Frekans dönüştürücü türleri

Frekans konvertörü adı verilen cihazlar, endüstriyel frekansı 50/60 Hz olan şebeke AC gerilimini farklı frekanstaki AC gerilime dönüştürmek için kullanılır. Frekans dönüştürücünün çıkış frekansı, tipik olarak 0,5 ila 400 Hz arasında büyük ölçüde değişebilir. Stator ve rotor çekirdeklerinin yapıldığı malzemelerin doğası gereği, modern motorlar için daha yüksek frekanslar kabul edilemez.

Herhangi bir tür frekans dönüştürücü iki ana bölümden oluşur: kontrol ve güç kaynağı. Kontrol kısmı, güç ünitesinin anahtarlarının kontrolünü sağlayan ve ayrıca tahrik edilen sürücüyü ve dönüştürücünün kendisini kontrol etmeye, teşhis etmeye ve korumaya hizmet eden bir dijital mikro devre devresidir.

Güç kaynağı bölümü doğrudan anahtarları içerir - güçlü transistörler veya tristörler. Bu durumda, frekans dönüştürücüler iki tiptir: vurgulanmış bir doğru akım bölümü veya doğrudan iletişim ile. Doğrudan akuple dönüştürücüler, %98'e varan verimliliğe sahiptir ve önemli gerilim ve akımlarla çalışabilir.Genel olarak, belirtilen iki tip frekans dönüştürücünün her birinin kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır ve farklı uygulamalar için birini veya diğerini uygulamak mantıklı olabilir.

Doğrudan iletişim

Doğrudan galvanik bağlantılı frekans dönüştürücüler piyasada ilk ortaya çıkanlardı, güç bölümleri, belirli kilitli tristör gruplarının sırayla açıldığı ve stator sargılarının sırayla ağa bağlandığı kontrollü bir tristör doğrultucudur. Bu, sonuçta statora sağlanan voltajın, sargılara seri olarak beslenen bir ana sinüs dalgasının parçaları olarak şekillendirildiği anlamına gelir.

Sinüzoidal voltaj çıkışta testere dişi voltajına dönüştürülür. Frekans, şebekeden daha düşüktür - 0,5 ila yaklaşık 40 Hz. Açıkçası, bu tür dönüştürücünün menzili sınırlıdır. Kilitlenmeyen tristörler, bu cihazların maliyetini artıran daha karmaşık kontrol şemaları gerektirir.

Çıkış sinüs dalgasının parçaları daha yüksek harmonikler üretir ve bunlar, şaft torkunda bir azalma ile motorun ek kayıpları ve aşırı ısınmasıdır, ayrıca ağa zayıf bozulmalar girmez. Dengeleme cihazları kullanılırsa, yine maliyetler artar, boyutlar ve ağırlık artar ve dönüştürücü verimliliği düşer.

Doğrudan galvanik kuplajlı frekans konvertörlerinin avantajları şunları içerir:

• önemli voltaj ve akımlarla sürekli çalışma imkanı;
• darbe aşırı yük direnci;
• %98'e varan verimlilik;
• 3 ila 10 kV ve hatta daha yüksek yüksek voltaj devrelerinde uygulanabilirlik.

Bu durumda, yüksek voltajlı frekans dönüştürücüler, elbette düşük voltajlı olanlardan daha pahalıdır. Önceden, ihtiyaç duyulduğunda kullanılıyorlardı - yani doğrudan bağlı tristör dönüştürücüler.

DC bağlantısı vurgulanmış olarak

Modern sürücüler için, vurgulanmış bir DC bloğuna sahip frekans dönüştürücüler, frekans düzenleme amaçları için daha yaygın olarak kullanılır. Burada dönüşüm iki adımda yapılır. İlk olarak, giriş şebeke gerilimi doğrultulur ve filtrelenir, düzleştirilir, ardından invertere beslenir ve burada gerekli frekans ve gerekli genlikle alternatif akıma dönüştürülür.

Böyle bir çift çevrimin verimi düşer ve cihazın boyutları doğrudan elektrik bağlantılı dönüştürücülere göre biraz daha büyük olur. Sinüs dalgası burada otonom bir akım ve gerilim invertörü tarafından üretilir.

DC link frekans konvertörlerinde, kilitli tristörlerde veya IGBT transistörler… Bu tip ilk üretilen frekans konvertörlerinde ağırlıklı olarak kilitli tristörler kullanılmış, daha sonra IGBT transistörlerin piyasaya çıkmasıyla birlikte düşük voltajlı cihazlar arasında bu transistörlere dayalı konvertörler hakim olmaya başlamıştır.

Tristörü açmak için kontrol elektroduna uygulanan kısa bir darbe yeterlidir ve kapatmak için tristöre ters voltaj uygulamak veya anahtarlama akımını sıfıra sıfırlamak gerekir. Karmaşık ve boyutlu özel bir kontrol şeması gereklidir. Bipolar IGBT transistörler daha esnek kontrole, daha düşük güç tüketimine ve oldukça yüksek hıza sahiptir.

Bu nedenle, IGBT transistörlerine dayalı frekans dönüştürücüler, sürücü kontrol hızlarının aralığını genişletmeyi mümkün kılmıştır: IGBT transistörlerine dayalı asenkron vektör kontrol motorları, geri besleme sensörlerine ihtiyaç duymadan düşük hızlarda güvenle çalışabilir.

Yüksek hızlı transistörlerle birleştirilmiş mikroişlemciler, çıkışta tristör dönüştürücülere göre daha az yüksek harmonik üretir. Sonuç olarak, kayıplar daha küçük olur, sargılar ve manyetik devre daha az ısınır, düşük frekanslardaki rotor titreşimleri azalır. Kapasitör banklarında, transformatörlerde daha az kayıp - bu elemanların hizmet ömrü artar. İş yerinde daha az hata var.

Bir tristör dönüştürücüyü aynı çıkış gücüne sahip bir transistör dönüştürücü ile karşılaştırırsak, ikincisi daha hafif, boyut olarak daha küçük olacak ve çalışması daha güvenilir ve tekdüze olacaktır. IGBT anahtarların modüler tasarımı daha verimli ısı dağılımı sağlar ve güç elemanlarının montajı için daha az alan gerektirir, ayrıca modüler anahtarlar anahtarlama dalgalanmalarından daha iyi korunur, yani hasar olasılığı daha düşüktür.

IGBT'lere dayalı frekans dönüştürücüler daha pahalıdır çünkü güç modülleri üretimi karmaşık elektronik bileşenlerdir. Ancak, fiyat kalitesi ile haklı. Aynı zamanda istatistikler her yıl IGBT transistör fiyatlarının düşme eğilimi gösterdiğini gösteriyor.

IGBT frekans dönüştürücünün çalışma prensibi

Şekil, bir frekans dönüştürücünün bir diyagramını ve her bir elemanın akım ve gerilim grafiklerini göstermektedir. Kontrollü veya kontrolsüz doğrultucuya sabit genlik ve frekanstaki şebeke gerilimi beslenir. Doğrultucudan sonra bir kapasitör vardır - kapasitif bir filtre. Bu iki eleman -doğrultucu ve kapasitör- bir DC birimi oluşturur.

Filtreden, artık IGBT transistörlerin çalıştığı otonom bir darbe invertörüne sabit bir voltaj sağlanır. Diyagram, modern frekans dönüştürücüler için tipik bir çözümü göstermektedir. Doğrudan voltaj, ayarlanabilir frekans ve genliğe sahip üç fazlı bir darbeye dönüştürülür.

Kontrol sistemi, tuşların her birine zamanında sinyaller verir ve ilgili bobinler sırayla kalıcı bağlantıya geçer. Bu durumda bobinlerin bağlantıya bağlanma süresi sinüs olarak modüle edilir. Bu nedenle, yarı periyodun orta kısmında, darbenin genişliği en büyüğü ve kenarlarda - en küçüğüdür. burada oluyor darbe genişliği modülasyon gerilimi motor stator sargılarında. PWM frekansı genellikle 15 kHz'e ulaşır ve bobinlerin kendileri, içinden geçen akımların neredeyse sinüzoidal olmasının bir sonucu olarak endüktif bir filtre olarak çalışır.

Doğrultucu girişte kontrol ediliyorsa genlik değişimi doğrultucu kontrol edilerek yapılır ve evirici sadece frekans dönüştürmeden sorumludur. Bazen akım dalgalarını sönümlemek için sürücünün çıkışına ek bir filtre takılır (bu, düşük güçlü dönüştürücülerde çok nadiren kullanılır).Her iki durumda da çıkış, kullanıcı tanımlı temel parametrelerle birlikte üç fazlı gerilim ve AC akımdır.