Typer af frekvensomformere

Enheder kaldet frekvensomformere bruges til at konvertere netspænding med en industriel frekvens på 50/60 Hz til AC-spænding med en anden frekvens. Frekvensomformerens udgangsfrekvens kan variere meget, typisk fra 0,5 til 400 Hz. Højere frekvenser er uacceptable for moderne motorer på grund af arten af ​​de materialer, som stator- og rotorkernerne er lavet af.

Enhver art frekvensomformer omfatter to hoveddele: kontrol og strømforsyning. Kontroldelen er et kredsløb af et digitalt mikrokredsløb, der giver styring af strømenhedens kontakter og tjener også til at styre, diagnosticere og beskytte det drevne drev og selve konverteren.

Strømforsyningssektionen inkluderer direkte kontakterne - kraftige transistorer eller tyristorer. I dette tilfælde er frekvensomformere af to typer: med en fremhævet sektion af jævnstrøm eller med direkte kommunikation. Direkte koblede omformere har en effektivitet på op til 98 % og kan fungere med betydelige spændinger og strømme.Generelt har hver af de to nævnte typer frekvensomformere individuelle fordele og ulemper, og det kan være rationelt at anvende den ene eller den anden til forskellige anvendelser.

Direkte kommunikation

Frekvensomformere med direkte galvanisk forbindelse var de første, der dukkede op på markedet, deres strømsektion er en styret tyristor-ensretter, hvor visse grupper af låse-tyristorer åbnes på skift, og statorviklingerne tilsluttes på skift til netværket. Det betyder, at den spænding, der tilføres statoren, i sidste ende er formet som stykker af en netsinusbølge, der føres i serie til viklingerne.

Den sinusformede spænding omdannes til en savtandsspænding ved udgangen. Frekvensen er lavere end lysnettet — fra 0,5 til omkring 40 Hz. Rækkevidden af ​​denne type konverter er naturligvis begrænset. Ikke-låsende tyristorer kræver mere komplekse kontrolordninger, hvilket øger omkostningerne ved disse enheder.

Dele af udgangssinusbølgen genererer højere harmoniske, og disse er yderligere tab og overophedning af motoren med et fald i akselmomentet, derudover kommer ikke svage forstyrrelser ind i netværket. Hvis der bruges kompenserende enheder, stiger omkostningerne igen, dimensioner og vægt stiger, og omformerens effektivitet falder.

Fordelene ved frekvensomformere med direkte galvanisk kobling omfatter:

• muligheden for kontinuerlig drift med betydelige spændinger og strømme;
• impuls overbelastning modstand;
• Effektivitet op til 98%;
• anvendelighed i højspændingskredsløb fra 3 til 10 kV og endnu højere.

I dette tilfælde er højspændingsfrekvensomformere naturligvis dyrere end lavspændingsomformere. Tidligere blev de brugt, hvor det var nødvendigt - nemlig direkte koblede tyristorkonvertere.

Med DC-forbindelse fremhævet

For moderne drev er frekvensomformere med en fremhævet DC-blok mere udbredt til frekvensreguleringsformål. Her udføres konverteringen i to trin. Først ensrettes og filtreres indgangsspændingen, udjævnes, derefter føres den til inverteren, hvor den omdannes til vekselstrøm med den nødvendige frekvens og spænding med den nødvendige amplitude.

Effektiviteten af ​​en sådan dobbeltkonvertering falder, og enhedens dimensioner bliver lidt større end konvertere med direkte elektrisk forbindelse. Sinusbølgen genereres her af en autonom strøm- og spændingsomformer.

I DC-link frekvensomformere, låsende tyristorer el IGBT transistorer… Låsetyristorer blev hovedsageligt brugt i de første fremstillede frekvensomformere af denne type, så med fremkomsten af ​​IGBT-transistorer på markedet, var det konvertere baseret på disse transistorer, der begyndte at dominere blandt lavspændingsenheder.

For at tænde for tyristoren er en kort impuls påført kontrolelektroden tilstrækkelig, og for at slukke for den er det nødvendigt at påføre en omvendt spænding til tyristoren eller nulstille skiftestrømmen. Der kræves et særligt kontrolskema - komplekst og dimensionelt. Bipolære IGBT-transistorer har mere fleksibel kontrol, lavere strømforbrug og ret høj hastighed.

Af denne grund har frekvensomformere baseret på IGBT-transistorer gjort det muligt at udvide rækken af ​​drevstyringshastigheder: Asynkrone vektorstyringsmotorer baseret på IGBT-transistorer kan sikkert fungere ved lave hastigheder uden behov for feedback-sensorer.

Mikroprocessorer koblet med højhastighedstransistorer producerer færre højere harmoniske ved udgangen end tyristorkonvertere. Som et resultat viser tabene sig at være mindre, viklingerne og det magnetiske kredsløb overophedes mindre, rotorpulsationerne ved lave frekvenser reduceres. Mindre tab i kondensatorbanker, i transformere - levetiden for disse elementer øges. Der er færre fejl på arbejdet.

Hvis vi sammenligner en tyristorkonverter med en transistorkonverter med samme udgangseffekt, vil den anden veje mindre, være mindre i størrelse, og dens drift vil være mere pålidelig og ensartet. Det modulære design af IGBT-afbrydere giver mulighed for mere effektiv varmeafledning og kræver mindre plads til montering af strømelementer, desuden er modulære kontakter bedre beskyttet mod koblingsstød, det vil sige, at sandsynligheden for skade er lavere.

Frekvensomformere baseret på IGBT'er er dyrere, fordi strømmoduler er komplekse elektroniske komponenter at fremstille. Prisen er dog begrundet i kvaliteten. Samtidig viser statistikker en tendens til at sænke priserne på IGBT-transistorer hvert år.

Princippet for drift af IGBT-frekvensomformeren

Figuren viser et diagram over en frekvensomformer og grafer over strømme og spændinger for hvert af elementerne. Netspænding med konstant amplitude og frekvens føres til ensretteren, som kan være styret eller ukontrolleret. Efter ensretteren er der en kondensator - et kapacitivt filter. Disse to elementer - en ensretter og en kondensator - danner en jævnstrømsenhed.

Fra filteret tilføres nu en konstant spænding til en autonom puls-inverter, hvori IGBT-transistorerne arbejder. Diagrammet viser en typisk løsning for moderne frekvensomformere. Jævnspændingen omdannes til en trefaset puls med justerbar frekvens og amplitude.

Styresystemet giver rettidige signaler til hver af tasterne, og de tilsvarende spoler skiftes sekventielt til den permanente forbindelse. I dette tilfælde er varigheden af ​​at forbinde spolerne til forbindelsen moduleret til sinus. Så i den centrale del af halvperioden er pulsbredden den største, og ved kanterne - den mindste. Det sker her pulsbreddemodulationsspænding på motorens statorviklinger. Frekvensen af ​​PWM når normalt 15 kHz, og spolerne selv fungerer som et induktivt filter, som et resultat af hvilket strømmene gennem dem er næsten sinusformede.

Hvis ensretteren styres ved indgangen, så sker amplitudeændringen ved at styre ensretteren, og inverteren er kun ansvarlig for frekvensomdannelsen. Nogle gange er der installeret et ekstra filter ved udgangen af ​​inverteren for at dæmpe strømbølger (meget sjældent bruges dette i laveffektkonvertere).Uanset hvad er udgangen trefaset spænding og vekselstrøm med brugerdefinerede grundparametre.