Typer frekvensomformere

Enheter kalt frekvensomformere brukes til å konvertere nettspenning med en industriell frekvens på 50/60 Hz til AC-spenning med en annen frekvens. Utgangsfrekvensen til frekvensomformeren kan variere mye, typisk fra 0,5 til 400 Hz. Høyere frekvenser er uakseptable for moderne motorer på grunn av naturen til materialene som stator- og rotorkjernene er laget av.

Noen form frekvensomformer inkluderer to hoveddeler: kontroll og strømforsyning. Kontrolldelen er en krets av en digital mikrokrets som gir kontroll over bryterne til kraftenheten, og tjener også til å kontrollere, diagnostisere og beskytte den drevne stasjonen og selve omformeren.

Strømforsyningsdelen inkluderer direkte bryterne - kraftige transistorer eller tyristorer. I dette tilfellet er frekvensomformere av to typer: med en uthevet del av likestrøm eller med direkte kommunikasjon. Direktekoblede omformere har en virkningsgrad på opptil 98 % og kan operere med betydelige spenninger og strømmer.Generelt har hver av de to nevnte typene frekvensomformere individuelle fordeler og ulemper, og det kan være rasjonelt å bruke den ene eller den andre for ulike bruksområder.

Direkte kommunikasjon

Frekvensomformere med direkte galvanisk tilkobling var de første som dukket opp på markedet, kraftseksjonen deres er en kontrollert tyristor likeretter, der visse grupper av låsetyristorer åpnes etter tur, og statorviklingene kobles i tur og orden til nettverket. Dette betyr at spenningen som tilføres statoren til slutt er formet som deler av en nettsinusbølge som mates i serie til viklingene.

Den sinusformede spenningen konverteres til en sagtannspenning ved utgangen. Frekvensen er lavere enn strømnettet — fra 0,5 til omtrent 40 Hz. Det er klart at rekkevidden til denne typen omformer er begrenset. Ikke-låsende tyristorer krever mer komplekse kontrollordninger, noe som øker kostnadene for disse enhetene.

Deler av utgangssinusbølgen genererer høyere harmoniske, og disse er ytterligere tap og overoppheting av motoren med en reduksjon i akselmoment, i tillegg kommer ikke svake forstyrrelser inn i nettverket. Hvis det brukes kompenserende enheter, øker kostnadene igjen, dimensjoner og vekt øker, og omformerens effektivitet reduseres.

Fordelene med frekvensomformere med direkte galvanisk kobling inkluderer:

• muligheten for kontinuerlig drift med betydelige spenninger og strømmer;
• impuls overbelastning motstand;
• Effektivitet opptil 98 %;
• anvendelighet i høyspentkretser fra 3 til 10 kV og enda høyere.

I dette tilfellet er høyspente frekvensomformere selvfølgelig dyrere enn lavspente. Tidligere ble de brukt der det var nødvendig - nemlig direktekoblede tyristoromformere.

Med DC-tilkobling uthevet

For moderne frekvensomformere er frekvensomformere med en uthevet DC-blokk mer utbredt til frekvensreguleringsformål. Her gjøres konverteringen i to trinn. Først blir inngangsnettspenningen likrettet og filtrert, jevnet ut, deretter matet til omformeren, hvor den konverteres til vekselstrøm med nødvendig frekvens og spenning med nødvendig amplitude.

Effektiviteten til en slik dobbel konvertering reduseres og dimensjonene til enheten blir litt større enn de til omformere med direkte elektrisk tilkobling. Sinusbølgen genereres her av en autonom strøm- og spenningsomformer.

I DC-link frekvensomformere, låsende tyristorer eller IGBT transistorer… Låsetyristorer ble hovedsakelig brukt i de første produserte frekvensomformere av denne typen, og da IGBT-transistorer dukket opp på markedet, var det omformere basert på disse transistorene som begynte å dominere blant lavspentenheter.

For å slå på tyristoren er en kort puls påført kontrollelektroden tilstrekkelig, og for å slå den av, er det nødvendig å påføre en omvendt spenning til tyristoren eller tilbakestille bryterstrømmen til null. Det kreves et spesielt kontrollskjema - komplekst og dimensjonalt. Bipolare IGBT-transistorer har mer fleksibel kontroll, lavere strømforbruk og ganske høy hastighet.

Av denne grunn har frekvensomformere basert på IGBT-transistorer gjort det mulig å utvide rekkevidden av drivkontrollhastigheter: asynkrone vektorkontrollmotorer basert på IGBT-transistorer kan trygt operere ved lave hastigheter uten behov for tilbakemeldingssensorer.

Mikroprosessorer kombinert med høyhastighetstransistorer produserer færre høyere harmoniske ved utgangen enn tyristoromformere. Som et resultat viser tapene seg å være mindre, viklingene og magnetkretsen overopphetes mindre, rotorpulsasjonene ved lave frekvenser reduseres. Mindre tap i kondensatorbanker, i transformatorer - levetiden til disse elementene øker. Det er færre feil på jobben.

Hvis vi sammenligner en tyristoromformer med en transistoromformer med samme utgangseffekt, vil den andre veie mindre, være mindre i størrelse, og driften vil være mer pålitelig og jevn. Den modulære utformingen av IGBT-brytere tillater mer effektiv varmeavledning og krever mindre plass for montering av strømelementer, i tillegg er modulære brytere bedre beskyttet mot svitsjoverspenninger, det vil si at sannsynligheten for skade er lavere.

Frekvensomformere basert på IGBT-er er dyrere fordi strømmoduler er komplekse elektroniske komponenter å produsere. Prisen er imidlertid begrunnet med kvaliteten. Samtidig viser statistikken en tendens til å redusere prisene på IGBT-transistorer hvert år.

Prinsippet for drift av IGBT-frekvensomformeren

Figuren viser et diagram av en frekvensomformer og grafer over strømmer og spenninger for hvert av elementene. Nettspenning med konstant amplitude og frekvens mates til likeretteren, som kan være kontrollert eller ukontrollert. Etter likeretteren er det en kondensator - et kapasitivt filter. Disse to elementene - en likeretter og en kondensator - danner en DC-enhet.

Fra filteret tilføres nå en konstant spenning til en autonom pulsomformer der IGBT-transistorene fungerer. Diagrammet viser en typisk løsning for moderne frekvensomformere. Likespenningen omdannes til en trefasepuls med justerbar frekvens og amplitude.

Kontrollsystemet gir rettidige signaler til hver av tastene, og de tilsvarende spolene byttes sekvensielt til den permanente tilkoblingen. I dette tilfellet moduleres varigheten av å koble spolene til forbindelsen til sinus. Så i den sentrale delen av halvperioden er pulsbredden størst, og på kantene - den minste. Det skjer her pulsbreddemodulasjonsspenning på motorens statorviklinger. Frekvensen til PWM når vanligvis 15 kHz, og selve spolene fungerer som et induktivt filter, som et resultat av at strømmene gjennom dem er nesten sinusformede.

Hvis likeretteren styres ved inngangen, gjøres amplitudeendringen ved å styre likeretteren, og omformeren er kun ansvarlig for frekvensomforming. Noen ganger er det installert et ekstra filter ved utgangen av omformeren for å dempe strømbølger (svært sjelden dette brukes i laveffektomformere).Utgangen er uansett trefasespenning og vekselstrøm med brukerdefinerte grunnparametre.