secara meluas, biasanya dari 0.5 hingga 400 Hz. Frekuensi yang lebih tinggi tidak boleh diterima untuk motor moden kerana sifat bahan dari mana stator dan teras rotor dibuat.

Apa-apa jenis penukar frekuensi merangkumi dua bahagian utama: kawalan dan bekalan kuasa. Bahagian kawalan ialah litar litar mikro digital yang menyediakan kawalan suis unit kuasa, dan juga berfungsi untuk mengawal, mendiagnosis dan melindungi pemacu terdorong dan penukar itu sendiri.

Bahagian bekalan kuasa secara langsung termasuk suis - transistor berkuasa atau thyristor. Dalam kes ini, penukar frekuensi terdiri daripada dua jenis: dengan bahagian yang diserlahkan arus terus atau dengan komunikasi terus. Penukar gandingan langsung mempunyai kecekapan sehingga 98% dan boleh beroperasi dengan voltan dan arus yang ketara.Secara umum, setiap satu daripada dua jenis penukar frekuensi yang dinyatakan mempunyai kelebihan dan kekurangan individu, dan mungkin rasional untuk menggunakan satu atau yang lain untuk aplikasi yang berbeza.

Komunikasi langsung

Penukar frekuensi dengan sambungan galvanik langsung adalah yang pertama muncul di pasaran, bahagian kuasa mereka adalah penerus thyristor terkawal, di mana kumpulan thyristor pengunci tertentu dibuka secara bergilir, dan belitan stator disambungkan ke rangkaian. Ini bermakna bahawa akhirnya voltan yang dibekalkan kepada stator dibentuk sebagai kepingan gelombang sinus utama yang disuap secara bersiri ke belitan.

Voltan sinusoidal ditukar kepada voltan gigi gergaji pada output. Kekerapan lebih rendah daripada sesalur kuasa — dari 0.5 hingga kira-kira 40 Hz. Jelas sekali, julat penukar jenis ini adalah terhad. Thyristor tidak berkunci memerlukan skim kawalan yang lebih kompleks, yang meningkatkan kos peranti ini.

Bahagian gelombang sinus output menjana harmonik yang lebih tinggi, dan ini adalah kerugian tambahan dan terlalu panas motor dengan penurunan tork aci, di samping itu, gangguan yang tidak lemah memasuki rangkaian. Jika peranti pampasan digunakan, sekali lagi kos meningkat, dimensi dan berat bertambah, dan kecekapan penukar berkurangan.

Kelebihan penukar frekuensi dengan gandingan galvanik terus termasuk:

• kemungkinan operasi berterusan dengan voltan dan arus yang ketara;
• rintangan beban impuls;
• Kecekapan sehingga 98%;
• kebolehgunaan dalam litar voltan tinggi dari 3 hingga 10 kV dan lebih tinggi.

Dalam kes ini, penukar frekuensi voltan tinggi, sudah tentu, lebih mahal daripada yang voltan rendah. Sebelum ini, ia digunakan di mana perlu — iaitu penukar thyristor gandingan langsung.

Dengan sambungan DC diserlahkan

Untuk pemacu moden, penukar frekuensi dengan blok DC yang diserlahkan lebih meluas digunakan untuk tujuan peraturan frekuensi. Di sini, penukaran dilakukan dalam dua langkah. Pertama, voltan sesalur masukan dibetulkan dan ditapis, dilicinkan, kemudian disalurkan ke penyongsang, di mana ia ditukar kepada arus ulang alik dengan frekuensi dan voltan yang diperlukan dengan amplitud yang diperlukan.

Kecekapan penukaran berganda tersebut berkurangan dan dimensi peranti menjadi lebih besar sedikit daripada penukar dengan sambungan elektrik terus. Gelombang sinus dijana di sini oleh penyongsang arus dan voltan autonomi.

Dalam penukar frekuensi pautan DC, thyristor selak atau transistor IGBT… Mengunci thyristor digunakan terutamanya dalam penukar frekuensi pertama yang dihasilkan dari jenis ini, maka, dengan kemunculan transistor IGBT di pasaran, penukar berdasarkan transistor ini yang mula mendominasi di kalangan peranti voltan rendah.

Untuk menghidupkan thyristor, nadi pendek yang digunakan pada elektrod kawalan adalah mencukupi, dan untuk mematikannya, adalah perlu untuk menggunakan voltan terbalik pada thyristor atau menetapkan semula arus pensuisan kepada sifar. Skim kawalan khas diperlukan — kompleks dan dimensi. Transistor IGBT bipolar mempunyai kawalan yang lebih fleksibel, penggunaan kuasa yang lebih rendah dan kelajuan yang agak tinggi.

Atas sebab ini, penukar frekuensi berdasarkan transistor IGBT telah memungkinkan untuk melanjutkan julat kelajuan kawalan pemacu: motor kawalan vektor tak segerak berdasarkan transistor IGBT boleh beroperasi dengan selamat pada kelajuan rendah tanpa memerlukan penderia maklum balas .

Mikropemproses ditambah dengan transistor berkelajuan tinggi menghasilkan lebih sedikit harmonik yang lebih tinggi pada output daripada penukar thyristor. Akibatnya, kerugian menjadi lebih kecil, belitan dan litar magnet kurang panas, denyutan rotor pada frekuensi rendah berkurangan. Kurang kerugian dalam bank kapasitor, dalam transformer - hayat perkhidmatan unsur-unsur ini meningkat. Terdapat lebih sedikit ralat di tempat kerja.

Jika kita membandingkan penukar thyristor dengan penukar transistor dengan kuasa keluaran yang sama, maka yang kedua akan kurang berat, menjadi lebih kecil, dan operasinya akan lebih dipercayai dan seragam. Reka bentuk modular suis IGBT membolehkan pelesapan haba yang lebih cekap dan memerlukan lebih sedikit ruang untuk memasang elemen kuasa, di samping itu, suis modular lebih dilindungi daripada lonjakan pensuisan, iaitu, kebarangkalian kerosakan adalah lebih rendah.

Penukar frekuensi berdasarkan IGBT adalah lebih mahal kerana modul kuasa adalah komponen elektronik yang kompleks untuk dihasilkan. Walau bagaimanapun, harga adalah wajar oleh kualiti. Pada masa yang sama, statistik menunjukkan kecenderungan untuk menurunkan harga transistor IGBT setiap tahun.

Prinsip operasi penukar frekuensi IGBT

Rajah menunjukkan gambar rajah penukar frekuensi dan graf arus dan voltan setiap unsur. Voltan sesalur dengan amplitud dan frekuensi malar disalurkan kepada penerus, yang boleh dikawal atau tidak dikawal. Selepas penerus terdapat kapasitor - penapis kapasitif. Kedua-dua elemen ini—penerus dan kapasitor—membentuk unit DC.

Daripada penapis, voltan malar kini dibekalkan kepada penyongsang nadi autonomi di mana transistor IGBT berfungsi. Rajah menunjukkan penyelesaian biasa untuk penukar frekuensi moden. Voltan langsung ditukar kepada nadi tiga fasa dengan frekuensi dan amplitud boleh laras.

Sistem kawalan memberikan isyarat tepat pada masanya kepada setiap kekunci, dan gegelung yang sepadan dialihkan secara berurutan ke sambungan kekal. Dalam kes ini, tempoh menyambungkan gegelung ke sambungan dimodulasi kepada sinus. Jadi, di bahagian tengah separuh tempoh, lebar nadi adalah yang terbesar, dan di tepi - yang terkecil. Ia berlaku di sini voltan modulasi lebar nadi pada belitan stator motor. Kekerapan PWM biasanya mencapai 15 kHz, dan gegelung itu sendiri berfungsi sebagai penapis induktif, akibatnya arus melaluinya hampir sinusoidal.

Jika penerus dikawal pada input, maka perubahan amplitud dilakukan dengan mengawal penerus, dan penyongsang hanya bertanggungjawab untuk penukaran frekuensi. Kadangkala penapis tambahan dipasang pada output penyongsang untuk melembapkan gelombang semasa (jarang sekali ini digunakan dalam penukar kuasa rendah).Sama ada cara, output adalah voltan tiga fasa dan arus AC dengan parameter asas yang ditentukan pengguna.