مطالب:

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 است دی سیهمچنین یکسو کننده است که جریان متناوب صنعتی را به جریان مستقیم تبدیل می کند. بخش مهم دیگر اینورتر است که جریان مستقیم را با فرکانس و دامنه مورد نیاز به جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل می کند.

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. آنها بسیار قابل اعتماد هستند و تعمیر آنها نسبتاً 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 کار دارد موتور آسنکرون. استاتور آن از سه سیم پیچ تشکیل شده است که هر کدام به هم متصل هستند جریان الکتریکی، ایجاد یک میدان مغناطیسی متناوب. تحت تأثیر این میدان جریانی در روتور القا می شود که به ظاهر نیز منجر می شود میدان مغناطیسی. 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. تکانه ها دارند شکل مستطیلیاما این به هیچ وجه روی 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، برنامه مکرر است درایو الکتریکی قابل تنظیمکنترل 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. هنگامی که موتور به آرامی روشن می شود، 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.

سنسورهای مختلفی را می توان به دستگاه کنترل وصل کرد که امکان تنظیم مقادیر خاصی مانند فشار را فراهم 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 به خوبی ثابت کرده اند. استفاده از درایوهای فرکانس متغیر در ماشین ابزار با کنترل عددی امکان همگام سازی حرکات در جهت بسیاری از محورها را به طور همزمان فراهم می کند.

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. با توجه به این امکان به دست آوردن معین می باشد پارامترهای فنیمانند فشار خط لوله و غیره.

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 امکان پذیر شد. این سیستم ها خود را در ترکیب با موتورهای ناهمزمان عمومی به خوبی ثابت کرده اند. 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.

ما مبدل های فرکانس را تولید و می فروشیم:
قیمت مبدل فرکانس (01/21/16):
درایورهای فرکانس یک فاز در سه:
قیمت مدل پاور
CFM110 0.25kW 2300 UAH
CFM110 0.37 کیلو وات 2400 UAH
CFM110 0.55kW 2500 UAH
CFM210 1.0 کیلو وات 3200 UAH
CFM210 1.5 کیلو وات 3400 UAH
CFM210 2.2 کیلو وات 4000 UAH
CFM210 3.3 کیلو وات 4300 UAH
AFM210 7.5 kW 9900 UAH (تنها مولد فرکانس موجود در بازار 220 v 380 با توان 7.5 کیلو وات)

ژنراتور فرکانس 380 ولت سه فاز در سه:
CFM310 4.0 kW 6800 UAH
CFM310 5.5 کیلو وات 7500 UAH
CFM310 7.5 کیلو وات 8500 UAH
تماس جهت سفارش مبدل فرکانس:
+38 050 4571330
سایت chastotnik@

یک درایو الکتریکی مدرن با کنترل فرکانس از یک موتور الکتریکی ناهمزمان یا سنکرون و یک مبدل فرکانس تشکیل شده است (شکل 1 را ببینید).

یک موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را به

انرژی مکانیکی و بدنه اجرایی سازوکار فناورانه را به حرکت در می آورد.

مبدل فرکانس موتور الکتریکی را کنترل می کند و یک دستگاه استاتیک الکترونیکی است. یک ولتاژ الکتریکی با دامنه و فرکانس متغیر در خروجی مبدل تولید می شود.

نام "درایو الکتریکی فرکانس متغیر" به این دلیل است که سرعت چرخش موتور با تغییر فرکانس ولتاژ تغذیه تامین شده به موتور از مبدل فرکانس کنترل می شود.

در طول 10-15 سال گذشته، جهان شاهد معرفی گسترده و موفقیت آمیز درایوهای الکتریکی با فرکانس متغیر برای حل مشکلات مختلف فناوری در بسیاری از بخش های اقتصاد بوده است. این در درجه اول با توسعه و ایجاد مبدل های فرکانس بر اساس یک پایه عنصر اساسی جدید، عمدتا بر اساس ترانزیستورهای دوقطبی با یک گیت عایق IGBT توضیح داده می شود.

این مقاله به طور مختصر انواع مبدل های فرکانس شناخته شده امروزه را که در درایوهای الکتریکی با فرکانس متغیر استفاده می شود، روش های کنترلی اجرا شده در آنها، ویژگی ها و ویژگی های آنها توضیح می دهد.

در بحث های بعدی، ما در مورد یک درایو الکتریکی سه فاز با کنترل فرکانس صحبت خواهیم کرد، زیرا بیشترین کاربرد صنعتی را دارد.

درباره روش های مدیریت

در موتور الکتریکی سنکرون، سرعت روتور برابر است

در حالت پایدار برابر با فرکانس چرخش میدان مغناطیسی استاتور است.

در موتور الکتریکی ناهمزمان، سرعت روتور برابر است

در حالت پایدار با مقدار لغزش با سرعت چرخش متفاوت است.

فرکانس چرخش میدان مغناطیسی به فرکانس ولتاژ تغذیه بستگی دارد.

هنگامی که سیم پیچ استاتور یک موتور الکتریکی با ولتاژ سه فاز در فرکانس تامین می شود، یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می شود. سرعت چرخش این میدان با فرمول معروف تعیین می شود

تعداد جفت قطب استاتور کجاست.

انتقال از سرعت چرخش میدان، اندازه‌گیری شده بر حسب رادیان، به فرکانس چرخش، که بر حسب دور بر دقیقه بیان می‌شود، با استفاده از فرمول زیر انجام می‌شود.

که در آن 60 ضریب تبدیل ابعاد است.

با جایگزینی سرعت چرخش میدان به این معادله، آن را به دست می آوریم

بنابراین، سرعت روتور موتورهای سنکرون و ناهمزمان به فرکانس ولتاژ تغذیه بستگی دارد.

روش تنظیم فرکانس مبتنی بر این وابستگی است.

با تغییر فرکانس در ورودی موتور با استفاده از مبدل، سرعت روتور را تنظیم می کنیم.

در رایج ترین فرکانس درایو متغیربر اساس موتورهای آسنکرون قفس سنجابی، کنترل فرکانس اسکالر و برداری استفاده می شود.

با کنترل اسکالر، دامنه و فرکانس ولتاژ اعمال شده به موتور طبق قانون خاصی تغییر می کند. تغییر در فرکانس ولتاژ منبع تغذیه منجر به انحراف از مقادیر محاسبه شده حداکثر و گشتاور راه اندازی موتور، راندمان و ضریب قدرت می شود. بنابراین، برای حفظ مشخصات عملکرد موتور مورد نیاز، لازم است به طور همزمان دامنه ولتاژ را با تغییر فرکانس تغییر دهید.

در مبدل های فرکانس موجود، با کنترل اسکالر، نسبت حداکثر گشتاور موتور به گشتاور مقاومت روی شفت اغلب ثابت نگه داشته می شود. یعنی وقتی فرکانس تغییر می کند، دامنه ولتاژ به گونه ای تغییر می کند که نسبت حداکثر گشتاور موتور به گشتاور بار فعلی بدون تغییر باقی می ماند. این نسبت ظرفیت اضافه بار موتور نامیده می شود.

در ظرفیت اضافه بار ثابت، ضریب توان نامی و راندمان موتور در کل محدوده کنترل سرعت چرخش عملاً تغییر نمی کند.

حداکثر گشتاور تولید شده توسط موتور با رابطه زیر تعیین می شود

جایی که یک ضریب ثابت است

بنابراین، وابستگی ولتاژ تغذیه به فرکانس با ماهیت بار روی شفت موتور الکتریکی تعیین می شود.

برای یک گشتاور بار ثابت، نسبت U/f = const حفظ می‌شود و در واقع، حداکثر گشتاور موتور ثابت می‌ماند. ماهیت وابستگی ولتاژ تغذیه به فرکانس برای مورد با گشتاور بار ثابت در شکل نشان داده شده است. 2. زاویه شیب خط مستقیم روی نمودار به مقادیر لحظه مقاومت و حداکثر گشتاور موتور بستگی دارد.

در همان زمان، در فرکانس های پایین، با شروع از یک مقدار فرکانس مشخص، حداکثر گشتاور موتور شروع به کاهش می کند. برای جبران این امر و افزایش گشتاور راه اندازی، از افزایش سطح ولتاژ تغذیه استفاده می شود.

در مورد بار فن، وابستگی U/f2 = const تحقق می یابد. ماهیت وابستگی ولتاژ تغذیه به فرکانس برای این مورد در شکل 3 نشان داده شده است. هنگامی که در محدوده فرکانس پایین تنظیم می شود، حداکثر گشتاور نیز کاهش می یابد، اما برای این نوع بار این مهم نیست.

با استفاده از وابستگی حداکثر گشتاور به ولتاژ و فرکانس، می توانید نمودار U در مقابل f را برای هر نوع بار رسم کنید.

مزیت مهم روش اسکالر، توانایی کنترل همزمان گروهی از موتورهای الکتریکی است.

کنترل اسکالر برای اکثر کاربردهای عملی درایوهای فرکانس متغیر با محدوده کنترل سرعت موتور تا 1:40 کافی است.

کنترل برداری به شما امکان می دهد تا محدوده کنترل، دقت کنترل و سرعت درایو الکتریکی را به میزان قابل توجهی افزایش دهید. این روش کنترل مستقیم گشتاور موتور را فراهم می کند.

گشتاور توسط جریان استاتور تعیین می شود که یک میدان مغناطیسی هیجان انگیز ایجاد می کند. با کنترل مستقیم گشتاور

علاوه بر دامنه و فاز جریان استاتور، یعنی بردار جریان، باید تغییر کرد. اصطلاح "کنترل برداری" از اینجا می آید.

برای کنترل بردار جریان، و در نتیجه، موقعیت شار مغناطیسی استاتور نسبت به روتور دوار، لازم است که موقعیت دقیق روتور را در هر زمان بدانیم. مشکل یا با استفاده از سنسور موقعیت روتور خارجی یا با تعیین موقعیت روتور با محاسبات با استفاده از پارامترهای دیگر موتور حل می شود. جریان و ولتاژ سیم پیچ های استاتور به عنوان این پارامترها استفاده می شود.

درایو فرکانس متغیر با کنترل برداری بدون سنسور ارزانتر است. بازخوردسرعت، با این حال، کنترل برداری نیاز به حجم زیاد و سرعت بالایی از محاسبات از مبدل فرکانس دارد.

علاوه بر این، برای کنترل مستقیم گشتاور در سرعت‌های چرخش کم و نزدیک به صفر، عملکرد یک درایو الکتریکی کنترل‌شده با فرکانس بدون بازخورد سرعت غیرممکن است.

کنترل برداری با سنسور بازخورد سرعت محدوده کنترلی تا 1:1000 و بالاتر را فراهم می کند، دقت کنترل سرعت صدم درصد، دقت گشتاور چند درصد است.

یک درایو سرعت متغیر سنکرون از روش های کنترلی مشابه درایوهای ناهمزمان استفاده می کند.

با این حال، در شکل خالص خود، کنترل فرکانس سرعت چرخش موتورهای سنکرون تنها در توان های کم، زمانی که گشتاور بار کوچک است و اینرسی مکانیزم محرک کم است، استفاده می شود. در قدرت های بالا، فقط یک درایو با بار فن به طور کامل این شرایط را برآورده می کند. در مواردی که انواع بار دیگر وجود دارد، موتور ممکن است از سنکرونیسم خارج شود.

برای درایوهای الکتریکی سنکرون با قدرت بالا، از این روش استفاده می شود کنترل فرکانسبا خود همگام سازی که از همگام شدن موتور جلوگیری می کند. ویژگی روش این است که مبدل فرکانس مطابق با موقعیت روتور موتور کنترل می شود.

مبدل فرکانس وسیله ای است که برای تبدیل جریان (ولتاژ) متناوب یک فرکانس به جریان متناوب (ولتاژ) فرکانس دیگر طراحی شده است.

فرکانس خروجی در مبدل های مدرن می تواند در محدوده وسیعی متفاوت باشد و هم بالاتر و هم کمتر از فرکانس شبکه تامین باشد.

مدار هر مبدل فرکانس از قسمت های قدرت و کنترل تشکیل شده است. قسمت برق مبدل ها معمولاً از تریستورها یا ترانزیستورهایی ساخته می شود که در حالت سوئیچ الکترونیکی کار می کنند. قسمت کنترل بر روی ریزپردازنده های دیجیتال اجرا می شود و کنترل توان را فراهم می کند
کلیدهای الکترونیکی، و همچنین حل تعداد زیادی از وظایف کمکی (نظارت، تشخیص، حفاظت).

مبدل های فرکانس،

مورد استفاده در تنظیم

درایوهای الکتریکی بسته به ساختار و اصل عملکرد درایو قدرت به دو دسته تقسیم می شوند:

1. مبدل های فرکانس با پیوند DC میانی به وضوح تعریف شده.

2. مبدل های فرکانس با کوپلینگ مستقیم (بدون لینک DC میانی).

هر یک از کلاس های موجود مبدل دارای مزایا و معایب خاص خود است که منطقه کاربرد منطقی هر یک از آنها را تعیین می کند.

از لحاظ تاریخی، مبدل های جفت مستقیم اولین کسانی بودند که ظاهر شدند.

(شکل 4.)، که در آن قسمت قدرت یکسوساز کنترل شده است و از تریستورهای غیرقابل قفل ساخته شده است. سیستم کنترل به طور متناوب گروه های تریستور را باز می کند و سیم پیچ های استاتور موتور را به منبع تغذیه متصل می کند.

بنابراین، ولتاژ خروجی مبدل از بخش های "قطع" سینوسی های ولتاژ ورودی تشکیل می شود. در شکل 5. نمونه ای از تولید ولتاژ خروجی برای یکی از فازهای بار را نشان می دهد. در ورودی مبدل یک ولتاژ سینوسی سه فاز ia, iv, is وجود دارد. ولتاژ خروجی iv1x دارای شکل غیر سینوسی "دندان اره ای" است که می تواند به طور مشروط با یک سینوسی (خط ضخیم) تقریب یابد. شکل نشان می دهد که فرکانس ولتاژ خروجی نمی تواند برابر یا بیشتر از فرکانس شبکه تغذیه باشد. از 0 تا 30 هرتز متغیر است. در نتیجه، محدوده کنترل دور موتور کوچک است (بیش از 1: 10). این محدودیت اجازه استفاده از چنین مبدل هایی را در درایوهای فرکانس متغیر مدرن با طیف وسیعی از کنترل پارامترهای تکنولوژیکی نمی دهد.

استفاده از تریستورهای غیرقابل قفل به نسبتاً نیاز دارد سیستم های پیچیدهکنترل هایی که هزینه مبدل را افزایش می دهد.

سینوسی "برش" در خروجی مبدل منبعی از هارمونیک های بالاتر است که باعث تلفات اضافی در موتور الکتریکی و گرمای بیش از حد می شود. ماشین برقی، کاهش گشتاور، تداخل بسیار قوی در شبکه تامین. استفاده از دستگاه های جبران کننده منجر به افزایش هزینه، وزن، ابعاد و کاهش راندمان می شود. سیستم ها به عنوان یک کل

در کنار معایب ذکر شده مبدل های کوپلینگ مستقیم، آنها دارای مزایای خاصی هستند. این موارد عبارتند از:

تقریباً بیشترین راندمان بالانسبت به مبدل های دیگر (98.5٪ و بالاتر)،

توانایی کار با ولتاژها و جریان های بالا که امکان استفاده از آنها را در درایوهای ولتاژ بالا قوی می دهد.

نسبتا ارزان است، با وجود افزایش هزینه مطلق به دلیل مدارهای کنترل و تجهیزات اضافی.

مدارهای مبدل مشابهی در درایوهای قدیمی استفاده می شود و طرح های جدید عملا توسعه نیافته اند.

به طور گسترده در درایوهای کنترل فرکانس مدرن استفاده می شود مبدل هایی با پیوند DC به وضوح تعریف شده (شکل 6.).

مبدل های این کلاس از تبدیل مضاعف استفاده می کنند انرژی الکتریکی: یک ولتاژ سینوسی ورودی با دامنه و فرکانس ثابت در یک یکسو کننده (V) یکسو می شود، توسط یک فیلتر (F) فیلتر می شود، صاف می شود و سپس دوباره توسط یک اینورتر (I) به یک ولتاژ متناوب با فرکانس و دامنه متغیر تبدیل می شود. تبدیل انرژی مضاعف منجر به کاهش راندمان می شود. و برخی از بدتر شدن شاخص های وزن و اندازه در رابطه با مبدل های با جفت مستقیم.

برای تولید ولتاژ متناوب سینوسی، از اینورترهای ولتاژ مستقل و اینورترهای جریان خودکار استفاده می شود.

تریستورهای قفل شونده GTO و اصلاحات بهبود یافته آنها GCT، IGCT، SGCT و ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق IGBT به عنوان سوئیچ های الکترونیکی در اینورترها استفاده می شوند.

مزیت اصلی مبدل های فرکانس تریستور، مانند مدارهای جفت مستقیم، توانایی کار با جریان ها و ولتاژهای بالا، در عین تحمل بار مداوم و اثرات پالس است.

آنها در مقایسه با مبدل های مبتنی بر ترانزیستور IGBT (95 - 98٪) راندمان بالاتری دارند (تا 98٪).

مبدل‌های فرکانس مبتنی بر تریستور در حال حاضر در درایوهای ولتاژ بالا در محدوده توان از صدها کیلووات تا ده‌ها مگاوات با ولتاژ خروجی 3 تا 10 کیلو ولت و بالاتر موقعیت غالب را اشغال می‌کنند. با این حال، قیمت آنها به ازای هر کیلووات توان خروجی بالاترین در کلاس مبدل های ولتاژ بالا است.

تا همین اواخر، مبدل های فرکانس GTO سهم عمده ای در صنعت درایو فرکانس متغیر ولتاژ پایین داشتند. اما با ظهور ترانزیستورهای IGBT، یک "انتخاب طبیعی" رخ داد و امروزه مبدل های مبتنی بر آنها به طور کلی رهبران شناخته شده در زمینه درایوهای فرکانس متغیر ولتاژ پایین هستند.

تریستور یک دستگاه نیمه کنترل است: برای روشن کردن آن کافی است یک پالس کوتاه به ترمینال کنترل اعمال کنید، اما برای خاموش کردن آن باید یا ولتاژ معکوس به آن اعمال کنید یا جریان سوئیچینگ را به صفر برسانید. برای
این به یک سیستم کنترل پیچیده و دست و پا گیر در مبدل فرکانس تریستور نیاز دارد.

ترانزیستورهای دوقطبی IGBT با قابلیت کنترل کامل، سیستم کنترل ساده و کم انرژی و بالاترین فرکانس کاری از تریستورها متمایز می شوند.

در نتیجه، مبدل های فرکانس IGBT امکان گسترش دامنه کنترل سرعت چرخش موتور و افزایش سرعت درایو را به طور کلی فراهم می کند.

برای یک درایو الکتریکی ناهمزمان با کنترل برداری، مبدل‌های IGBT اجازه کار در آن را می‌دهند سرعت های پایینبدون سنسور بازخورد

استفاده از IGBT با فرکانس سوئیچینگ بالاتر در ترکیب با سیستم کنترل ریزپردازنده در مبدل های فرکانس، سطح هارمونیک بالاتر مشخصه مبدل های تریستوری را کاهش می دهد. در نتیجه تلفات اضافی کمتری در سیم‌پیچ‌ها و مدار مغناطیسی موتور الکتریکی، کاهش گرمایش ماشین الکتریکی، کاهش ضربان‌های گشتاور و حذف به اصطلاح "راه رفتن" روتور در محدوده فرکانس پایین وجود دارد. . تلفات در ترانسفورماتورها و بانک های خازن کاهش می یابد، عمر مفید و عایق سیم آنها افزایش می یابد، تعداد آلارم های کاذب دستگاه های حفاظتی و خطاهای دستگاه های اندازه گیری القایی کاهش می یابد.

مبدل های مبتنی بر ترانزیستورهای IGBT، در مقایسه با مبدل های تریستور با توان خروجی یکسان، با ابعاد کوچکتر، وزن، افزایش قابلیت اطمینان به دلیل طراحی ماژولار سوئیچ های الکترونیکی، حذف حرارت بهتر از سطح ماژول و تعداد ساختاری کمتر متمایز می شوند. عناصر

آنها محافظت کامل تری را در برابر نوسانات جریان و اضافه ولتاژ فراهم می کنند که به طور قابل توجهی احتمال خرابی و آسیب به درایو الکتریکی را کاهش می دهد.

در حال حاضر مبدل های ولتاژ پایین IGBT به دلیل پیچیدگی نسبی تولید ماژول های ترانزیستور، قیمت بالاتری در هر واحد توان خروجی دارند. با این حال، از نظر نسبت قیمت به کیفیت، بر اساس مزایای ذکر شده، آنها به وضوح از مبدل های تریستور بهتر عمل می کنند، علاوه بر این، در سال های اخیر کاهش مداوم قیمت ها برای ماژول های IGBT وجود داشته است.

مانع اصلی استفاده از آنها در درایوهای ولتاژ بالا با تبدیل فرکانس مستقیم و در توان های بالاتر از 1 تا 2 مگاوات محدودیت های تکنولوژیکی در حال حاضر است. افزایش ولتاژ سوئیچینگ و جریان عملیاتی منجر به افزایش اندازه ماژول ترانزیستور می شود و همچنین نیاز به حذف گرمای کارآمدتر از کریستال سیلیکون دارد.

فناوری‌های جدید ترانزیستور دوقطبی با هدف غلبه بر این محدودیت‌ها هستند و چشم‌انداز کاربردهای IGBT در درایوهای ولتاژ بالا نیز بسیار بالاست. در حال حاضر ترانزیستورهای IGBT در مبدل های ولتاژ بالا به صورت چند سری متصل استفاده می شوند

ساختار و اصل عملکرد مبدل فرکانس ولتاژ پایین بر اساس ترانزیستورهای GBT

مدار معمولی مبدل فرکانس ولتاژ پایین در شکل نشان داده شده است. 7. قسمت پایین شکل نمودارهای ولتاژ و جریان خروجی هر عنصر مبدل را نشان می دهد.

ولتاژ متناوب شبکه تغذیه (IV) با دامنه و فرکانس ثابت (UEx = const، f^ = const) به یکسوساز کنترل شده یا کنترل نشده (1) عرضه می شود.

برای صاف کردن موج های ولتاژ یکسو شده (و یکسو شده)، از فیلتر (2) استفاده می شود. یکسو کننده و فیلتر خازنی (2) پیوند DC را تشکیل می دهند.

از خروجی فیلتر، یک ولتاژ ثابت ud به ورودی یک اینورتر پالس مستقل (3) عرضه می شود.

اینورتر مستقل مبدل های ولتاژ پایین مدرن، همانطور که اشاره شد، مبتنی بر ترانزیستورهای دوقطبی قدرت با یک گیت عایق IGBT است. شکل مورد بحث یک مدار مبدل فرکانس را با یک اینورتر ولتاژ مستقل به عنوان پرکاربردترین مدار نشان می دهد.

ZVE MO PS xr<)A\U IQTOTOKAj

اینورتر ولتاژ مستقیم ud را به ولتاژ پالس سه فاز (یا تک فاز) و دامنه و فرکانس متغیر تبدیل می کند. بر اساس سیگنال های سیستم کنترل، هر سیم پیچ موتور الکتریکی از طریق ترانزیستورهای قدرت اینورتر مربوطه به قطب های مثبت و منفی پیوند DC متصل می شود.

مدت زمان اتصال هر سیم پیچ در دوره تکرار پالس طبق یک قانون سینوسی مدوله می شود. بیشترین عرض پالس در وسط نیم چرخه ارائه می شود و به سمت ابتدا و انتهای نیم چرخه کاهش می یابد. بنابراین، سیستم کنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM) ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ موتور را فراهم می کند. دامنه و فرکانس ولتاژ توسط پارامترهای تابع سینوسی تعدیل کننده تعیین می شود.

در فرکانس‌های حامل PWM بالا (2 ... 15 کیلوهرتز)، سیم‌پیچ‌های موتور به دلیل اندوکتانس بالا به عنوان فیلتر عمل می‌کنند. بنابراین جریان های تقریباً سینوسی در آنها جریان دارد.

در مدارهای مبدل با یکسو کننده کنترل شده (1)، با تنظیم مقدار ولتاژ ثابت ud می توان به تغییر در دامنه ولتاژ uH دست یافت و با تنظیم حالت عملکرد اینورتر، تغییر در فرکانس حاصل می شود.

در صورت لزوم، یک فیلتر (4) در خروجی اینورتر مستقل نصب می شود تا امواج جریان را صاف کند. (در مدارهای مبدل IGBT به دلیل پایین بودن هارمونیک های بالاتر در ولتاژ خروجی عملا نیازی به فیلتر نیست.)

بنابراین، در خروجی مبدل فرکانس، یک ولتاژ متناوب سه فاز (یا تک فاز) با فرکانس و دامنه متغیر (iout = var، ^out = var) تشکیل می شود.

در سال‌های اخیر، بسیاری از شرکت‌ها با توجه به نیاز بازار، توجه زیادی به توسعه و ایجاد مبدل‌های فرکانس ولتاژ بالا داشته‌اند. ولتاژ خروجی مورد نیاز مبدل فرکانس برای درایو برق فشار قوی به 10 کیلو ولت و بالاتر با توان تا چند ده مگاوات می رسد.

برای چنین ولتاژها و توانهایی، تبدیل فرکانس مستقیم از کلیدهای الکترونیکی قدرت تریستور بسیار گران قیمت با مدارهای کنترل پیچیده استفاده می کند. مبدل یا از طریق یک راکتور محدود کننده جریان ورودی یا از طریق یک ترانسفورماتور منطبق به شبکه متصل می شود.

حداکثر ولتاژ و جریان یک کلید الکترونیکی محدود است، بنابراین از راه حل های مدار ویژه برای افزایش ولتاژ خروجی مبدل استفاده می شود. علاوه بر این، این امکان کاهش هزینه کلی مبدل های فرکانس ولتاژ بالا را از طریق استفاده از کلیدهای الکترونیکی ولتاژ پایین فراهم می کند.

راه حل های مدار زیر در مبدل های فرکانس از تولید کنندگان مختلف استفاده می شود.

در مدار مبدل (شکل 8.)، تبدیل ولتاژ دوگانه با استفاده از ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا گام به گام (T1) و افزایش (T2) انجام می شود.

تبدیل مضاعف به شما امکان می دهد از شکل 9 برای تنظیم فرکانس نسبتاً ارزان استفاده کنید

مبدل فرکانس ولتاژ پایین که ساختار آن در شکل نشان داده شده است. 7.

مبدل ها با هزینه نسبی کم و سهولت اجرای عملی متمایز می شوند. در نتیجه، آنها اغلب برای کنترل موتورهای الکتریکی با ولتاژ بالا در محدوده توان 1 تا 1.5 مگاوات استفاده می شوند. با قدرت بیشتر درایو الکتریکی، ترانسفورماتور T2 اعوجاج های قابل توجهی را در فرآیند کنترل موتور الکتریکی ایجاد می کند. معایب اصلی مبدل های دو ترانسفورماتور ویژگی های وزن و اندازه بالا، راندمان پایین تر در مقایسه با سایر طرح ها (93 - 96٪) و قابلیت اطمینان است.

مبدل های ساخته شده بر اساس این طرح دارای محدوده محدودی از کنترل دور موتور هم بالاتر و هم زیر فرکانس نامی هستند.

با کاهش فرکانس در خروجی مبدل، اشباع هسته افزایش می یابد و حالت کار طراحی ترانسفورماتور خروجی T2 مختل می شود. بنابراین، همانطور که تمرین نشان می دهد، محدوده تنظیم به Pnom>P>0.5Pnom محدود می شود. برای گسترش دامنه کنترل، ترانسفورماتورهایی با سطح مقطع هسته مغناطیسی افزایش یافته استفاده می شود، اما این باعث افزایش هزینه، وزن و ابعاد می شود.

با افزایش فرکانس خروجی، تلفات در هسته ترانسفورماتور T2 به دلیل برگشت مغناطیسی و جریان های گردابی افزایش می یابد.

در درایوهای با توان بیش از 1 مگاوات و ولتاژ ولتاژ پایین 0.4 - 0.6 کیلو ولت، سطح مقطع کابل بین مبدل فرکانس و سیم پیچ فشار ضعیف ترانسفورماتورها باید برای جریان های تا کیلو آمپر طراحی شود که وزن مبدل را افزایش می دهد.

برای افزایش ولتاژ کاری مبدل فرکانس، سوئیچ های الکترونیکی به صورت سری متصل می شوند (شکل 9. را ببینید).

تعداد عناصر در هر بازو با توجه به ولتاژ کار و نوع عنصر تعیین می شود.

مشکل اصلی این طرح هماهنگی دقیق عملکرد کلیدهای الکترونیکی است.

عناصر نیمه هادی که حتی در یک دسته تولید می شوند، پارامترهای پراکنده ای دارند، بنابراین وظیفه هماهنگی عملکرد آنها در طول زمان بسیار حاد است. اگر یکی از المنت ها دیر باز شود یا قبل از بقیه بسته شود، ولتاژ بازوی کامل به آن اعمال می شود و از کار می افتد.

برای کاهش سطح هارمونیک های بالاتر و بهبود سازگاری الکترومغناطیسی از مدارهای مبدل چند پالس استفاده می شود. هماهنگی مبدل با شبکه تامین با استفاده از ترانسفورماتورهای تطبیق چند سیم پیچ T ​​انجام می شود.

در شکل 9. یک مدار 6 پالسی با یک ترانسفورماتور تطبیق دو سیم پیچ را نشان می دهد. در عمل، 12، 18، 24 طرح پالس وجود دارد

مبدل ها تعداد سیم پیچ های ثانویه ترانسفورماتورها در این مدارها به ترتیب 2، 3، 4 می باشد.

این مدار بیشتر برای مبدل های ولتاژ بالا و توان بالا رایج است. مبدل ها دارای برخی از بهترین شاخص های وزن و اندازه خاص هستند، محدوده ای از فرکانس خروجی از 0 تا 250-300 هرتز تغییر می کند. راندمان مبدلبه 97.5 درصد می رسد.

3. مدار مبدل با ترانسفورماتور چند سیم پیچ

مدار قدرت مبدل (شکل 10.) از یک ترانسفورماتور چند سیم پیچ و سلول های اینورتر الکترونیکی تشکیل شده است. تعداد سیم پیچ های ثانویه ترانسفورماتورها در مدارهای شناخته شده به 18 می رسد. سیم پیچ های ثانویه به طور الکتریکی نسبت به یکدیگر جابجا می شوند.

این امکان استفاده از سلول های اینورتر ولتاژ پایین را فراهم می کند. سلول طبق طرح زیر ساخته شده است: یکسو کننده سه فاز کنترل نشده، یک فیلتر خازنی، یک اینورتر تک فاز با استفاده از ترانزیستورهای IGBT.

خروجی های سلول به صورت سری به هم متصل می شوند. در مثال نشان داده شده، هر فاز قدرت موتور شامل سه سلول است.

مبدل‌ها از نظر ویژگی‌هایشان به مداری با اتصال متوالی کلیدهای الکترونیکی نزدیک‌تر هستند.

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 کنترل الکترونیکی که سیگنال ها را به یکسو کننده، مدار میانی و اینورتر می فرستد 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 مختلفمبدل فرکانس ساختمان/کنترل

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 به طور مستقیم از شبکه 50 هرتز استفاده می شود، در حالی که حداکثر فرکانس خروجی آنها حدود 30 هرتز است. 

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 ولتاژ معکوس با بزرگی U L3-1 و U L3-2 قرار می گیرند.

ولتاژ خروجی یکسو کننده کنترل نشده برابر با اختلاف ولتاژ این دو گروه دیود است. 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 ارتباط دارد. 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. مدار 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

در مدارهای میانی با ولتاژ DC متغیر، همانطور که در شکل نشان داده شده است، می توانید یک بریکر 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. در صورت وجود اختلاف، 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 نیز انجام دهد که عبارتند از:

جداسازی یکسو کننده از اینورتر

کاهش هارمونیک

ذخیره انرژی برای محدود کردن نوسانات بار متناوب.

اینورتر

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 کنترل فراهم می کند. این به شما امکان می دهد تا مغناطش بهینه موتور را حفظ کنید.

از مدار میانی اینورتر 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 تامین 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 مستطیل شکل باشد، 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 آن دستگاه های نیمه هادی جداگانه باز می شوند 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 پایین سوئیچینگ 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، هدایت و فرکانس سوئیچینگ مناسب هستند که کنترل مبدل های فرکانس مدرن را بسیار آسان 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 پایه یک اینورتر سه فاز PWM می تواند دو حالت مختلف (روشن و خاموش) داشته باشد.

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 (شکل 21c را ببینید). برای یک موتور الکتریکی این به معنای اثر نزدیک به اتصال کوتاهپایانه ها؛ 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 برد 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 طور خاص، 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 (مثلا 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 PWM "عادی" یا همزمان 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 می توان با افزایش فرکانس سوئیچینگ بیشتر 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 چاپر 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 لحظه ای ولتاژ 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 را برای ترکیب پالس اینورتر 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. در یک موتور الکتریکی ناهمزمان، موقعیت شار مغناطیسی (F) 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 عملکردی با درایوهای DC قابل مقایسه است. 

تنظیم ویژگی های V/f و بردار شار مغناطیسی

در سال های اخیر سیستم های کنترل سرعت توسعه یافته اند موتورهای سه فاز AC بر اساس دو 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) هر دو مورد نیاز هستند.

موتور سه فاز ناهمزمان که در پایان قرن نوزدهم ایجاد شد، به یکی از اجزای ضروری تولید صنعتی مدرن تبدیل شده است.

برای شروع و توقف هموار چنین تجهیزاتی، یک دستگاه ویژه - مبدل فرکانس مورد نیاز است. وجود مبدل برای موتورهای بزرگ با قدرت بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با استفاده از این دستگاه اضافی، می توانید جریان های راه اندازی را تنظیم کنید، یعنی مقدار آنها را کنترل و محدود کنید.

اگر جریان راه اندازی را منحصراً تنظیم کنید به صورت مکانیکی، جلوگیری از اتلاف انرژی و کاهش عمر مفید تجهیزات امکان پذیر نخواهد بود. این جریان پنج تا هفت برابر بیشتر از ولتاژ نامی است که برای عملکرد عادی تجهیزات غیر قابل قبول است.

اصل کار یک مبدل فرکانس مدرن شامل استفاده از کنترل الکترونیکی است. آنها نه تنها یک شروع نرم را ارائه می دهند، بلکه عملکرد درایو را نیز به آرامی تنظیم می کنند و به رابطه بین ولتاژ و فرکانس کاملاً طبق یک فرمول خاص پایبند هستند.

مزیت اصلی دستگاه صرفه جویی در مصرف انرژی به طور متوسط ​​50 درصد است. و همچنین امکان تعدیل با در نظر گرفتن نیازهای تولیدی خاص.

این دستگاه بر اساس اصل تبدیل ولتاژ دوگانه کار می کند.

1. توسط یک سیستم خازن اصلاح و فیلتر می شود.
2. سپس کنترل الکترونیکی وارد عمل می شود - جریانی در فرکانس مشخص (برنامه ریزی شده) تولید می شود.

خروجی پالس های مستطیلی را تولید می کند که تحت تأثیر سیم پیچ استاتور موتور (القایی آن) به یک سینوسی نزدیک می شود.

هنگام انتخاب به چه چیزی توجه کنیم؟

تمرکز تولید کنندگان بر روی هزینه مبدل است. بنابراین، بسیاری از گزینه ها فقط در مدل های گران قیمت در دسترس هستند. هنگام انتخاب یک دستگاه، باید الزامات اساسی برای استفاده خاص را تعیین کنید.

• کنترل می تواند برداری یا اسکالر باشد. اولی امکان تنظیم دقیق را فراهم می کند. دومی فقط از یک رابطه مشخص بین فرکانس و ولتاژ خروجی پشتیبانی می کند و فقط برای دستگاه های ساده مانند فن مناسب است.
• هرچه قدرت مشخص شده بیشتر باشد، دستگاه جهانی تر خواهد بود - قابلیت تعویض تضمین می شود و تعمیر و نگهداری تجهیزات ساده می شود.
• محدوده ولتاژ شبکه باید تا حد امکان گسترده باشد، که از تغییرات در هنجارهای آن محافظت می کند. تنزل رتبه به اندازه ارتقا برای دستگاه خطرناک نیست. با دومی، خازن های شبکه ممکن است منفجر شوند.
• فرکانس باید به طور کامل نیازهای تولید را برآورده کند. حد پایین تر محدوده کنترل سرعت درایو را نشان می دهد. اگر گسترده تر مورد نیاز باشد، کنترل برداری مورد نیاز خواهد بود. در عمل، از فرکانس های 10 تا 60 هرتز استفاده می شود، کمتر تا 100 هرتز.
• کنترل از طریق ورودی ها و خروجی های مختلف انجام می شود. هر چه بیشتر باشد، بهتر است. اما تعداد بیشتر کانکتورها به طور قابل توجهی هزینه دستگاه را افزایش می دهد و راه اندازی آن را پیچیده می کند.

ورودی‌های گسسته (خروجی‌ها) برای وارد کردن فرمان‌های کنترلی و پیام‌های رویداد خروجی (به عنوان مثال گرمای بیش از حد)، دیجیتال - سیگنال‌های دیجیتال ورودی (فرکانس بالا)، آنالوگ - برای سیگنال‌های بازخورد ورودی استفاده می‌شوند.

• باس کنترل تجهیزات متصل باید از نظر تعداد ورودی و خروجی با قابلیت های مدار مبدل فرکانس مطابقت داشته باشد. بهتر است ذخیره کمی برای نوسازی داشته باشید.
• قابلیت اضافه بار. انتخاب بهینه دستگاهی با قدرت 15 درصد بیشتر از قدرت موتور مورد استفاده است. در هر صورت باید مدارک را مطالعه کنید. تولید کنندگان تمام پارامترهای اصلی موتور را نشان می دهند. اگر بارهای اوج مهم هستند، درایوی با درجه جریان اوج 10 درصد بالاتر از تعیین شده انتخاب کنید.

مونتاژ مبدل فرکانس DIY برای یک موتور ناهمزمان

شما می توانید اینورتر یا مبدل را خودتان مونتاژ کنید. در حال حاضر دستورالعمل ها و نمودارهای زیادی برای چنین مجموعه ای در اینترنت وجود دارد.

وظیفه اصلی به دست آوردن یک مدل "مردمی" است. ارزان، قابل اعتماد و طراحی شده برای استفاده خانگی. برای کار با تجهیزات در مقیاس صنعتی، البته بهتر است به دستگاه هایی که در فروشگاه ها فروخته می شوند اولویت داده شود.
مراحل مونتاژ مدار مبدل فرکانس برای موتور الکتریکی

برای کار با سیم کشی منزل با ولتاژ 220 ولت و تک فاز. قدرت تقریبی موتور تا 1 کیلو وات.

فقط یک یادداشت سیم های بلند باید مجهز به حلقه های سرکوب کننده صدا باشند.

تنظیم چرخش روتور موتور در محدوده فرکانس 1:40 است. برای فرکانس های پایین، یک ولتاژ ثابت (جبران IR) مورد نیاز است.

اتصال مبدل فرکانس به موتور الکتریکی

برای سیم کشی تک فاز در 220 ولت (استفاده در خانه)، اتصال طبق نمودار "مثلث" انجام می شود. جریان خروجی نباید از 50 درصد جریان نامی تجاوز کند!

برای سیم کشی سه فاز در 380 ولت (استفاده صنعتی)، موتور را به آن وصل کنید مبدل فرکانسطبق طرح "ستاره" انجام شد.

مبدل (یا) دارای پایانه های مربوطه است که با حروف مشخص شده اند.

• R، S، T - سیم های شبکه در اینجا متصل هستند، ترتیب مهم نیست.
• U، V، W - برای روشن کردن یک موتور ناهمزمان (اگر موتور به داخل بچرخد سمت معکوس، باید هر یک از دو سیم را در این پایانه ها تعویض کنید).
• یک ترمینال زمین جداگانه ارائه شده است.

برای افزایش طول عمر مبدل باید قوانین زیر را رعایت کرد:

1. به طور منظم داخل دستگاه را از گرد و غبار تمیز کنید (بهتر است آن را با یک کمپرسور کوچک منفجر کنید، زیرا جاروبرقی همیشه نمی تواند با کثیفی مقابله کند - گرد و غبار فشرده می شود).
2. قطعات را به موقع تعویض کنید. خازن های الکترولیتی برای پنج سال طراحی شده اند، فیوزها برای ده سال کارکرد. و فن های خنک کننده دو تا سه سال استفاده می کنند. کابل های داخلی باید هر شش سال یکبار تعویض شوند.
3. مانیتور دمای داخلی و ولتاژ باس DC.

افزایش دما منجر به خشک شدن خمیر رسانای حرارتی و از بین رفتن خازن ها می شود. در قطعات پاور درایو باید حداقل هر سه سال یک بار تعویض شود.

4. به شرایط عملیاتی پایبند باشید. دما محیط زیستنباید بیش از 40 درجه باشد. قابل قبول نیست رطوبت بالاو گرد و غبار هوا

کنترل یک موتور ناهمزمان (به عنوان مثال) کاملاً کار است فرآیند پیچیده. مبدل های خانگی ارزان تر از آنالوگ های صنعتی هستند و برای استفاده در مصارف خانگی کاملاً مناسب هستند. اما برای مصارف صنعتی، نصب اینورترهای مونتاژ شده در کارخانه ترجیح داده می شود. فقط تکنسین های آموزش دیده می توانند چنین مدل های گران قیمتی را سرویس کنند.

توضیحات:

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.

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 درایوهای فرکانس متغیر به دلیل هزینه بالای مبدل های فرکانس با مشکل مواجه 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.

شناخته شده است که کنترل سرعت محرک هامی توان با استفاده از دستگاه های مختلف انجام داد: متغیرهای مکانیکی، کوپلینگ های هیدرولیک، مقاومت هایی که علاوه بر این در استاتور یا روتور قرار می گیرند، مبدل های فرکانس الکترومکانیکی، مبدل های فرکانس استاتیک.

استفاده از چهار دستگاه اول فراهم نمی کند کیفیت بالاکنترل سرعت، غیراقتصادی، نصب و راه اندازی گران است.
مبدل های فرکانس استاتیک پیشرفته ترین دستگاه های کنترل درایو ناهمزمان در حال حاضر هستند.

اصل روش فرکانس کنترل سرعت یک موتور ناهمزمان این است که با تغییر فرکانس f1ولتاژ منبع تغذیه، مطابق با بیان ممکن است

بدون تغییر تعداد جفت قطب p، سرعت زاویه ای میدان مغناطیسی استاتور را تغییر دهید.

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 بالا یک موتور ناهمزمان - عوامل قدرت، اقدام مفید، ظرفیت اضافه بار - لازم است ولتاژ تامین شده را همزمان با فرکانس تغییر دهید.

قانون تغییر ولتاژ به ماهیت گشتاور بار بستگی دارد ام‌اس. در گشتاور بار ثابت Mc=constولتاژ 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 یکنواخت بدون پله سرعت شفت یک موتور الکتریکی ناهمزمان، مبدل فرکانس باید تنظیم همزمان فرکانس و ولتاژ را در استاتور موتور ناهمزمان ارائه دهد.

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 دستیابی به کیفیت های جدید 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.

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.

وعده تنظیم فرکانس به وضوح از شکل 1 قابل مشاهده است

بنابراین، هنگام دریچه گاز، جریان ماده ای که توسط یک دروازه یا دریچه مهار می شود کار مفید. 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.

لینک 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، سلف Lв و خازن فیلتر Cв (شکل 2). تنظیم فرکانس خروجی فوات

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 جریان می‌یابند، به دلیل خواص فیلتر کردن آن‌ها.

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.

ساختار مبدل فرکانس

مدرن ترین مبدل های فرکانسبا استفاده از یک طرح تبدیل دوگانه ساخته شده است. ولتاژ سینوسی ورودی با دامنه و فرکانس ثابت در پیوند DC B تصحیح می شود و توسط یک فیلتر متشکل از یک چوک صاف می شود. Lvو خازن Cv را فیلتر کنید و سپس دوباره توسط اینورتر تبدیل شود AINبه ولتاژ متناوب فرکانس و دامنه متغیر. تنظیم فرکانس خروجی مبارزه کردن. 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 اتصال هر سیم پیچ در دوره تکرار پالس طبق یک قانون سینوسی مدوله می شود. بیشترین عرض پالس در وسط نیم چرخه ارائه می شود و به سمت ابتدا و انتهای نیم چرخه کاهش می یابد. بنابراین، سیستم کنترل سیستم کنترل، مدولاسیون عرض پالس (PWM) ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ های موتور را فراهم می کند. دامنه و فرکانس ولتاژ توسط پارامترهای تابع سینوسی تعدیل کننده تعیین می شود. بنابراین، یک ولتاژ متناوب سه فاز با فرکانس و دامنه متغیر در خروجی مبدل فرکانس تشکیل می شود.

ما همیشه از دیدن شرکای قدیمی خود خوشحالیم و مشتاقانه منتظر شرکای جدید هستیم.

ارسال به تمام مناطق روسیه!