Sagedusmuundurite tüübid

Seadmeid, mida nimetatakse sagedusmuunduriteks, kasutatakse tööstusliku sagedusega 50/60 Hz võrgu vahelduvpinge muundamiseks erineva sagedusega vahelduvpingeks. Sagedusmuunduri väljundsagedus võib olla väga erinev, tavaliselt vahemikus 0,5 kuni 400 Hz. Kõrgemad sagedused on kaasaegsete mootorite jaoks vastuvõetamatud, kuna staatori ja rootori südamikud on valmistatud materjalidest.

Mis tahes sageduse konverter sisaldab kahte põhiosa: juhtimine ja toiteallikas. Juhtosa on digitaalse mikroskeemi vooluahel, mis võimaldab juhtida toiteploki lüliteid ning samuti juhib, diagnoosib ja kaitseb ajami ja muundurit ennast.

Toiteallika sektsioon sisaldab otseselt lüliteid - võimsaid transistore või türistoreid. Sel juhul on sagedusmuundurid kahte tüüpi: esiletõstetud alalisvoolu osaga või otsesuhtlusega. Otseühendusega muundurid on kuni 98% kasuteguriga ja võivad töötada märkimisväärse pinge ja vooluga.Üldiselt on mõlemal nimetatud kahel sagedusmuunduri tüübil individuaalsed eelised ja puudused ning võib olla otstarbekas kasutada ühte või teist erinevate rakenduste jaoks.

Otsene suhtlus

Esimestena ilmusid turule galvaanilise otseühendusega sagedusmuundurid, mille võimsusosa on juhitav türistoralaldi, milles avatakse kordamööda teatud rühmad lukustatavaid türistoreid ning staatorimähised on omakorda võrku ühendatud. See tähendab, et lõppkokkuvõttes kujundatakse staatorile antav pinge võrgu siinuslaine tükkidena, mis juhitakse mähistesse järjestikku.

Sinusoidaalne pinge muundatakse väljundis saehamba pingeks. Sagedus on võrgust madalam - 0,5 kuni umbes 40 Hz. Ilmselgelt on seda tüüpi muundurite valik piiratud. Mittelukustuvad türistorid nõuavad keerukamaid juhtimisskeeme, mis suurendab nende seadmete maksumust.

Väljund siinuslaine osad tekitavad kõrgemaid harmoonilisi ja need on täiendavad kaod ja mootori ülekuumenemine koos võlli pöördemomendi vähenemisega, lisaks ei sisene võrku nõrgad häired. Kui kasutada kompenseerivaid seadmeid, siis jällegi kulud suurenevad, mõõtmed ja kaal suurenevad ning muunduri efektiivsus väheneb.

Otsese galvaanilise sidestusega sagedusmuundurite eelised on järgmised:

• pideva töötamise võimalus märkimisväärse pinge ja vooluga;
• impulsi ülekoormustakistus;
• Kasutegur kuni 98%;
• rakendatavus kõrgepingeahelates vahemikus 3 kuni 10 kV ja isegi kõrgem.

Kõrgepinge sagedusmuundurid on sel juhul loomulikult kallimad kui madalpingelised. Varem kasutati neid seal, kus vaja – nimelt otseühendusega türistormuundurites.

Esile tõstetud alalisvooluühendusega

Kaasaegsete ajamite puhul kasutatakse sageduse reguleerimiseks laiemalt esiletõstetud alalisvooluplokiga sagedusmuundureid. Siin toimub teisendamine kahes etapis. Esmalt alaldatakse ja filtreeritakse sisendvõrgu pinge, silutakse, seejärel suunatakse see inverterisse, kus see muundatakse vajaliku sagedusega ja vajaliku amplituudiga pingega vahelduvvooluks.

Sellise topeltkonversiooni kasutegur langeb ja seadme mõõtmed muutuvad veidi suuremaks kui elektri otseühendusega muunduritel. Siinuslaine genereerib siin autonoomne voolu- ja pingeinverter.

Alalisvoolulüli sagedusmuundurites lukustustüristorid või IGBT transistorid… Lukustustüristoreid kasutati peamiselt esimestes seda tüüpi sagedusmuundurites, seejärel hakkasid IGBT-transistoride turule ilmumisega madalpingeseadmete hulgas domineerima just nendel transistoridel põhinevad muundurid.

Türistori sisselülitamiseks piisab juhtelektroodile antud lühikesest impulsist ja selle väljalülitamiseks on vaja türistorile rakendada pöördpinge või nullida lülitusvool. Vaja on spetsiaalset juhtimisskeemi - keerukat ja mõõtmetega. Bipolaarsed IGBT transistorid on paindlikuma juhtimisega, väiksema energiatarbimisega ja üsna suure kiirusega.

Sel põhjusel on IGBT-transistoridel põhinevad sagedusmuundurid võimaldanud laiendada ajami juhtimiskiiruste vahemikku: IGBT-transistoridel põhinevad asünkroonsed vektorjuhtimismootorid võivad ohutult töötada madalatel kiirustel, ilma et oleks vaja tagasisideandureid.

Kiirete transistoridega ühendatud mikroprotsessorid toodavad väljundis vähem kõrgemaid harmoonilisi kui türistormuundurid. Selle tulemusena osutuvad kaod väiksemaks, mähised ja magnetahel kuumenevad vähem üle, rootori pulsatsioonid madalatel sagedustel vähenevad. Väiksemad kaod kondensaatoripankades, trafodes - nende elementide kasutusiga pikeneb. Tööl on vigu vähem.

Kui võrrelda türistori muundurit sama väljundvõimsusega transistormuunduriga, siis teine ​​kaalub vähem, on väiksema suurusega ning selle töö on usaldusväärsem ja ühtlasem. IGBT lülitite moodulkonstruktsioon võimaldab tõhusamat soojuse hajumist ja nõuab vähem ruumi toiteelementide paigaldamiseks, lisaks on moodullülitid paremini kaitstud lülituspingete eest, st kahju tekkimise tõenäosus on väiksem.

IGBT-l põhinevad sagedusmuundurid on kallimad, kuna toitemoodulid on tootmiseks keerukad elektroonilised komponendid. Hinda õigustab aga kvaliteet. Samas näitab statistika IGBT-transistoride hindade langust igal aastal.

IGBT sagedusmuunduri tööpõhimõte

Joonisel on sagedusmuunduri diagramm ning iga elemendi voolude ja pingete graafikud. Alaldi suunatakse konstantse amplituudi ja sagedusega võrgupinge, mida saab juhtida või mitte juhtida. Pärast alaldit on kondensaator - mahtuvuslik filter. Need kaks elementi - alaldi ja kondensaator - moodustavad alalisvooluüksuse.

Filtrist antakse nüüd pidev pinge autonoomsesse impulss-inverterisse, milles töötavad IGBT-transistorid. Diagramm näitab tänapäevaste sagedusmuundurite tüüpilist lahendust. Alalispinge muudetakse kolmefaasiliseks reguleeritava sageduse ja amplituudiga impulsiks.

Juhtsüsteem annab õigeaegselt signaali igale klahvile ja vastavad mähised lülitatakse järjestikku püsiühendusele. Sel juhul on poolide ühendusega ühendamise kestus moduleeritud siinusesse. Niisiis on poolperioodi keskosas impulsi laius suurim ja servades - väikseim. See toimub siin impulsi laiuse modulatsiooni pinge mootori staatori mähistel. PWM-i sagedus ulatub tavaliselt 15 kHz-ni ja mähised ise töötavad induktiivse filtrina, mille tulemusena on neid läbivad voolud peaaegu siinusekujulised.

Kui alaldit juhitakse sisendis, siis amplituudi muutmine toimub alaldi juhtimisega ja inverter vastutab ainult sageduse muundamise eest. Mõnikord paigaldatakse inverteri väljundisse täiendav filter voolulainete summutamiseks (väga harva kasutatakse seda väikese võimsusega muundurites).Mõlemal juhul on väljundiks kolmefaasiline pinge ja vahelduvvool, mille põhiparameetrid on kasutaja määratud.