مبدل های فرکانس برای تنظیم آرام سرعت یک موتور ناهمزمان با ایجاد یک ولتاژ فرکانس متغیر سه فاز در خروجی مبدل طراحی شده اند. در ساده ترین موارد، تنظیم فرکانس و ولتاژ مطابق با مشخصه V/f داده شده است، پیشرفته ترین مبدل ها به اصطلاح پیاده سازی می کنند کنترل برداری .
اصل کار یک مبدل فرکانس یا همانطور که اغلب به نام اینورتر نامیده می شود: ولتاژ متناوب یک شبکه صنعتی توسط یک بلوک از دیودهای یکسو کننده تصحیح می شود و توسط یک بانک خازن با ظرفیت بالا فیلتر می شود تا موج دار شدن آن به حداقل برسد. ولتاژ حاصل این ولتاژ به یک مدار پل که شامل شش ترانزیستور IGBT یا MOSFET کنترل شده با دیودهای متصل به صورت موازی برای محافظت از ترانزیستورها در برابر خرابی توسط ولتاژ قطب معکوس است که هنگام کار با سیم پیچ موتور رخ می دهد، تامین می شود. علاوه بر این، مدار گاهی اوقات شامل یک مدار "تخلیه" انرژی است - یک ترانزیستور با یک مقاومت اتلاف توان بالا. این مدار در حالت ترمز برای سرکوب ولتاژ تولید شده توسط موتور و محافظت از خازن ها از شارژ بیش از حد و خرابی استفاده می شود.
بلوک دیاگرام اینورتر در زیر نشان داده شده است.
یک مبدل فرکانس همراه با یک موتور الکتریکی ناهمزمان به شما امکان می دهد یک درایو الکتریکی DC را جایگزین کنید. سیستم های کنترل سرعت موتور DC بسیار ساده هستند، اما نقطه ضعف چنین درایو الکتریکی موتور الکتریکی است. گران و غیر قابل اعتماد است. در حین کار، برس ها جرقه می زنند و کموتاتور تحت تأثیر فرسایش الکتریکی فرسوده می شود. این موتور الکتریکی را نمی توان در محیط های گرد و غبار یا انفجاری استفاده کرد.
موتورهای الکتریکی ناهمزمان از بسیاری جهات نسبت به موتورهای DC برتری دارند: از نظر طراحی ساده و قابل اعتماد هستند، زیرا دارای کنتاکت متحرک نیستند. ابعاد، وزن و هزینه کمتری نسبت به موتورهای DC برای همان قدرت دارند. ساخت و کارکرد موتورهای آسنکرون آسان است.
عیب اصلی موتورهای الکتریکی ناهمزمان دشواری تنظیم سرعت آنها است روش های سنتی(با تغییر ولتاژ تغذیه، وارد کردن مقاومت های اضافی به مدار سیم پیچ).
کنترل یک موتور الکتریکی ناهمزمان در حالت فرکانس تا همین اواخر مشکل بزرگی بود، اگرچه تئوری کنترل فرکانس در دهه 30 توسعه یافت. توسعه فرکانس درایو الکتریکی قابل تنظیمبه دلیل هزینه بالای مبدل های فرکانس محدود شده است. ظهور مدارهای قدرت با ترانزیستورهای IGBT و توسعه سیستم های کنترل ریزپردازنده با کارایی بالا به شرکت های مختلف در اروپا، ایالات متحده آمریکا و ژاپن این امکان را داده است تا مبدل های فرکانس مدرن را با قیمتی مقرون به صرفه ایجاد کنند.
کنترل سرعت محرک هامی توان با استفاده از دستگاه های مختلف: متغیرهای مکانیکی، کوپلینگ‌های هیدرولیک، مقاومت‌هایی که علاوه بر این در استاتور یا روتور قرار می‌گیرند، مبدل‌های فرکانس الکترومکانیکی، مبدل‌های فرکانس ساکن.
استفاده از چهار دستگاه اول کنترل سرعت با کیفیت بالا را ارائه نمی دهد، غیراقتصادی است و نیاز به هزینه های بالایی در هنگام نصب و بهره برداری دارد. مبدل های فرکانس استاتیک پیشرفته ترین دستگاه های کنترل درایو ناهمزمان در حال حاضر هستند.
اصل روش فرکانس تنظیم سرعت موتور ناهمزمان به این صورت است که با تغییر فرکانس f1 ولتاژ تغذیه مطابق با عبارت امکان پذیر است.

تعداد ثابت جفت قطب p سرعت زاویه ای را تغییر می دهد میدان مغناطیسیاستاتور
این روش کنترل سرعت صاف را در محدوده وسیعی فراهم می کند و ویژگی های مکانیکی بسیار سفت و سخت است.
تنظیم سرعت با افزایش لغزش موتور ناهمزمان همراه نیست، بنابراین تلفات توان در هنگام تنظیم اندک است.
برای به دست آوردن عملکرد انرژی بالای یک موتور ناهمزمان - ضرایب قدرت، راندمان، ظرفیت اضافه بار - لازم است ولتاژ ورودی را همزمان با فرکانس تغییر دهید.
قانون تغییر ولتاژ به ماهیت گشتاور بار Ms بستگی دارد. در یک گشتاور بار ثابت Mc=const، ولتاژ روی استاتور باید متناسب با فرکانس تنظیم شود:

برای ماهیت فن گشتاور بار، این حالت به شکل زیر است:

با گشتاور بار که نسبت معکوس با سرعت دارد:

بنابراین، برای تنظیم صاف و بدون پله سرعت شفت یک موتور الکتریکی ناهمزمان، مبدل فرکانس باید تنظیم همزمان فرکانس و ولتاژ روی سیم‌پیچ استاتور موتور ناهمزمان را فراهم کند.
مزایای استفاده از درایو الکتریکی قابل تنظیم در فرآیندهای تکنولوژیکی
استفاده از یک درایو الکتریکی کنترل شده، صرفه جویی در انرژی را تضمین می کند و امکان به دست آوردن کیفیت های جدیدی از سیستم ها و اشیاء را فراهم می کند. صرفه جویی قابل توجهی در انرژی با تنظیم هر یک به دست می آید پارامتر تکنولوژیکی. اگر نوار نقاله یا نوار نقاله است، می توانید سرعت حرکت آن را تنظیم کنید. اگر پمپ یا فن باشد، می توانید فشار را حفظ کنید یا عملکرد را تنظیم کنید. اگر این یک ماشین ابزار است، می توانید به آرامی سرعت تغذیه یا حرکت اصلی را تنظیم کنید.
یک اثر اقتصادی ویژه از استفاده از مبدل های فرکانس ناشی از استفاده از تنظیم فرکانس در تاسیساتی است که مایعات را حمل می کنند. تا به حال، رایج ترین راه برای تنظیم عملکرد چنین اجسامی استفاده از شیرهای دروازه یا شیرهای کنترلی است، اما امروزه کنترل فرکانس موتورهای ناهمزمان، به عنوان مثال، پروانه یک واحد پمپاژ یا فن، در دسترس است. هنگام استفاده از تنظیم کننده های فرکانس، از آن اطمینان حاصل می شود تنظیم صافسرعت چرخش در بیشتر موارد اجازه می دهد تا استفاده از گیربکس ها، متغیرها، چوک ها و سایر تجهیزات کنترلی را رها کنید.
هنگامی که از طریق مبدل فرکانس متصل می شود، موتور به آرامی و بدون جریان های راه اندازی و شوک شروع می شود که باعث کاهش بار موتور و مکانیسم ها می شود و در نتیجه عمر مفید آنها افزایش می یابد.
چشم انداز تنظیم فرکانس به وضوح از شکل قابل مشاهده است


بنابراین، هنگام دریچه گاز، جریان ماده ای که توسط یک دروازه یا دریچه مهار می شود، کار مفیدی انجام نمی دهد. استفاده از یک درایو الکتریکی قابل تنظیم پمپ یا فن به شما امکان می دهد فشار یا سرعت جریان مورد نیاز را تنظیم کنید که نه تنها باعث صرفه جویی در انرژی می شود، بلکه تلفات ماده حمل شده را نیز کاهش می دهد.
ساختار مبدل فرکانس
اکثر مبدل های فرکانس مدرن با استفاده از یک طرح تبدیل دوگانه ساخته می شوند. آنها از بخش های اصلی زیر تشکیل شده اند: یک پیوند DC (یکسو کننده کنترل نشده)، یک اینورتر پالس قدرت و یک سیستم کنترل.
پیوند DC از یک یکسو کننده کنترل نشده و یک فیلتر تشکیل شده است. ولتاژ متناوب شبکه تغذیه به ولتاژ جریان مستقیم تبدیل می شود.
اینورتر پالس سه فاز قدرت از شش کلید ترانزیستوری تشکیل شده است. هر سیم پیچ موتور الکتریکی از طریق یک کلید مربوطه به پایانه های مثبت و منفی یکسو کننده متصل می شود. اینورتر ولتاژ اصلاح شده را به یک ولتاژ متناوب سه فاز با فرکانس و دامنه مورد نیاز تبدیل می کند که به سیم پیچ های استاتور موتور الکتریکی اعمال می شود.
در مراحل خروجی اینورتر از ترانزیستورهای قدرت IGBT به عنوان سوئیچ استفاده می شود. در مقایسه با تریستورها، فرکانس سوئیچینگ بالاتری دارند که به آنها امکان می دهد سیگنال خروجی سینوسی با حداقل اعوجاج تولید کنند.
اصل عملکرد مبدل فرکانس
مبدل فرکانس شامل یکسو کننده توان دیود کنترل نشده B، یک اینورتر مستقل، یک سیستم کنترل PWM، تنظیم خودکار، خفه کردن Lв و خازن فیلتر Cв. تنظیم فرکانس خروجی فوات و ولتاژ Uout به دلیل کنترل پهنای پالس فرکانس بالا در اینورتر انجام می شود.
کنترل عرض پالس با یک دوره مدولاسیون مشخص می شود که در آن سیم پیچ استاتور موتور الکتریکی به طور متناوب به قطب های مثبت و منفی یکسو کننده متصل می شود.
مدت زمان این حالت ها در دوره PWM بر اساس یک قانون سینوسی تعدیل می شود. در فرکانس‌های کلاک PWM بالا (معمولاً 2 ... 15 کیلوهرتز)، جریان‌های سینوسی در سیم‌پیچ‌های موتور به دلیل ویژگی‌های فیلتر کردن آن‌ها جریان می‌یابند.


بنابراین، شکل موج ولتاژ خروجی یک دنباله دوقطبی با فرکانس بالا از پالس های مستطیلی است (شکل 3).
فرکانس پالس توسط فرکانس PWM تعیین می شود، مدت زمان (عرض) پالس ها در طول دوره فرکانس خروجی AU طبق یک قانون سینوسی مدوله می شود. شکل منحنی جریان خروجی (جریان در سیم پیچ های یک موتور الکتریکی ناهمزمان) تقریباً سینوسی است.
تنظیم ولتاژ خروجی اینورتر به دو صورت انجام می شود: دامنه (AP) با تغییر ولتاژ ورودی Uv و عرض پالس (PWM) با تغییر برنامه سوئیچینگ شیرهای V1-V6 در Uv = const.
روش دوم به دلیل توسعه پایه عناصر مدرن (ریزپردازنده ها، ترانزیستورهای IBGT) در مبدل های فرکانس مدرن رایج شده است. با مدولاسیون عرض پالس، شکل جریان‌ها در سیم‌پیچ‌های استاتور یک موتور ناهمزمان به دلیل خواص فیلتر کردن خود سیم‌پیچ‌ها، نزدیک به سینوسی است.

این کنترل به شما اجازه می دهد تا دریافت کنید بازدهی بالامبدل و معادل کنترل آنالوگ با استفاده از فرکانس و دامنه ولتاژ است.
اینورترهای مدرن بر اساس دستگاه های نیمه هادی قدرت کاملاً کنترل شده - GTO روشن - تریستورها یا ترانزیستورهای دوقطبی IGBT با دروازه عایق ساخته می شوند. در شکل شکل 2.45 مدار پل 3 فاز یک اینورتر مستقل با استفاده از ترانزیستورهای IGBT را نشان می دهد.
این شامل یک فیلتر خازنی ورودی Cf و شش ترانزیستور IGBT V1-V6 است که به دیودهای جریان معکوس D1-D6 متصل هستند.
با تعویض متناوب شیرهای V1-V6 طبق الگوریتم مشخص شده توسط سیستم کنترل، ولتاژ ورودی ثابت Uв به یک ولتاژ خروجی متناوب مستطیلی پالس تبدیل می شود. جزء فعال جریان موتور الکتریکی ناهمزمان از طریق کلیدهای کنترل شده V1-V6 و جزء راکتیو جریان از طریق دیودهای D1-D6 جریان می یابد.


I – اینورتر پل سه فاز؛
ب – یکسو کننده پل سه فاز.
Sf – خازن فیلتر؛

گزینه ای برای اتصال مبدل فرکانس از Omron.

اتصال مبدل های فرکانس مطابق با الزامات EMC

نصب و اتصال مطابق با EMC به طور مفصل در دفترچه راهنمای دستگاه مربوطه توضیح داده شده است.

مبدل اطلاعات فنی

درایو فرکانس متغیر

درایو فرکانس متغیر (VFD)- سیستم کنترل سرعت چرخش یک موتور الکتریکی ناهمزمان (سنکرون). از خود موتور الکتریکی و یک مبدل فرکانس تشکیل شده است.

مبدل فرکانس (مبدل فرکانس) دستگاهی متشکل از یک یکسو کننده (پل DC) است که جریان متناوب فرکانس صنعتی را به جریان مستقیم و یک اینورتر (مبدل) (گاهی اوقات با PWM) تبدیل می کند. دی سیدر فرکانس و دامنه مورد نیاز متغیر. تریستورهای خروجی (GTO) یا سلف، و برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی - یک فیلتر EMC.

کاربرد

VFD ها در سیستم های نوار نقاله، ماشین های برش، کنترل درایو میکسرها، پمپ ها، فن ها، کمپرسورها و غیره استفاده می شوند. VFD جایی پیدا کرده است کولرهای خانگی. VFD ها به طور فزاینده ای در حمل و نقل الکتریکی شهری، به ویژه در ترولی بوس ها محبوب می شوند. برنامه اجازه می دهد:

• بهبود دقت کنترل
• کاهش مصرف انرژی در صورت وجود بار متغیر

کاربرد مبدل های فرکانس در ایستگاه های پمپاژ

روش کلاسیک کنترل عرضه واحدهای پمپاژ شامل فشار دادن خطوط فشار و تنظیم تعداد واحدهای عامل بر اساس برخی پارامترهای فنی (به عنوان مثال فشار در خط لوله) است. در این حالت، واحدهای پمپاژ بر اساس ویژگی های طراحی خاص (معمولاً رو به بالا) انتخاب می شوند و به طور مداوم در یک حالت معین با سرعت چرخش ثابت، بدون در نظر گرفتن نوسانات دبی و فشار ناشی از مصرف متغیر آب، کار می کنند. آن ها به زبان سادهحتی زمانی که نیازی به تلاش قابل توجهی نباشد، پمپ ها با میزان کارکرد تعیین شده به کار خود ادامه می دهند و در عین حال مقدار قابل توجهی برق مصرف می کنند. به عنوان مثال، در شب، زمانی که مصرف آب به شدت کاهش می یابد، این اتفاق می افتد.

تولد درایو الکتریکی قابل تنظیم امکان حرکت از جهت مخالف را در فناوری سیستم تامین فراهم کرد: اکنون این واحد پمپاژ نیست که شرایط را دیکته می کند، بلکه ویژگی های خود خطوط لوله است. درایوهای الکتریکی با فرکانس متغیر با موتورهای الکتریکی ناهمزمان برای مصارف صنعتی عمومی به طور گسترده در عمل جهانی استفاده می شود. کنترل فرکانس سرعت چرخش شفت یک موتور ناهمزمان با استفاده از آن انجام می شود دستگاه الکترونیکیکه معمولا به آن مبدل فرکانس می گویند. اثر فوق با تغییر فرکانس و دامنه ولتاژ سه فاز عرضه شده به موتور الکتریکی حاصل می شود. بنابراین، با تغییر پارامترهای ولتاژ تغذیه (کنترل فرکانس)، می توانید سرعت چرخش موتور را هم کمتر و هم بالاتر از اسمی کنید.

روش تبدیل فرکانس بر اساس پیروی از اصل. به طور معمول، فرکانس شبکه صنعتی 50 هرتز است. به عنوان مثال، یک پمپ با یک موتور الکتریکی دو قطبی را در نظر بگیرید. در این فرکانس شبکه، سرعت چرخش موتور 3000 (50 هرتز در 60 ثانیه) دور در دقیقه است و به خروجی واحد پمپاژ فشار و عملکرد نامی می دهد (زیرا اینها پارامترهای اسمی آن هستند، طبق گذرنامه). اگر با استفاده از مبدل فرکانس، فرکانس ولتاژ متناوب عرضه شده به آن را کاهش دهید، سرعت چرخش موتور به ترتیب کاهش می یابد و در نتیجه فشار و عملکرد واحد پمپاژ تغییر می کند. اطلاعات مربوط به فشار در شبکه با استفاده از یک سنسور فشار ویژه نصب شده در خط لوله، بر اساس این داده ها به واحد مبدل فرکانس ارائه می شود، مبدل بر این اساس فرکانس ارائه شده به موتور را تغییر می دهد.

مبدل فرکانس مدرن دارای طراحی فشرده، محفظه ضد گرد و غبار و رطوبت و رابط کاربر پسند است که امکان استفاده از آن را در سخت ترین شرایط و محیط های مشکل ساز فراهم می کند. محدوده توان بسیار گسترده است و از 0.4 تا 500 کیلو وات یا بیشتر با منبع تغذیه استاندارد 220/380 ولت و 50-60 هرتز متغیر است. تمرین نشان می دهد که استفاده از مبدل های فرکانس در ایستگاه های پمپاژ اجازه می دهد:

صرفه جویی در انرژی با تنظیم عملکرد درایو الکتریکی بسته به مصرف واقعی آب (اثر صرفه جویی 20-50٪).

کاهش مصرف آب با کاهش نشتی هنگامی که فشار در خط اصلی بیش از حد است، زمانی که مصرف آب در واقع کم است (به طور متوسط ​​5٪).

کاهش هزینه های پیشگیرانه و بازسازی اساسیسازه ها و تجهیزات (کل زیرساخت تامین آب)، در نتیجه سرکوب موقعیت های اضطراری ناشی از چکش آبی، که اغلب زمانی اتفاق می افتد که از یک درایو الکتریکی غیرقابل تنظیم استفاده می شود (ثابت شده است که طول عمر تجهیزات افزایش می یابد. حداقل 1.5 بار)؛

دستیابی به صرفه جویی در گرما در سیستم های تامین آب گرم با کاهش تلفات آب گرما.

در صورت لزوم فشار را بالاتر از حد طبیعی افزایش دهید.

سیستم تامین آب را به طور کامل خودکار کنید، در نتیجه دستمزد پرسنل خدماتی و وظیفه را کاهش دهید و تأثیر "عامل انسانی" را بر عملکرد سیستم از بین ببرید، که این نیز مهم است. بر اساس برآورد پروژه های انجام شده، دوره بازگشت پروژه برای معرفی مبدل های فرکانس 1-2 سال است.

اتلاف انرژی در هنگام ترمز موتور

در بسیاری از تاسیسات، یک درایو الکتریکی قابل تنظیم نه تنها وظیفه تنظیم هموار گشتاور و سرعت چرخش موتور الکتریکی را بر عهده دارد، بلکه وظیفه کاهش سرعت و ترمز عناصر نصب را نیز بر عهده دارد. راه حل کلاسیک برای این مشکل یک سیستم درایو با یک موتور ناهمزمان با مبدل فرکانس مجهز به یک سوئیچ ترمز با یک مقاومت ترمز است.

در همان زمان، در حالت کاهش سرعت/ترمز، موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند که در نهایت توسط مقاومت ترمز هدر می رود. تاسیسات معمولی که در آنها چرخه های شتاب با چرخه های کاهش سرعت متناوب می شوند، بالابرها، آسانسورها، سانتریفیوژها، ماشین های سیم پیچ و غیره هستند.

با این حال، در حال حاضر مبدل های فرکانس با یک بازیابی داخلی وجود دارد که به شما امکان می دهد انرژی دریافتی از موتوری که در حالت ترمز کار می کند را به شبکه برگردانید. همچنین جالب است که برای محدوده مشخصی از توان ها، هزینه نصب مبدل فرکانس با مقاومت های ترمز اغلب با هزینه نصب مبدل فرکانس با یک ریکاوراتور داخلی حتی بدون در نظر گرفتن برق ذخیره شده قابل مقایسه است.

در این حالت ، نصب تقریباً بلافاصله پس از راه اندازی شروع به "پول" می کند.

تولید کنندگان

• STC "Drive Technology"، علامت تجاری "Momentum" (Chelyabinsk)

همچنین ببینید

لینک های خارجی

بنیاد ویکی مدیا 2010.

درایو فرکانس متغیر (درایو فرکانس متغیر، VFD) سیستمی برای کنترل سرعت چرخش یک موتور الکتریکی ناهمزمان (سنکرون) است. از خود موتور الکتریکی و مبدل فرکانس ... ویکی پدیا

درایو: در مکانیک، درایو (همچنین همان درایو قدرت) مجموعه ای از دستگاه هایی است که برای راندن ماشین ها طراحی شده اند. متشکل از یک موتور، سیستم انتقال و کنترل است. درایوهای گروهی (برای چندین ماشین) و... ... ویکی پدیا وجود دارد

- (به اختصار درایو الکتریکی) یک سیستم الکترومکانیکی برای راندن محرک های ماشین های کار و کنترل این حرکت به منظور اجرای فرآیند تکنولوژیکی است. درایو برقی مدرن ... ... ویکی پدیا

درایو فرکانس متغیر (درایو فرکانس متغیر، VFD) سیستمی برای کنترل سرعت چرخش یک موتور الکتریکی ناهمزمان (سنکرون) است. از خود موتور الکتریکی و مبدل فرکانس ... ویکی پدیا

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به مبدل فرکانس مراجعه کنید. این مقاله باید ویکی شده باشد. لطفا فرمتش رو طبق قوانین قالب بندی مقالات ... ویکی پدیا

برای بهبود این مقاله، توصیه می شود؟: اینترویکی را در چارچوب پروژه اینترویکی اضافه کنید. پیوندهایی به منابع معتبری که نوشته شده را تایید می کنند در قالب پاورقی بیابید و ترتیب دهید... ویکی پدیا

این مقاله باید ویکی شده باشد. لطفا فرمتش رو طبق قوانین قالب بندی مقالات ... ویکی پدیا

تنظیم توسط یک درایو فرکانس اجازه می دهد تا با استفاده از یک مبدل ویژه، حالت های عملکرد موتور الکتریکی را به طور انعطاف پذیر تغییر دهید: شروع، توقف، شتاب، ترمز، تغییر سرعت چرخش.

تغییر در فرکانس ولتاژ تغذیه منجر به تغییر در سرعت زاویه ای میدان مغناطیسی استاتور می شود. هنگامی که فرکانس کاهش می یابد، موتور کاهش می یابد و لغزش افزایش می یابد.

اصل کار مبدل فرکانس درایو

عیب اصلی موتورهای آسنکرون دشواری کنترل سرعت است روش های سنتی: تغییر ولتاژ تغذیه و ایجاد مقاومت اضافی در مدار سیم پیچ. کامل تر است درایو فرکانسموتور الکتریکی. تا همین اواخر، مبدل ها گران بودند، اما ظهور ترانزیستورهای IGBT و سیستم های کنترل ریزپردازنده به سازندگان خارجی اجازه ساخت دستگاه های مقرون به صرفه را داد. پیشرفته ترین ها در حال حاضر ثابت هستند

سرعت زاویه ای میدان مغناطیسی استاتور ω 0 متناسب با فرکانس ƒ 1 مطابق با فرمول تغییر می کند:

ω 0 = 2π׃ 1 / p،

که در آن p تعداد جفت‌های قطب است.

این روش کنترل سرعت صاف را فراهم می کند. در این حالت سرعت لغزش موتور افزایش نمی یابد.

برای به دست آوردن عملکرد انرژی بالای موتور - راندمان، ضریب توان و ظرفیت اضافه بار، همراه با فرکانس، ولتاژ تغذیه با توجه به وابستگی های خاصی تغییر می کند:

• گشتاور بار ثابت - U 1 / ƒ 1 = const.
• شخصیت فن از گشتاور بار - U 1 / ƒ 1 2 = const.
• گشتاور بار، نسبت معکوس با سرعت - U 1 /√ ƒ 1 = Const.

این توابع با استفاده از مبدلی که همزمان فرکانس و ولتاژ استاتور موتور را تغییر می دهد، اجرا می شود. برق از طریق تنظیم با استفاده از پارامتر تکنولوژیکی مورد نیاز ذخیره می شود: فشار پمپ، عملکرد فن، سرعت تغذیه دستگاه و غیره. در این حالت، پارامترها به آرامی تغییر می کنند.

روش های کنترل فرکانس الکتروموتورهای آسنکرون و سنکرون

در یک درایو کنترل فرکانس مبتنی بر موتورهای ناهمزمان با روتور قفس سنجابی، از دو روش کنترل استفاده می شود - اسکالر و برداری. در حالت اول، دامنه و فرکانس ولتاژ تغذیه به طور همزمان تغییر می کند.

این برای حفظ مشخصات عملیاتی موتور، اغلب نسبت ثابت حداکثر گشتاور آن به لحظه مقاومت روی شفت، ضروری است. در نتیجه، راندمان و ضریب توان در کل محدوده چرخش بدون تغییر باقی می مانند.

کنترل برداری شامل تغییر همزمان دامنه و فاز جریان در استاتور است.

این نوع درایو فرکانس فقط در بارهای کوچک کار می کند و در صورت افزایش بیش از مقادیر مجاز، همزمانی ممکن است مختل شود.

مزایای درایو فرکانس

تنظیم فرکانس در مقایسه با سایر روش ها دارای طیف وسیعی از مزایای است.

1. اتوماسیون عملکرد موتور و فرآیندهای تولید.
2. شروع نرم حذف اشتباهات معمولیکه در هنگام شتاب گیری موتور رخ می دهد. افزایش قابلیت اطمینان درایوهای فرکانس و تجهیزات با کاهش اضافه بار.
3. افزایش راندمان عملیاتی و عملکرد کلی درایو.
4. ایجاد یک سرعت موتور ثابت بدون توجه به ماهیت بار، که در طول فرآیندهای گذرا مهم است. استفاده بازخوردحفظ سرعت موتور را تحت تأثیرات مختلف مزاحم، به ویژه تحت بارهای متغیر، ممکن می سازد.
5. مبدل ها به راحتی با موجود ادغام می شوند سیستم های فنیبدون دوباره کاری قابل توجه و توقف فرآیندهای فناوری. دامنه ظرفیت ها زیاد است اما با افزایش آنها قیمت ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.
6. توانایی کنار گذاشتن متغیرها، گیربکس ها، چوک ها و سایر تجهیزات کنترلی یا گسترش دامنه کاربرد آنها. این باعث صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی می شود.
7. از بین بردن اثرات مضر فرآیندهای گذرابر تجهیزات تکنولوژیکی، مانند چکش آب یا فشار خون بالامایع در خطوط لوله در حالی که مصرف آن در شب کاهش می یابد.

ایرادات

مانند همه اینورترها، مبدل های فرکانس نیز منابع تداخل هستند. آنها نیاز به نصب فیلتر دارند.

ارزش برند بالاست. با افزایش قدرت دستگاه ها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

کنترل فرکانس هنگام حمل مایعات

در تأسیساتی که آب و سایر مایعات پمپاژ می شود، کنترل جریان بیشتر با استفاده از شیرهای دروازه ای انجام می شود. در حال حاضر، یک جهت امیدوارکننده استفاده از درایو فرکانس یک پمپ یا فن است که پره های آنها را به حرکت در می آورد.

استفاده از مبدل فرکانس به عنوان جایگزینی برای دریچه گاز باعث صرفه جویی در مصرف انرژی تا 75٪ می شود. دریچه، در حالی که جریان مایع را مهار می کند، کار نمی کند کار مفید. در عین حال اتلاف انرژی و ماده در حین حمل و نقل آن افزایش می یابد.

درایو فرکانس حفظ فشار ثابت برای مصرف کننده را در هنگام تغییر نرخ جریان سیال ممکن می سازد. سیگنالی از سنسور فشار به درایو ارسال می شود که سرعت موتور را تغییر می دهد و در نتیجه سرعت آن را تنظیم می کند و نرخ جریان مشخصی را حفظ می کند.

واحدهای پمپاژ با تغییر عملکرد کنترل می شوند. توان مصرفی پمپ تابعی مکعبی از عملکرد یا سرعت چرخش چرخ است. اگر سرعت 2 برابر کاهش یابد، عملکرد پمپ 8 برابر کاهش می یابد. داشتن برنامه روزانه مصرف آب به شما امکان می دهد در صورت کنترل یک درایو فرکانس، صرفه جویی در مصرف انرژی را برای این دوره تعیین کنید. با توجه به آن امکان اتوماسیون ایستگاه پمپاژ و در نتیجه بهینه سازی فشار آب در شبکه ها وجود دارد.

بهره برداری از سیستم های تهویه و تهویه مطبوع

حداکثر جریان هوا در سیستم های تهویههمیشه مورد نیاز نیست شرایط عملیاتی ممکن است به کاهش عملکرد نیاز داشته باشد. به طور سنتی، هنگامی که سرعت چرخ ثابت می ماند، از گاز برای این کار استفاده می شود. هنگام تغییر شرایط فصلی و آب و هوایی، انتشار گرما، رطوبت، بخارات و گازهای مضر، تغییر جریان هوا به دلیل درایو کنترل فرکانس راحت تر است.

صرفه جویی در انرژی در سیستم های تهویه و تهویه مطبوع کمتر از میزان به دست نمی آید ایستگاه های پمپاژاز آنجایی که توان مصرفی چرخش شفت یک تابع مکعبی از چرخش ها است.

دستگاه مبدل فرکانس

یک درایو فرکانس مدرن با استفاده از یک مدار مبدل دوگانه طراحی شده است. این شامل یک یکسو کننده و یک اینورتر پالس با یک سیستم کنترل است.

پس از اصلاح ولتاژ شبکه، سیگنال توسط یک فیلتر صاف می شود و به یک اینورتر با شش کلید ترانزیستوری تغذیه می شود، جایی که هر یک از آنها به سیم پیچ های استاتور یک موتور الکتریکی ناهمزمان متصل می شوند. بلوک سیگنال تصحیح شده را به یک سیگنال سه فاز با فرکانس و دامنه مورد نیاز تبدیل می کند. ترانزیستورهای قدرت IGBT در مراحل خروجی فرکانس سوئیچینگ بالایی دارند و سیگنال موج مربعی واضح و بدون اعوجاج را ارائه می دهند. با توجه به خواص فیلتری سیم پیچ های موتور، شکل منحنی جریان در خروجی آنها سینوسی باقی می ماند.

روش های تنظیم دامنه سیگنال

مقدار ولتاژ خروجی با دو روش تنظیم می شود:

1. دامنه - تغییر در مقدار ولتاژ.
2. مدولاسیون عرض پالس روشی برای تبدیل سیگنال پالسی است که در آن مدت زمان آن تغییر می کند، اما فرکانس بدون تغییر باقی می ماند. در اینجا قدرت به عرض پالس بستگی دارد.

روش دوم بیشتر در ارتباط با توسعه فناوری ریزپردازنده استفاده می شود. اینورترهای مدرن بر اساس تریستورهای خاموش GTO یا ترانزیستورهای IGBT ساخته می شوند.

قابلیت ها و کاربردهای مبدل ها

درایو فرکانس قابلیت های زیادی دارد.

1. تنظیم فرکانس ولتاژ تغذیه سه فاز از صفر تا 400 هرتز.
2. شتاب یا ترمز موتور الکتریکی از 0.01 ثانیه. تا 50 دقیقه طبق یک قانون زمان معین (معمولاً خطی). در هنگام شتاب گیری، نه تنها می توان گشتاورهای دینامیکی و راه اندازی را تا 150 درصد کاهش داد، بلکه افزایش داد.
3. معکوس کردن موتور با حالت های مشخص ترمز و شتاب تا سرعت مورد نظر در جهت دیگر.
4. این مبدل ها دارای حفاظت الکترونیکی قابل تنظیم در برابر اتصال کوتاه، اضافه بار، نشت زمین و خطوط برق باز موتور هستند.
5. نمایشگرهای دیجیتال مبدل ها داده های مربوط به پارامترهای خود را نمایش می دهند: فرکانس، ولتاژ تغذیه، سرعت، جریان و غیره.
6. مبدل ها مشخصات ولتاژ فرکانس را بسته به بار مورد نیاز روی موتورها تنظیم می کنند. عملکرد سیستم های کنترل مبتنی بر آنها توسط کنترل کننده های داخلی ارائه می شود.
7. برای فرکانس های پایین، استفاده از کنترل برداری مهم است که به شما امکان می دهد با گشتاور کامل موتور کار کنید، سرعت ثابتی را هنگام تغییر بارها حفظ کنید و گشتاور روی شفت را کنترل کنید. درایو فرکانس متغیر اگر اطلاعات پلاک موتور به درستی وارد شود و پس از آزمایش موفقیت آمیز آن به خوبی کار کند. محصولات شناخته شده از شرکت های HYUNDAI، Sanyu و غیره.

زمینه های کاربرد مبدل ها به شرح زیر است:

• پمپ ها در سیستم های تامین گرما و آب گرم و سرد؛
• پمپ های دوغاب، شن و ماسه و پالپ کارخانه های فرآوری؛
• سیستم های حمل و نقل: نوار نقاله، میزهای غلتکی و وسایل دیگر.
• میکسر، آسیاب، سنگ شکن، اکسترودر، دیسپنسر، فیدر.
• سانتریفیوژها؛
• آسانسور;
• تجهیزات متالورژی؛
• ابزار مته زنی؛
• درایوهای الکتریکی ماشین ابزار؛
• تجهیزات بیل مکانیکی و جرثقیل، مکانیزم های دستکاری.

تولید کنندگان مبدل فرکانس، بررسی

تولیدکننده داخلی هم اکنون شروع به تولید محصولاتی کرده است که از نظر کیفیت و قیمت مناسب برای کاربران باشد. مزیت امکان دستیابی سریع دستگاه مورد نظر و همچنین مشاوره دقیق در مورد راه اندازی است.

شرکت "Effective Systems" محصولات سریال و دسته آزمایشی تجهیزات را تولید می کند. محصولات برای استفاده خانگی، در مشاغل کوچک و در صنعت. سازنده "Vesper" هفت سری مبدل تولید می کند که در میان آنها مبدل های چند منظوره مناسب برای اکثر مکانیزم های صنعتی وجود دارد.

پیشرو در تولید مبدل های فرکانس شرکت دانمارکی Danfoss است. محصولات آن در سیستم های تهویه، تهویه مطبوع، تامین آب و گرمایش استفاده می شود. شرکت فنلاندی Vacon، بخشی از شرکت دانمارکی، طرح‌های مدولار تولید می‌کند که از آن‌ها می‌توانید دستگاه‌های لازم را بدون قطعات غیر ضروری مونتاژ کنید، که به شما امکان می‌دهد در قطعات صرفه‌جویی کنید. مبدل های شرکت بین المللی ABB نیز شناخته شده هستند که در صنعت و زندگی روزمره استفاده می شوند.

با قضاوت بر اساس بررسی ها، برای حل مشکلات معمولی ساده می توانید از مبدل های داخلی ارزان قیمت استفاده کنید، اما برای موارد پیچیده به مارکی با تنظیمات بسیار بیشتر نیاز دارید.

نتیجه

درایو فرکانس موتور الکتریکی را با تغییر فرکانس و دامنه ولتاژ تغذیه کنترل می کند، در حالی که از آن در برابر خطاها محافظت می کند: اضافه بار، اتصال کوتاه، شکستگی در شبکه تغذیه. اینها سه عملکرد اصلی مربوط به شتاب، ترمز و سرعت موتورها را انجام می دهند. این امکان افزایش کارایی تجهیزات را در بسیاری از زمینه های فناوری فراهم می کند.

مبدل های فرکانس

از اواخر دهه 1960، مبدل های فرکانس به طور چشمگیری تغییر کرده اند، که عمدتاً در نتیجه توسعه فناوری های ریزپردازنده و نیمه هادی و کاهش هزینه های آنها بوده است.

با این حال، اصول اساسی ذاتی مبدل های فرکانس یکسان باقی می مانند.

مبدل های فرکانس شامل چهار عنصر اصلی است:

برنج. 1. بلوک دیاگرام مبدل فرکانس

1. یکسو کننده هنگامی که به منبع تغذیه AC تک/سه فاز متصل می شود، یک ولتاژ DC ضربانی تولید می کند. دو نوع اصلی یکسو کننده وجود دارد - کنترل شده و کنترل نشده.

2. مدار میانی یکی از سه نوع:

الف) تبدیل ولتاژ یکسو کننده به جریان مستقیم.

ب) تثبیت یا صاف کردن ولتاژ DC ضربان دار و تامین آن به اینورتر.

ج) تبدیل ولتاژ DC ثابت یکسو کننده به ولتاژ AC در حال تغییر.

3. اینورتر که فرکانس ولتاژ موتور الکتریکی را تولید می کند. برخی از اینورترها همچنین می توانند ولتاژ DC ثابت را به ولتاژ AC متغیر تبدیل کنند.

4. مدار الکترونیکیکنترلی که سیگنال ها را به یکسو کننده، مدار میانی و اینورتر ارسال می کند و سیگنال های این عناصر را دریافت می کند. ساخت عناصر کنترل شده به طراحی مبدل فرکانس خاص بستگی دارد (شکل 2.02 را ببینید).

مشترک همه مبدل های فرکانس این است که تمام مدارهای کنترلی عناصر نیمه هادی اینورتر را کنترل می کنند. مبدل های فرکانس در حالت سوئیچینگ مورد استفاده برای تنظیم ولتاژ منبع تغذیه موتور متفاوت هستند.

در شکل 2، که اصول مختلف ساخت/کنترل مبدل را نشان می دهد، از نمادهای زیر استفاده می شود:

1- یکسو کننده کنترل شده،

2- یکسو کننده کنترل نشده،

3- مدار میانی با جریان مستقیم متغیر،

4- مدار میانی ولتاژ ثابت DC

5- مدار میانی با جریان مستقیم متغیر،

6- اینورتر با مدولاسیون دامنه پالس (PAM)

7- اینورتر با مدولاسیون عرض پالس (PWM)

اینورتر جریان (IT) (1+3+6)

مبدل با مدولاسیون دامنه پالس (PAM) (1+4+7) (2+5+7)

مبدل مدولاسیون عرض پالس (PWM/VVCplus) (2+4+7)

برنج. 2. اصول مختلف ساخت/کنترل مبدل های فرکانس

برای کامل بودن باید به مبدل های مستقیمی که مدار میانی ندارند اشاره کرد. چنین مبدل هایی در محدوده توان مگاوات برای تولید ولتاژ تغذیه فرکانس پایین مستقیماً از شبکه 50 هرتز با حداکثر فرکانس خروجی حدود 30 هرتز استفاده می شود. 

یکسو کننده

ولتاژ منبع تغذیه سه فاز یا تک فاز ولتاژ متناوب با فرکانس ثابت (به عنوان مثال، 3x400 V / 50 هرتز یا 1 x 240 V / 50 هرتز). مشخصات این ولتاژها در شکل زیر نشان داده شده است.

برنج. 3. ولتاژ AC تکفاز و سه فاز

در شکل، هر سه فاز در زمان جابجا شده‌اند، ولتاژ فاز دائماً تغییر جهت می‌دهد و فرکانس تعداد دوره‌ها را در ثانیه نشان می‌دهد. فرکانس 50 هرتز به این معنی است که 50 دوره در ثانیه (50 x T) وجود دارد. یک دوره 20 میلی ثانیه طول می کشد.

یکسو کننده مبدل فرکانس یا بر روی دیودها یا بر روی تریستورها یا ترکیبی از هر دو ساخته شده است. یکسو کننده ساخته شده بر روی دیودها کنترل نشده است، در حالی که یکسو کننده ساخته شده بر روی تریستور کنترل می شود. اگر از هر دو دیود و تریستور استفاده شود، یکسو کننده نیمه کنترل می شود.

یکسو کننده های کنترل نشده

برنج. 4. حالت کار دیود.

دیودها اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت جریان یابد: از آند (A) به کاتد (K). مانند برخی دیگر از دستگاه های نیمه هادی، جریان دیود را نمی توان تنظیم کرد. ولتاژ AC توسط دیود به یک ولتاژ DC ضربانی تبدیل می شود. اگر یک رکتیفایر سه فاز کنترل نشده با ولتاژ AC سه فاز تغذیه شود، در این حالت ولتاژ DC ضربان خواهد داشت.

برنج. 5. یکسو کننده کنترل نشده

در شکل شکل 5 یک یکسوساز سه فاز کنترل نشده حاوی دو گروه دیود را نشان می دهد. یک گروه شامل دیودهای D1، D3 و D5 است. گروه دیگر شامل دیودهای D2، D4 و D6 است. هر دیود برای یک سوم زمان پریود (120 درجه) جریان را هدایت می کند. در هر دو گروه، دیودها جریان را به ترتیب خاصی هدایت می کنند. دوره هایی که در طی آن هر دو گروه کار می کنند به اندازه 1/6 زمان دوره T (60 درجه) از یکدیگر جابه جا می شوند.

دیودهای D1,3,5 در صورت اعمال ولتاژ مثبت به آنها باز هستند (رسانا). اگر ولتاژ فاز L به مقدار پیک مثبت برسد، دیود D باز است و ترمینال A ولتاژ فاز L1 را دریافت می کند.

در گروه دیودهای D2،4،6 نیز همین اتفاق می افتد. در این حالت ترمینال B یک ولتاژ فاز منفی دریافت می کند. اگر در لحظه فاز L3 به حداکثر مقدار منفی برسد، دیود D6 باز است (رسانا). هر دو دیود دیگر تحت تأثیر ولتاژهای معکوس با قدر U L3-1 و U L3-2 قرار می گیرند.

ولتاژ خروجی یکسو کننده کنترل نشده برابر است با اختلاف ولتاژ این دو گروه دیود. مقدار متوسط ​​ولتاژ DC ریپل 1.35 x ولتاژ شبکه است.

برنج. 6. ولتاژ خروجی یکسو کننده سه فاز کنترل نشده

یکسو کننده های کنترل شده

در یکسو کننده های کنترل شده، دیودها با تریستور جایگزین می شوند. مانند یک دیود، یک تریستور جریان را تنها در یک جهت - از آند (A) به کاتد (K) عبور می دهد. با این حال، بر خلاف دیود، تریستور دارای یک الکترود سوم به نام "دروازه" (G) است. برای اینکه تریستور باز شود، باید یک سیگنال به دروازه اعمال شود. اگر جریانی از تریستور عبور کند، تریستور آن را تا زمانی که جریان صفر شود عبور می کند.

جریان را نمی توان با اعمال سیگنال به گیت قطع کرد. تریستورها هم در یکسو کننده ها و هم در اینورترها استفاده می شوند.

یک سیگنال کنترل a به دروازه تریستور ارسال می شود که با تاخیر بیان شده در درجه مشخص می شود. این درجات باعث تاخیر بین لحظه عبور ولتاژ از صفر تا زمانی که تریستور باز است.

برنج. 7. حالت کار تریستور

اگر زاویه a در محدوده 0 تا 90 درجه باشد، مدار تریستور به عنوان یکسو کننده و اگر در محدوده 90 درجه تا 300 درجه باشد، از آن به عنوان یک اینورتر استفاده می شود.

برنج. 8. یکسو کننده سه فاز کنترل شده

یکسو کننده کنترل شده اساساً هیچ تفاوتی با یکسو کننده کنترل نشده ندارد، به جز اینکه تریستور توسط سیگنال a کنترل می شود و از لحظه ای که دیود معمولی شروع به هدایت می کند تا لحظه ای که 30 درجه دیرتر از نقطه ولتاژ است هدایت می شود. از صفر عبور می کند

تنظیم مقدار a به شما امکان می دهد مقدار ولتاژ اصلاح شده را تغییر دهید. یکسو کننده کنترل شده یک ولتاژ ثابت تولید می کند که مقدار متوسط ​​آن 1.35 x ولتاژ شبکه x cos α است.

برنج. 9. ولتاژ خروجی یکسو کننده سه فاز کنترل شده

در مقایسه با یکسو کننده کنترل نشده، یکسو کننده کنترل شده تلفات قابل توجهی دارد و نویز بیشتری را وارد شبکه منبع تغذیه می کند، زیرا با زمان انتقال کوتاه تر تریستورها، یکسو کننده جریان راکتیو بیشتری از شبکه می گیرد.

مزیت یکسو کننده های کنترل شده توانایی آنها در بازگشت انرژی به شبکه تامین است.

زنجیره میانی

مدار میانی را می توان به عنوان یک مرکز ذخیره سازی در نظر گرفت که موتور الکتریکی می تواند از طریق یک اینورتر انرژی بگیرد. بسته به یکسو کننده و اینورتر، سه اصل برای ساخت یک مدار میانی امکان پذیر است.

اینورترها - منابع جریان (1 مبدل)

برنج. 10. مدار میانی DC متغیر

در مورد اینورترها - منابع جریان، مدار میانی حاوی یک سیم پیچ القایی بزرگ است و فقط با یکسوساز کنترل شده متصل می شود. سلف ولتاژ متغیر یکسو کننده را به جریان مستقیم متغیر تبدیل می کند. ولتاژ موتور الکتریکی توسط بار تعیین می شود.

اینورترها - منابع ولتاژ (مبدل U)

برنج. 11. زنجیره میانی ولتاژ DC

در مورد اینورترها - منابع ولتاژ، مدار میانی یک فیلتر حاوی یک خازن است و می تواند با یکسو کننده از هر یک از دو نوع ارتباط برقرار کند. فیلتر ولتاژ DC ضربان دار (U21) یکسو کننده را صاف می کند.

در یکسو کننده کنترل شده، ولتاژ در یک فرکانس معین ثابت است و به عنوان یک ولتاژ DC واقعی (U22) با دامنه متغیر به اینورتر عرضه می شود. 

در یکسو کننده های کنترل نشده، ولتاژ در ورودی اینورتر یک ولتاژ ثابت با دامنه ثابت است.

مدار میانی ولتاژ مستقیم متغیر

برنج. 12. مدار میانی ولتاژ متغیر

همانطور که در شکل نشان داده شده است، در مدارهای میانی با ولتاژ DC متغیر، می توانید یک بریکر را در جلوی فیلتر روشن کنید. 12.

چاپر حاوی یک ترانزیستور است که به عنوان کلید عمل می کند و ولتاژ یکسو کننده را روشن و خاموش می کند. سیستم کنترل با مقایسه ولتاژ تغییر پس از فیلتر (U v) با سیگنال ورودی، چاپر را کنترل می کند. اگر اختلاف وجود داشته باشد، نسبت با تغییر زمان روشن بودن ترانزیستور و زمان خاموش بودن آن تنظیم می شود. این مقدار موثر و بزرگی ولتاژ ثابت را تغییر می دهد که می تواند با فرمول بیان شود

U v = U x t روشن / (t روشن + t خاموش)

هنگامی که ترانزیستور چاپر مدار جریان را باز می کند، سلف فیلتر ولتاژ ترانزیستور را بی نهایت زیاد می کند. برای جلوگیری از این امر، شکن توسط یک دیود سریع سوئیچینگ محافظت می شود. هنگامی که ترانزیستور باز و بسته می شود همانطور که در شکل نشان داده شده است. 13، ولتاژ در حالت 2 بالاترین میزان خواهد بود. 

برنج. 13. ترانزیستور چاپر ولتاژ مدار میانی را کنترل می کند

فیلتر مدار میانی ولتاژ موج مربع را بعد از چاپر صاف می کند. خازن و سلف فیلتر یک ولتاژ ثابت را در یک فرکانس مشخص حفظ می کنند.

بسته به طراحی، مدار میانی می تواند عملکردهای دیگری را نیز انجام دهد که عبارتند از:

جداسازی یکسو کننده از اینورتر

کاهش هارمونیک

ذخیره انرژی برای محدود کردن نوسانات بار متناوب.

معکوس کننده

اینورتر آخرین پیوند مبدل فرکانس قبل از موتور الکتریکی و مکانی است که انطباق نهایی ولتاژ خروجی در آن اتفاق می افتد.

مبدل فرکانس با تطبیق ولتاژ خروجی با شرایط بار، شرایط عملیاتی عادی را در کل محدوده تنظیمی فراهم می کند. این به شما امکان می دهد تا مغناطش بهینه موتور را حفظ کنید.

اینورتر از مدار میانی دریافت می کند

جریان مستقیم متغیر،

ولتاژ DC متغیر یا

ولتاژ DC ثابت.

به لطف اینورتر، در هر یک از این موارد مقدار متغیری به موتور الکتریکی عرضه می شود. به عبارت دیگر، اینورتر همیشه فرکانس مورد نظر ولتاژ عرضه شده به موتور الکتریکی را ایجاد می کند. اگر جریان یا ولتاژ متغیر باشد، اینورتر فقط فرکانس مورد نظر را تولید می کند. اگر ولتاژ ثابت باشد، اینورتر هم فرکانس مورد نظر و هم ولتاژ مورد نظر را برای موتور ایجاد می کند.

اگرچه اینورترها به روش های مختلفی کار می کنند، ساختار اصلی آنها همیشه یکسان است. عناصر اصلی اینورترها دستگاه های نیمه هادی کنترل شده هستند که به صورت جفت در سه شاخه به هم متصل می شوند.

در حال حاضر تریستورها در اکثر موارد با ترانزیستورهای فرکانس بالا جایگزین می شوند که قابلیت باز و بسته شدن بسیار سریع را دارند. فرکانس سوئیچینگ معمولا از 300 هرتز تا 20 کیلوهرتز متغیر است و به دستگاه های نیمه هادی مورد استفاده بستگی دارد. 

دستگاه های نیمه هادی در اینورتر توسط سیگنال های تولید شده توسط مدار کنترل باز و بسته می شوند. سیگنال ها را می توان به روش های مختلف تولید کرد.

برنج. 14. اینورتر جریان مدار میانی ولتاژ متغیر معمولی.

اینورترهای معمولی که عمدتاً جریان مدار میانی را با ولتاژهای متغیر سوئیچ می کنند، شامل شش تریستور و شش خازن هستند.

خازن ها به تریستورها اجازه می دهند تا باز و بسته شوند به گونه ای که جریان در سیم پیچ های فاز 120 درجه جابجا شود و باید با اندازه موتور الکتریکی سازگار شود. هنگامی که جریان به صورت دوره ای به پایانه های موتور اعمال می شود توالی های U-V، V-W، W-U، U-V...، یک میدان مغناطیسی چرخشی متناوب با فرکانس مورد نیاز ظاهر می شود. حتی اگر جریان موتور تقریباً باشد مستطیلی شکل، ولتاژ موتور تقریباً سینوسی خواهد بود. با این حال، هنگامی که جریان روشن یا خاموش می شود، نوسانات ولتاژ همیشه رخ می دهد.

خازن ها توسط دیودها از جریان بار موتور الکتریکی جدا می شوند. 

برنج. 15. اینورتر برای ولتاژ متغیر یا ثابت مدار میانی و وابستگی جریان خروجی به فرکانس سوئیچینگ اینورتر

اینورترها با ولتاژ مدار میانی متغیر یا ثابت حاوی شش عنصر کلیدزنی هستند و صرف نظر از نوع دستگاه های نیمه هادی مورد استفاده، تقریباً یکسان عمل می کنند. مدار کنترل با استفاده از چندین دستگاه نیمه هادی را باز و بسته می کند به طرق مختلفمدولاسیون، در نتیجه فرکانس خروجی مبدل فرکانس را تغییر می دهد.

روش اول برای تغییر ولتاژ یا جریان در مدار میانی است.

فواصل زمانی که در طی آن دستگاه های نیمه هادی منفرد باز هستند به ترتیبی مرتب می شوند که برای به دست آوردن فرکانس خروجی مورد نیاز استفاده می شود.

این توالی سوئیچینگ نیمه هادی توسط مقدار ولتاژ یا جریان مدار میانی متغیر کنترل می شود. با استفاده از یک نوسان ساز کنترل شده ولتاژ، فرکانس همیشه دامنه ولتاژ را دنبال می کند. این نوع کنترل اینورتر مدولاسیون دامنه پالس (PAM) نامیده می شود.

برای یک ولتاژ مدار میانی ثابت، یک روش پایه متفاوت استفاده می شود. ولتاژ موتور با اعمال ولتاژ مدار میانی به سیم پیچ های موتور برای مدت زمان طولانی تر یا کوتاه تر متغیر می شود. 

برنج. 16 مدولاسیون دامنه و مدت پالس

فرکانس با تغییر پالس های ولتاژ در امتداد محور زمان تغییر می کند - به طور مثبت در یک نیم چرخه و منفی در طول دیگر.

از آنجایی که این روش مدت زمان (عرض) پالس های ولتاژ را تغییر می دهد، مدولاسیون عرض پالس (PWM) نامیده می شود. مدولاسیون PWM (و روش های مرتبط مانند PWM کنترل شده با موج سینوسی) رایج ترین روش کنترل اینورتر است.

با مدولاسیون PWM، مدار کنترل، لحظات سوئیچینگ دستگاه های نیمه هادی را در تقاطع یک ولتاژ دندانه اره و یک سینوسی روی هم قرار می دهد. ولتاژ مرجع(PWM سینوسی کنترل شده). دیگر روش‌های نویدبخش مدولاسیون PWM، روش‌های مدولاسیون عرض پالس اصلاح‌شده مانند WC و WC plus هستند که توسط Danfoss Corporation توسعه یافته‌اند.

ترانزیستورها

از آنجایی که ترانزیستورها را می توان با آن سوئیچ کرد سرعت های بالاتداخل الکترومغناطیسی که در هنگام "پالس" (مغناطیس شدن موتور الکتریکی) رخ می دهد کاهش می یابد. 

یکی دیگر از مزایای فرکانس سوئیچینگ بالا، انعطاف پذیری تعدیل ولتاژ خروجی مبدل فرکانس است که امکان تولید جریان موتور سینوسی را فراهم می کند، در حالی که مدار کنترل باید به سادگی ترانزیستورهای اینورتر را روشن و خاموش کند.

فرکانس سوئیچینگ اینورتر یک شمشیر دو لبه است، زیرا فرکانس های بالا می تواند باعث گرم شدن موتور و ایجاد پیک های ولتاژ بزرگ شود. هر چه فرکانس سوئیچینگ بیشتر باشد، تلفات بیشتر می شود.

از طرف دیگر، فرکانس سوئیچینگ پایین می تواند منجر به نویز صوتی بالا شود.

ترانزیستورهای فرکانس بالا را می توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد:

ترانزیستورهای دوقطبی (LTR)

ماسفت های تک قطبی (MOS-FET)

ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT)

در حال حاضر، ترانزیستورهای IGBT پرکاربردترین ترانزیستورها هستند، زیرا آنها خواص کنترلی ترانزیستورهای MOS-FET را با خواص خروجی ترانزیستورهای LTR ترکیب می کنند. علاوه بر این، آنها دارای محدوده توان مناسب، هدایت مناسب و فرکانس سوئیچینگ هستند که کنترل مبدل های فرکانس مدرن را بسیار ساده می کند.

با IGBT ها، هم عناصر اینورتر و هم کنترل های اینورتر در یک ماژول قالبی به نام "ماژول قدرت هوشمند" (IPM) قرار می گیرند.

مدولاسیون دامنه پالس (PAM)

مدولاسیون دامنه پالس برای مبدل های فرکانس با ولتاژ مدار میانی متغیر استفاده می شود.

در مبدل های فرکانس با یکسو کننده های کنترل نشده، دامنه ولتاژ خروجی توسط مدارشکن میانی تولید می شود و در صورت کنترل یکسو کننده، دامنه به طور مستقیم به دست می آید.

برنج. 20. تشکیل ولتاژ در مبدل های فرکانس با قطع کننده در مدار میانی

ترانزیستور (چاپگر) در شکل 20 توسط یک مدار کنترل و تنظیم باز یا قفل می شود. زمان سوئیچینگ به مقدار نامی (سیگنال ورودی) و سیگنال ولتاژ اندازه گیری شده (مقدار واقعی) بستگی دارد. مقدار واقعی در خازن اندازه گیری می شود.

سلف و خازن به عنوان فیلتری عمل می کنند که موج ولتاژ را صاف می کند. پیک ولتاژ بستگی به زمان باز شدن ترانزیستور دارد و اگر اسمی و ارزش واقعیبا یکدیگر متفاوت هستند، بریکر تا رسیدن به سطح ولتاژ مورد نیاز کار می کند.

تنظیم فرکانس

فرکانس ولتاژ خروجی توسط اینورتر در طول یک دوره تغییر می کند و دستگاه های سوئیچینگ نیمه هادی بارها در طول یک دوره کار می کنند.

مدت دوره را می توان به دو روش تنظیم کرد:

1.مستقیم توسط سیگنال ورودی یا

2. استفاده از یک ولتاژ DC متغیر که متناسب با سیگنال ورودی است.

برنج. 21a. کنترل فرکانس با استفاده از ولتاژ مدار میانی 

مدولاسیون عرض پالس رایج ترین روش تولید ولتاژ سه فاز با فرکانس مناسب است.

با مدولاسیون عرض پالس، تشکیل ولتاژ کل مدار میانی (≈ √2 x U) با مدت زمان و فرکانس سوئیچینگ عناصر قدرت تعیین می شود. نرخ تکرار پالس های PWM بین لحظه های روشن و خاموش متغیر است و اجازه تنظیم ولتاژ را می دهد.

سه گزینه اصلی برای تنظیم حالت های سوئیچینگ در یک اینورتر وجود دارد که توسط مدولاسیون عرض پالس کنترل می شود.

1. PWM کنترل شده سینوسی

2. PWM همزمان

3. PWM ناهمزمان

هر شاخه از یک اینورتر سه فاز PWM می تواند دو شاخه داشته باشد ایالت های مختلف(روشن و خاموش).

سه سوئیچ هشت ترکیب کلیدزنی ممکن را تشکیل می دهند (2 3) و بنابراین هشت بردار ولتاژ دیجیتال در خروجی اینورتر یا در سیم پیچ استاتور موتور الکتریکی متصل می شوند. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 21b، این بردارهای 100، 110، 010، 011، 001، 101 در گوشه های شش ضلعی محصور شده قرار دارند و از بردارهای 000 و 111 به عنوان بردارهای صفر استفاده می کنند.

در مورد ترکیب سوئیچینگ 000 و 111، پتانسیل یکسانی در هر سه پایانه خروجی اینورتر ایجاد می شود - مثبت یا منفی نسبت به مدار میانی (به شکل 21c مراجعه کنید). برای یک موتور الکتریکی این به معنای اثر نزدیک به اتصال کوتاه پایانه ها است. ولتاژ O V نیز به سیم پیچ های موتور الکتریکی اعمال می شود.

PWM کنترل شده با موج سینوسی

PWM کنترل شده با موج سینوسی از یک ولتاژ مرجع سینوسی (Us) برای کنترل هر خروجی اینورتر استفاده می کند. یک ولتاژ دندانه اره (U D) به سه ولتاژ مرجع اعمال می شود، به شکل 1 مراجعه کنید. 22.

برنج. 22. اصل عملکرد PWM سینوسی کنترل شده (با دو ولتاژ مرجع)

هنگامی که ولتاژ سطح شیب دار و ولتاژ مرجع سینوسی تلاقی می کنند، نیمه هادی های اینورتر باز یا بسته می شوند.

تقاطع ها توسط عناصر الکترونیکی تابلو کنترل تعیین می شود. اگر ولتاژ سطح شیب دار بیشتر از ولتاژ سینوسی باشد، با کاهش ولتاژ سطح شیب دار، پالس های خروجی از مثبت به منفی (یا از منفی به مثبت) تغییر می کنند، به طوری که ولتاژ خروجی مبدل فرکانس توسط ولتاژ مدار میانی تعیین می شود. . 

ولتاژ خروجی با نسبت بین مدت زمان حالت باز و بسته تغییر می کند و این نسبت را می توان برای به دست آوردن ولتاژ مورد نیاز تغییر داد. بنابراین، دامنه پالس های ولتاژ منفی و مثبت همیشه با نیمی از ولتاژ مدار میانی مطابقت دارد.

برنج. 23. ولتاژ خروجی PWM سینوسی کنترل شده

در فرکانس های پایین استاتور، زمان در حالت بسته افزایش می یابد و ممکن است آنقدر طولانی شود که حفظ فرکانس ولتاژ سطح شیب دار غیرممکن شود.

این باعث می شود دوره بدون ولتاژ افزایش یابد و موتور به طور ناهموار کار کند. برای جلوگیری از این امر، در فرکانس های پایین می توانید فرکانس ولتاژ رمپ را دو برابر کنید. 

ولتاژ فاز در پایانه های خروجی مبدل فرکانس معادل نصف ولتاژ مدار میانی تقسیم بر √ 2 است، یعنی. برابر با نصف ولتاژ تغذیه ولتاژ خط در پایانه های خروجی √ 3 برابر ولتاژ فاز است، یعنی. برابر با ولتاژ تغذیه ضرب در 0.866.

یک اینورتر کنترل شده PWM که تنها با مدولاسیون ولتاژ مرجع موج سینوسی کار می کند، می تواند ولتاژی برابر با 86.6 درصد ولتاژ نامی را تامین کند (شکل 23 را ببینید).

هنگام استفاده از مدولاسیون موج سینوسی خالص، ولتاژ خروجی مبدل فرکانس نمی تواند به ولتاژ موتور برسد زیرا ولتاژ خروجی نیز 13 درصد کمتر خواهد بود.

با این حال، ولتاژ اضافی مورد نیاز را می توان با کاهش تعداد پالس ها زمانی که فرکانس از حدود 45 هرتز فراتر رفت، به دست آورد، اما این روش دارای معایبی است. به ویژه، باعث تغییر پله ای در ولتاژ می شود که منجر به عملکرد ناپایدار موتور الکتریکی می شود. اگر تعداد پالس ها کاهش یابد، هارمونیک های بالاتر در خروجی مبدل فرکانس افزایش می یابد که باعث افزایش تلفات در موتور الکتریکی می شود.

راه دیگر برای حل این مشکل استفاده از ولتاژهای مرجع دیگر به جای سه ولتاژ سینوسی است. این تنش ها می توانند به هر شکلی باشند (مثلاً ذوزنقه ای یا پلکانی).

به عنوان مثال، یک مرجع ولتاژ رایج از هارمونیک سوم یک ولتاژ مرجع سینوسی استفاده می کند. می توان با افزایش دامنه ولتاژ مرجع سینوسی به میزان 15.5 درصد و افزودن هارمونیک سوم به آن، چنین حالت سوئیچینگی را برای دستگاه های نیمه هادی اینورتر به دست آورد که ولتاژ خروجی مبدل فرکانس را افزایش دهد.

PWM سنکرون

مشکل اصلی در استفاده از روش PWM کنترل شده سینوسی، نیاز به تعیین است مقادیر بهینهزمان کموتاسیون و زاویه برای ولتاژ در یک دوره معین. این زمان های سوئیچینگ باید به گونه ای تنظیم شوند که فقط حداقل هارمونیک های بالاتر را مجاز کنند. این حالت سوئیچینگ فقط برای یک محدوده فرکانس معین (محدود) حفظ می شود. عملیات خارج از این محدوده مستلزم استفاده از روش سوئیچینگ متفاوت است.

PWM ناهمزمان

نیاز به جهت گیری میدان و پاسخگویی سیستم از نظر کنترل گشتاور و سرعت درایوهای AC سه فاز (شامل سرووها) مستلزم تغییرات پله ای در دامنه و زاویه ولتاژ اینورتر است. استفاده از حالت سوئیچینگ "عادی" یا همزمان PWM اجازه تغییرات مرحله ای در دامنه و زاویه ولتاژ اینورتر را نمی دهد.

یکی از راه‌های برآورده کردن این نیاز، PWM ناهمزمان است که به جای همگام سازی مدولاسیون ولتاژ خروجی با فرکانس خروجی، همانطور که معمولاً برای کاهش هارمونیک در موتور الکتریکی انجام می‌شود، حلقه کنترل ولتاژ برداری را مدوله می‌کند و در نتیجه یک جفت سنکرون با فرکانس خروجی

دو گزینه اصلی برای PWM ناهمزمان وجود دارد:

SFAVM (مدولاسیون بردار ناهمزمان مبتنی بر جریان استاتور = (مدولاسیون برداری سنکرون جهت یابی شار مغناطیسی استاتور)

60 درجه AVM (مدولاسیون برداری ناهمزمان = مدولاسیون برداری ناهمزمان).

SFAVM یک روش مدولاسیون برداری فضایی است که امکان تغییرات تصادفی اما مرحله‌ای در ولتاژ، دامنه و زاویه اینورتر را در طول زمان سوئیچینگ فراهم می‌کند. این باعث افزایش خواص دینامیکی می شود.

هدف اصلی از استفاده از چنین مدولاسیونی، بهینه سازی شار مغناطیسی استاتور با استفاده از ولتاژ استاتور و در عین حال کاهش موج گشتاور است، زیرا انحراف زاویه به دنباله کموتاسیون بستگی دارد و می تواند باعث افزایش ریپل گشتاور شود. بنابراین، توالی کموتاسیون باید به گونه ای محاسبه شود که انحراف زاویه برداری را به حداقل برساند. سوئیچینگ بین بردارهای ولتاژ بر اساس محاسبه مسیر شار مغناطیسی مورد نظر در استاتور موتور است که به نوبه خود گشتاور را تعیین می کند.

نقطه ضعف سیستم های قدرت PWM معمولی قبلی، انحراف در دامنه بردار شار مغناطیسی استاتور و زاویه شار مغناطیسی بود. این انحرافات بر میدان دوار (گشتاور) در شکاف هوای موتور الکتریکی تأثیر منفی گذاشته و باعث ایجاد ضربان گشتاور می شود. تأثیر انحراف دامنه U ناچیز است و با افزایش فرکانس سوئیچینگ می‌توان آن را کاهش داد. 

تولید ولتاژ موتور

عملکرد پایدار مربوط به تنظیم بردار ولتاژ دستگاه U wt است به طوری که یک دایره را توصیف می کند (شکل 24 را ببینید).

بردار ولتاژ با بزرگی ولتاژ موتور الکتریکی و سرعت چرخش مشخص می شود که با فرکانس کاری در لحظه در نظر گرفته شده در زمان مطابقت دارد. ولتاژ موتور با ایجاد مقادیر متوسط ​​با استفاده از پالس های کوتاه از بردارهای مجاور تولید می شود.

روش SFAVM که توسط شرکت Danfoss توسعه یافته است، از جمله ویژگی های زیر را دارد:

بردار ولتاژ را می توان در دامنه و فاز بدون انحراف از تنظیم تنظیم شده تنظیم کرد.

دنباله کموتاسیون همیشه با 000 یا 111 شروع می شود. این به بردار ولتاژ اجازه می دهد تا سه حالت سوئیچینگ داشته باشد.

مقدار متوسط ​​بردار ولتاژ با استفاده از پالس های کوتاه بردارهای همسایه و همچنین بردارهای صفر 000 و 111 به دست می آید.

مدار کنترل

مدار کنترل یا برد کنترل، چهارمین عنصر اصلی مبدل فرکانس است که برای حل چهار کار مهم طراحی شده است:

کنترل عناصر نیمه هادی مبدل فرکانس.

تبادل داده بین مبدل های فرکانس و دستگاه های جانبی.

جمع آوری داده ها و تولید پیام های خطا.

انجام عملکردهای حفاظتی مبدل فرکانس و موتور الکتریکی.

ریزپردازنده ها سرعت مدار کنترل را افزایش داده اند، دامنه کاربرد درایوها را به میزان قابل توجهی گسترش داده و تعداد محاسبات لازم را کاهش داده اند.

ریزپردازنده در مبدل فرکانس تعبیه شده است و همیشه قادر است ترکیب پالس بهینه را برای هر شرایط کاری تعیین کند.

مدار کنترل مبدل فرکانس AIM

برنج. 25 اصل عملکرد یک مدار کنترل برای یک مدار میانی که توسط یک قطع کننده کنترل می شود.

در شکل شکل 25 یک مبدل فرکانس با کنترل AIM و یک مدارشکن میانی را نشان می دهد. مدار کنترل مبدل (2) و اینورتر (3) را کنترل می کند. 

کنترل بر اساس مقدار ولتاژ لحظه ای مدار میانی انجام می شود.

ولتاژ مدار میانی مداری را هدایت می کند که به عنوان شمارنده آدرس در حافظه ذخیره سازی داده عمل می کند. حافظه توالی های خروجی الگوی پالس اینورتر را ذخیره می کند. هنگامی که ولتاژ مدار میانی افزایش می یابد، شمارش سریعتر اتفاق می افتد، دنباله زودتر به پایان می رسد و فرکانس خروجی افزایش می یابد.

برای کنترل چاپر، ابتدا ولتاژ مدار میانی با مقدار نامی سیگنال ولتاژ مرجع مقایسه می شود. انتظار می رود این سیگنال ولتاژ بدهد مقادیر صحیحولتاژ و فرکانس خروجی اگر سیگنال مرجع و سیگنال مدار میانی تغییر کند، کنترل کننده PI به مدار اطلاع می دهد که زمان چرخه نیاز به تغییر دارد. این باعث می شود ولتاژ مدار میانی مطابق سیگنال مرجع تنظیم شود.

یک روش مدولاسیون رایج برای کنترل مبدل قدرت، مدولاسیون دامنه پالس (PAM) است. مدولاسیون عرض پالس (PWM) بیشتر است روش مدرن.

کنترل میدانی (کنترل برداری)

کنترل برداری را می توان به روش های مختلفی سازماندهی کرد. تفاوت اصلی بین روش ها معیارهایی است که در محاسبه مقادیر جریان فعال، جریان مغناطیسی (شار مغناطیسی) و گشتاور استفاده می شود.

هنگام مقایسه موتورهای DC و موتورهای ناهمزمان سه فاز (شکل 26)، مشکلات خاصی آشکار می شود. در جریان مستقیم، پارامترهایی که برای تولید گشتاور مهم هستند - شار مغناطیسی (F) و جریان آرمیچر - با توجه به اندازه و محل فاز ثابت می‌شوند و با جهت سیم‌پیچ‌های میدان و موقعیت کربن تعیین می‌شوند. برس ها (شکل 26a).

در موتورهای DC جریان آرمیچر و جریان ایجاد کننده شار مغناطیسی در زوایای قائم با یکدیگر قرار دارند و مقادیر آنها خیلی زیاد نیست. که در موتور الکتریکی ناهمزمانموقعیت شار مغناطیسی (Ф) و جریان روتور (I،) به بار بستگی دارد. علاوه بر این، برخلاف موتورهای DC، زاویه فاز و جریان را نمی توان مستقیماً از اندازه استاتور تعیین کرد.

برنج. 26. مقایسه ماشین DC و ماشین ناهمزمان AC

با این حال، با استفاده از یک مدل ریاضی، می توان گشتاور را از رابطه بین شار مغناطیسی و جریان استاتور محاسبه کرد.

از جریان اندازه گیری شده استاتور (l s)، یک جزء (l w) استخراج می شود که گشتاوری با شار مغناطیسی (Ф) در زوایای قائم بین این دو متغیر (l in) ایجاد می کند. این باعث ایجاد شار مغناطیسی موتور الکتریکی می شود (شکل 27).

برنج. 27. محاسبه مولفه های جاری برای تنظیم میدانی

با این دو جزء جریان، گشتاور و شار مغناطیسی را می توان به طور مستقل تحت تأثیر قرار داد. با این حال، به دلیل پیچیدگی مشخص محاسبات بر اساس مدل دینامیکی یک موتور الکتریکی، چنین محاسباتی فقط در درایوهای دیجیتال مقرون به صرفه هستند.

از آنجایی که در این روش کنترل تحریک که مستقل از بار است از کنترل گشتاور جدا می شود، می توان موتور القایی را به صورت دینامیکی مانند موتور DC کنترل کرد - به شرطی که سیگنال بازخوردی در دسترس باشد. این روش برای کنترل موتور AC سه فاز دارای مزایای زیر است:

واکنش خوب به تغییرات بار

کنترل دقیق قدرت

گشتاور کامل در سرعت صفر

ویژگی های عملکرد با درایوهای DC قابل مقایسه است. 

تنظیم ویژگی های V/f و بردار شار مغناطیسی

در سال های اخیر، سیستم های کنترل سرعت برای موتورهای AC سه فاز بر اساس دو توسعه یافته است اصول مختلفکنترل ها:

کنترل V/f معمولی یا کنترل SCALAR و کنترل بردار شار مغناطیسی.

هر دو روش بسته به الزامات خاص برای عملکرد درایو (دینامیک) و دقت، مزایای خاص خود را دارند.

کنترل V/f محدوده کنترل سرعت محدودی دارد (تقریباً 1:20) و در سرعت پایین یک اصل کنترل متفاوت (جبران) مورد نیاز است. با استفاده از این روش، تطبیق مبدل فرکانس با موتور نسبتاً آسان است و کنترل از تغییرات بار لحظه ای در کل محدوده سرعت مصون است.

در درایوهای کنترل شار، مبدل فرکانس باید دقیقاً برای موتور پیکربندی شود، که نیاز به دانش دقیق از پارامترهای آن دارد. اجزای اضافی نیز برای دریافت سیگنال بازخورد مورد نیاز است.

برخی از مزایای این نوع کنترل:

پاسخ سریع به تغییرات سرعت و محدوده سرعت گسترده

پاسخ دینامیکی بهتر به تغییرات جهت

یک اصل کنترل یکنواخت در کل محدوده سرعت تضمین می شود.

برای کاربر راه حل بهینهترکیبی وجود خواهد داشت بهترین خواصهر دو اصل بدیهی است که هم ویژگی مقاومت در برابر بارگذاری/تخلیه پله در کل محدوده سرعت که معمولاً نقطه قوت کنترل V/f است و هم پاسخ سریع به تغییرات مرجع سرعت (مانند کنترل میدانی) به طور همزمان مورد نیاز است. زمان.

محتوا:

در الکتروموتورهای آسنکرون نیاز به تنظیم سرعت روتور وجود دارد. برای این منظور از درایو فرکانس متغیر استفاده می شود که عنصر اصلی آن مبدل فرکانس است. طراحی آن شامل یک پل جریان مستقیم است که همچنین یک یکسو کننده است که جریان متناوب صنعتی را به جریان مستقیم تبدیل می کند. دیگر جزئیات مهم- یک اینورتر که تبدیل معکوس جریان مستقیم به جریان متناوب را با فرکانس و دامنه مورد نیاز انجام می دهد.

اصل عملکرد درایو فرکانس متغیر

موتورهای آسنکرون به طور گسترده ای در صنعت و حمل و نقل مورد استفاده قرار می گیرند و نیروی محرکه اصلی قطعات، ماشین ها و مکانیزم ها هستند. تفاوت دارند قابلیت اطمینان بالاو تعمیر آنها نسبتا آسان است.

با این حال، این دستگاه ها فقط می توانند در یک فرکانس بچرخند که منبع تغذیه AC است. برای کار در محدوده های مختلف، از دستگاه های خاصی استفاده می شود - مبدل های فرکانس که فرکانس ها را به پارامترهای مورد نیاز تنظیم می کنند.

عملکرد مبدل ها ارتباط نزدیکی با اصل عملکرد یک موتور ناهمزمان دارد. استاتور آن از سه سیم پیچ تشکیل شده است که هر کدام به هم متصل هستند برق، ایجاد یک میدان مغناطیسی متناوب. تحت تأثیر این میدان جریانی در روتور ایجاد می شود که منجر به ظهور میدان مغناطیسی نیز می شود. در نتیجه تعامل میدان های استاتور و روتور، روتور شروع به چرخش می کند.

هنگامی که یک موتور القایی راه اندازی می شود، جریان قابل توجهی از منبع تغذیه وجود دارد. به همین دلیل، درایو مکانیزم اضافه بار قابل توجهی را تجربه می کند. میل شدید موتور برای رسیدن به سرعت نامی وجود دارد. در نتیجه، عمر مفید نه تنها خود واحد، بلکه دستگاه هایی که آن را تغذیه می کند نیز کاهش می یابد.

این مشکل با استفاده از یک درایو فرکانس متغیر با موفقیت حل می شود که به شما امکان می دهد فرکانس ولتاژ تامین کننده موتور را تغییر دهید. استفاده از قطعات الکترونیکی مدرن این دستگاه ها را کوچک و کارآمد می کند.

اصل کار مبدل فرکانس بسیار ساده است. ابتدا ولتاژ شبکه به یکسو کننده تامین می شود و در آنجا به جریان مستقیم تبدیل می شود. سپس توسط خازن ها صاف می شود و به مبدل ترانزیستوری فرستاده می شود. ترانزیستورهای آن در حالت باز مقاومت بسیار پایینی دارند. آنها در زمان های خاصی با استفاده از کنترل الکترونیکی باز و بسته می شوند. هنگامی که فازها نسبت به یکدیگر جابجا می شوند، ولتاژی شبیه به سه فاز ایجاد می شود. پالس ها مستطیل شکل هستند، اما این به هیچ وجه بر عملکرد موتور تأثیر نمی گذارد.

مبدل های فرکانس در حین کار از اهمیت بالایی برخوردار هستند. با این طرح اتصال، لازم است از خازن تغییر فاز برای ایجاد گشتاور استفاده شود. راندمان واحد به طور قابل توجهی کاهش می یابد، اما مبدل فرکانس عملکرد آن را افزایش می دهد.

بنابراین استفاده از درایو فرکانس متغیر کنترل موتورهای سه فاز AC را کارآمدتر می کند. در نتیجه تولید بهبود می یابد فرآیندهای تکنولوژیکیو از منابع انرژی به صورت منطقی تری استفاده می شود.

مزایا و معایب دستگاه های کنترل فرکانس

این دستگاه های تنظیم دارای مزایای بی شک هستند و اثر اقتصادی بالایی را ارائه می دهند. آنها با دقت بالای تنظیمات متمایز می شوند و گشتاور شروعی برابر با حداکثر را ارائه می دهند. در صورت لزوم، موتور الکتریکی می تواند با بار جزئی کار کند که باعث صرفه جویی قابل توجهی در انرژی می شود. تنظیم کننده های فرکانس به طور قابل توجهی عمر تجهیزات را افزایش می دهند. در شروع نرمموتور، سایش آن بسیار کمتر می شود.

درایو فرکانس متغیر را می توان از راه دور از طریق یک شبکه صنعتی تشخیص داد. این به شما امکان می دهد ساعت های کار موتور را پیگیری کنید، خرابی های فاز را در مدارهای ورودی و خروجی تشخیص دهید و همچنین سایر عیوب و نقص ها را شناسایی کنید.

دستگاه تنظیم را می توان متصل کرد سنسورهای مختلف، که امکان تنظیم هر مقدار، به عنوان مثال، فشار را ممکن می کند. اگر ولتاژ برق به طور ناگهانی ناپدید شود، سیستم ترمز کنترل شده و راه اندازی مجدد خودکار فعال می شود. سرعت چرخش با تغییر بار تثبیت می شود. درایو فرکانس متغیر در حال تبدیل شدن به یک جایگزین جایگزین برای قطع کننده مدار است.

اشکال اصلی تداخل ایجاد شده توسط اکثر مدل های چنین دستگاه هایی است. برای اطمینان از عملکرد عادی، نصب فیلترهای تداخل فرکانس بالا ضروری است. علاوه بر این، افزایش قدرت درایوهای فرکانس متغیر به طور قابل توجهی هزینه آنها را افزایش می دهد، بنابراین حداقل دوره بازپرداخت 1-2 سال است.

کاربرد دستگاه های تنظیم کننده

دستگاه های کنترل فرکانس در بسیاری از زمینه ها - در صنعت و در زندگی روزمره استفاده می شود. آنها مجهز به آسیاب نورد، نوار نقاله، دستگاه های برش، فن، کمپرسور، میکسر، خانگی هستند. ماشین های لباسشوییو دستگاه های تهویه مطبوع درایوها خود را در حمل و نقل واگن برقی شهری ثابت کرده اند. استفاده از درایوهای فرکانس متغیر در ماشین ابزارهای CNC برنامه کنترل شدهبه شما امکان می دهد حرکات را در جهت بسیاری از محورها به طور همزمان هماهنگ کنید.

این سیستم ها حداکثر اثر اقتصادی را هنگام استفاده در موارد مختلف ارائه می دهند تجهیزات پمپاژ. استاندارد هر نوع تنظیم چوک های نصب شده در خطوط فشار و تعیین تعداد واحدهای عملیاتی است. به همین دلیل می توان پارامترهای فنی خاصی مانند فشار در خط لوله و غیره را به دست آورد.

پمپ ها سرعت ثابتی دارند و دبی متغیر ناشی از مصرف آب متغیر را در نظر نمی گیرند. حتی در صورت حداقل دبی، پمپ ها سرعت ثابتی را حفظ می کنند که منجر به ایجاد فشار اضافی در شبکه و ایجاد شرایط اضطراری می شود. همه اینها با مصرف انرژی بیهوده همراه است. این امر عمدتاً در شب هنگام کاهش شدید مصرف آب اتفاق می افتد.

با ظهور درایوهای فرکانس متغیر، حفظ فشار ثابت مستقیماً در مصرف کنندگان ممکن شد. این سیستم ها خود را به خوبی در ارتباط با موتورهای آسنکرونهمه منظوره. کنترل فرکانس به شما امکان می دهد سرعت چرخش شفت را تغییر دهید و آن را از سرعت اسمی بالاتر یا کمتر کنید. یک سنسور فشار نصب شده در مصرف کننده اطلاعات را به یک درایو فرکانس متغیر منتقل می کند که به نوبه خود فرکانس ارائه شده به موتور را تغییر می دهد.

دستگاه های کنترل مدرن از نظر اندازه جمع و جور هستند. آنها در یک محفظه محافظت شده از گرد و غبار و رطوبت قرار می گیرند. به لطف رابط کاربر پسند، دستگاه ها را می توان حتی در سخت ترین شرایط، با محدوده توان گسترده - از 0.18 تا 630 کیلووات و ولتاژ 220/380 ولت، کار کرد.