Taajuusmuuttajien tyypit

Taajuusmuuntimiksi kutsuttuja laitteita käytetään 50/60 Hz:n teollisen taajuuden verkkojännitteen muuntamiseen eritaajuiseksi AC-jännitteeksi. Taajuusmuuttajan lähtötaajuus voi vaihdella laajasti, tyypillisesti 0,5 - 400 Hz. Korkeampia taajuuksia ei voida hyväksyä nykyaikaisille moottoreille niiden materiaalien luonteen vuoksi, joista staattori- ja roottoriytimet valmistetaan.

Millainen tahansa TAAJUUSMUUNNIN sisältää kaksi pääosaa: ohjaus ja virtalähde. Ohjausosa on digitaalisen mikropiirin piiri, joka ohjaa tehoyksikön kytkimiä ja toimii myös ohjaamaan, diagnosoimaan ja suojaamaan käytettävää käyttölaitetta ja itse muuntajaa.

Virtalähdeosio sisältää suoraan kytkimet - tehokkaat transistorit tai tyristorit. Tässä tapauksessa taajuusmuuttajat ovat kahden tyyppisiä: korostetulla tasavirran osalla tai suoralla tiedonsiirrolla. Suorakytkettyjen muuntimien hyötysuhde on jopa 98 % ja ne voivat toimia merkittävillä jännitteillä ja virroilla.Yleensä kummallakin mainituista kahdesta taajuusmuuttajatyypistä on yksilöllisiä etuja ja haittoja, ja voi olla järkevää soveltaa jompaakumpaa eri sovelluksiin.

Suoraa viestintää

Ensimmäisenä markkinoille tulivat suoralla galvaanisella kytkennällä varustetut taajuusmuuttajat, joiden teho-osa on ohjattu tyristoritasasuuntaaja, jossa tietyt lukitustyristorit avataan vuorotellen ja staattorikäämit kytketään vuorotellen verkkoon. Tämä tarkoittaa, että viime kädessä staattoriin syötetty jännite muodostuu verkon siniaallon kappaleiksi, jotka syötetään sarjaan käämeille.

Sinimuotoinen jännite muunnetaan lähdössä sahahammasjännitteeksi. Taajuus on pienempi kuin verkkovirta - 0,5 - noin 40 Hz. Ilmeisesti tämän tyyppisten muuntimien valikoima on rajallinen. Lukkiutumattomat tyristorit vaativat monimutkaisempia ohjausjärjestelmiä, mikä lisää näiden laitteiden kustannuksia.

Lähdön siniaallon osat synnyttävät korkeampia harmonisia, ja nämä ovat lisähäviöitä ja moottorin ylikuumenemista akselin vääntömomentin pienentyessä, lisäksi verkkoon ei tule heikkoja häiriöitä. Jos käytetään kompensoivia laitteita, kustannukset taas kasvavat, mitat ja paino kasvavat ja muuntimen hyötysuhde laskee.

Suoralla galvaanisella kytkennällä varustettujen taajuusmuuttajien etuja ovat:

• jatkuvan toiminnan mahdollisuus merkittävillä jännitteillä ja virroilla;
• impulssi ylikuormitusvastus;
• Tehokkuus jopa 98 %;
• soveltuvuus suurjännitepiireihin 3 - 10 kV ja jopa korkeampiin.

Tässä tapauksessa suurjännitteiset taajuusmuuttajat ovat tietysti kalliimpia kuin pienjännitteiset. Aikaisemmin niitä käytettiin siellä, missä tarvittiin – eli suorakytketyissä tyristorimuuntimissa.

DC-liitäntä korostettuna

Nykyaikaisissa taajuusmuuttajissa taajuusmuuttajat, joissa on korostettu tasavirtalohko, ovat yleisemmin käytössä taajuudensäätötarkoituksiin. Tässä muunnos tehdään kahdessa vaiheessa. Ensin tuloverkkojännite tasasuunnetaan ja suodatetaan, tasoitetaan, sitten syötetään invertteriin, jossa se muunnetaan vaihtovirraksi vaaditulla taajuudella ja jännitteellä vaaditulla amplitudilla.

Tällaisen kaksoismuunnoksen tehokkuus laskee ja laitteen mitat tulevat hieman suuremmiksi kuin suoralla sähköliitännällä varustetuilla muuntimilla. Siniaalto syntyy tässä autonomisella virta- ja jänniteinvertterillä.

DC-välipiirin taajuusmuuttajissa, lukitustyristoreissa tai IGBT-transistorit… Lukitustyristoreja käytettiin pääasiassa tämän tyyppisissä ensimmäisissä valmistetuissa taajuusmuuttajissa, minkä jälkeen IGBT-transistoreiden ilmestyessä markkinoille juuri näihin transistoreihin perustuvat muuntimet alkoivat hallita pienjännitelaitteiden joukossa.

Tyristorin käynnistämiseksi riittää ohjauselektrodiin kohdistettu lyhyt pulssi, ja sen sammuttamiseksi on tarpeen asettaa tyristoriin käänteinen jännite tai nollata kytkentävirta. Tarvitaan erityinen ohjausjärjestelmä - monimutkainen ja mittainen. Bipolaarisilla IGBT-transistoreilla on joustavampi ohjaus, pienempi virrankulutus ja melko suuri nopeus.

Tästä syystä IGBT-transistoreihin perustuvat taajuusmuuttajat ovat mahdollistaneet taajuusmuuttajan ohjausnopeuksien alueen laajentamisen: IGBT-transistoreihin perustuvat asynkroniset vektoriohjausmoottorit voivat toimia turvallisesti pienillä nopeuksilla ilman takaisinkytkentäantureita.

Mikroprosessorit yhdistettynä nopeisiin transistoreihin tuottavat vähemmän korkeampia harmonisia lähdössä kuin tyristorimuuntimet. Tämän seurauksena häviöt osoittautuvat pienemmiksi, käämit ja magneettipiiri ylikuumenevat vähemmän, roottorin pulsaatiot matalilla taajuuksilla vähenevät. Vähemmän häviöitä kondensaattoripankeissa, muuntajissa - näiden elementtien käyttöikä kasvaa. Työssä on vähemmän virheitä.

Jos vertaamme tyristorimuunninta transistorimuuntimeen, jolla on sama lähtöteho, niin toinen painaa vähemmän, on pienempi ja sen toiminta on luotettavampaa ja yhtenäisempaa. IGBT-kytkimien modulaarinen rakenne mahdollistaa tehokkaamman lämmönpoiston ja vaatii vähemmän tilaa tehoelementtien asentamiseen, lisäksi modulaariset kytkimet ovat paremmin suojattuja kytkentäpiikeiltä, ​​eli vaurioiden todennäköisyys on pienempi.

IGBT:hen perustuvat taajuusmuuttajat ovat kalliimpia, koska tehomoduulit ovat monimutkaisia ​​valmistaa elektronisia komponentteja. Hinta on kuitenkin perusteltu laadulla. Samaan aikaan tilastot osoittavat suuntausta laskea IGBT-transistorien hintoja joka vuosi.

IGBT-taajuusmuuttajan toimintaperiaate

Kuvassa on kaavio taajuusmuuttajasta ja kaaviot kunkin elementin virroista ja jännitteistä. Tasasuuntaajaan syötetään vakioamplitudinen ja -taajuinen verkkojännite, jota voidaan ohjata tai ohjata. Tasasuuntaajan jälkeen on kondensaattori - kapasitiivinen suodatin. Nämä kaksi elementtiä - tasasuuntaaja ja kondensaattori - muodostavat tasavirtayksikön.

Suodattimesta syötetään nyt vakiojännite autonomiseen pulssiinvertteriin, jossa IGBT-transistorit toimivat. Kaavio esittää tyypillistä ratkaisua nykyaikaisille taajuusmuuttajille. Tasajännite muunnetaan kolmivaiheiseksi pulssiksi säädettävällä taajuudella ja amplitudilla.

Ohjausjärjestelmä antaa oikea-aikaiset signaalit jokaiselle näppäimelle, ja vastaavat kelat kytketään peräkkäin pysyvään liitäntään. Tässä tapauksessa kelojen liittämisen kesto moduloidaan siniksi. Joten puolijakson keskiosassa pulssin leveys on suurin ja reunoilla - pienin. Se tapahtuu täällä pulssinleveysmodulaatiojännite moottorin staattorin käämeissä. PWM:n taajuus saavuttaa yleensä 15 kHz, ja itse kelat toimivat induktiivisena suodattimena, minkä seurauksena niiden läpi kulkevat virrat ovat lähes sinimuotoisia.

Jos tasasuuntaajaa ohjataan sisääntulossa, niin amplitudin muutos tehdään ohjaamalla tasasuuntaajaa, ja invertteri vastaa vain taajuuden muuntamisesta. Joskus invertterin lähtöön asennetaan ylimääräinen suodatin vaimentamaan virta-aaltoja (hyvin harvoin tätä käytetään pienitehoisissa muuntimissa).Joka tapauksessa lähtö on kolmivaiheinen jännite ja vaihtovirta käyttäjän määrittämillä perusparametreilla.