Il fornitore dell'unità di frenatura del convertitore di frequenza ricorda che sia i convertitori di frequenza di tipo corrente che quelli di tipo tensione appartengono ai convertitori di frequenza AC-DC-AC, costituiti da un raddrizzatore e da un inverter.
Poiché i carichi sono generalmente induttivi, è necessario che vi sia un trasferimento di potenza reattiva tra le loro sorgenti di alimentazione. Pertanto, nel collegamento CC intermedio, sono necessari componenti che tamponino la potenza reattiva.
Se per tamponare la potenza reattiva viene utilizzato un condensatore di grandi dimensioni, si tratta di un convertitore di frequenza di tipo sorgente di tensione; se per tamponare la potenza reattiva viene utilizzato un reattore di grandi dimensioni, si tratta di un convertitore di frequenza di tipo sorgente di corrente.
La differenza tra convertitori di frequenza di tensione e convertitori di frequenza di corrente risiede solo nella forma del filtro intermedio del collegamento CC. Tuttavia, ciò comporta differenze di prestazioni significative tra i due tipi di convertitori di frequenza, come mostrato nel seguente elenco comparativo:
1. Componenti di accumulo di energia: convertitore di frequenza di tipo tensione - condensatore; Tipo di corrente - reattore.
2. Caratteristiche della forma d'onda di uscita: la forma d'onda della tensione è un'onda rettangolare, la forma d'onda della corrente è approssimativamente un'onda sinusoidale; il convertitore di frequenza di tipo corrente ha una forma d'onda rettangolare per la corrente e una forma d'onda sinusoidale approssimativa per la tensione
3. Le caratteristiche della composizione del circuito includono un alimentatore CC a diodo di feedback in parallelo con un condensatore di grande capacità (sorgente di tensione a bassa impedenza) come tipo di tensione; l'alimentatore CC a diodo senza feedback di tipo corrente in serie con una grande induttanza (sorgente di corrente ad alta impedenza) semplifica il funzionamento del motore in quattro quadranti.
4. In termini di caratteristiche, il tipo di tensione genera sovracorrente quando il carico è in cortocircuito e anche i motori a circuito aperto possono funzionare stabilmente; il tipo di corrente può sopprimere la sovracorrente quando il carico è in cortocircuito e il controllo di feedback è necessario per il funzionamento instabile del motore.
Gli inverter a sorgente di corrente utilizzano tiristori a commutazione naturale come interruttori di potenza, che presentano una costosa induttanza lato CC e sono utilizzati nella regolazione della velocità a doppia alimentazione. Richiedono circuiti di commutazione a velocità sovrasincrone e hanno prestazioni scadenti a basse frequenze di scorrimento.
Caratteristiche strutturali del convertitore di frequenza
Il collegamento in corrente continua del convertitore di frequenza di tipo corrente deve il suo nome all'utilizzo di componenti induttivi, che offrono il vantaggio di poter operare su quattro quadranti e di poter facilmente realizzare la funzione di frenatura del motore. Lo svantaggio è che richiede la commutazione forzata del ponte inverter e la struttura del dispositivo è complessa, rendendo difficile la regolazione. Inoltre, a causa dell'utilizzo di un raddrizzatore a tiristori con sfasamento sul lato rete, le armoniche di corrente in ingresso sono relativamente elevate, il che avrà un certo impatto sulla rete elettrica in caso di elevata capacità.
2. Il convertitore di frequenza di tipo tensione prende il nome dall'utilizzo di componenti capacitivi nel collegamento CC del convertitore di frequenza. La sua caratteristica è che non può funzionare in quattro quadranti. Quando il motore di carico deve frenare, è necessario installare un circuito di frenatura separato. Quando la potenza è elevata, è necessario aggiungere un filtro sinusoidale all'uscita.
3. Il convertitore di frequenza ad alta corrente utilizza componenti GTO, SCR o IGCT in serie per ottenere una conversione di frequenza diretta ad alta tensione, con una tensione di corrente fino a 10 kV. Grazie all'utilizzo di componenti induttivi nel collegamento CC, non è sufficientemente sensibile alla corrente, il che lo rende meno soggetto a guasti da sovracorrente. L'inverter è inoltre affidabile nel funzionamento e offre buone prestazioni di protezione. Il lato di ingresso adotta una rettifica a tiristori a controllo di fase e le armoniche della corrente di ingresso sono relativamente elevate. Quando la capacità del convertitore di frequenza è elevata, è necessario considerare l'inquinamento della rete elettrica e le interferenze con le apparecchiature elettroniche di comunicazione. Il circuito di equalizzazione e buffering della tensione è tecnicamente complesso e costoso. A causa dell'elevato numero di componenti e del volume del dispositivo, la regolazione e la manutenzione sono relativamente difficili. Il ponte inverter adotta la commutazione forzata e genera una grande quantità di calore, il che richiede la risoluzione del problema di dissipazione del calore dei componenti. Il suo vantaggio risiede nella capacità di funzionare in quattro quadranti e di frenare. È opportuno notare che questo tipo di convertitore di frequenza richiede l'installazione di condensatori autorigeneranti ad alta tensione sui lati di ingresso e di uscita a causa del suo basso fattore di potenza in ingresso e delle elevate armoniche in ingresso e in uscita.
4. La struttura circuitale dell'inverter ad alta tensione adotta la tecnologia IGBT in serie diretta, nota anche come inverter ad alta tensione in serie diretta. Utilizza condensatori ad alta tensione per il filtraggio e l'accumulo di energia nel collegamento CC, con una tensione di uscita fino a 6 kV. Il suo vantaggio è che può utilizzare dispositivi di potenza resistenti a tensioni inferiori e tutti gli IGBT sul braccio del ponte in serie svolgono la stessa funzione, consentendo un backup reciproco o una progettazione ridondante. Lo svantaggio è che il numero di livelli è relativamente basso, solo due livelli, e anche la tensione di uscita dV/dt è elevata, il che richiede l'uso di motori speciali o filtri sinusoidali ad alta tensione, il che ne aumenterà significativamente i costi. Non dispone di una funzione di funzionamento a quattro quadranti e durante la frenatura è necessario installare un'unità di frenatura separata. Questo tipo di convertitore di frequenza deve anche risolvere il problema dell'equalizzazione della tensione del dispositivo, che generalmente richiede una progettazione specifica dei circuiti di pilotaggio e dei circuiti buffer. Esistono anche requisiti estremamente rigorosi per il ritardo dei circuiti di pilotaggio IGBT. Se i tempi di accensione e spegnimento dell'IGBT non sono coerenti o le pendenze dei fronti di salita e discesa sono troppo diverse, i dispositivi di potenza subiranno danni.
Esistono molti tipi di inverter ad alta tensione e anche i loro metodi di classificazione sono diversi. A seconda della presenza o meno di una componente CC nel collegamento intermedio, si possono suddividere in convertitori di frequenza CA/CA e convertitori di frequenza CA-CC-CA; in base alle proprietà della componente CC, si possono suddividere in convertitori di frequenza di tipo corrente e di tipo tensione.
Convertitore di frequenza di tipo corrente
Il suo nome deriva dall'utilizzo di componenti induttivi nel collegamento CC del convertitore di frequenza. Presenta il vantaggio di poter operare a quattro quadranti e di poter facilmente realizzare la funzione di frenatura del motore. Lo svantaggio è che richiede la commutazione forzata del ponte inverter e la struttura del dispositivo è complessa, rendendo difficile la regolazione. Inoltre, a causa dell'utilizzo di un raddrizzatore a tiristori con sfasamento lato rete, le armoniche di corrente in ingresso sono relativamente elevate, il che avrà un certo impatto sulla rete elettrica in caso di elevata capacità.
Convertitore di frequenza di tipo tensione
Il suo nome deriva dall'utilizzo di componenti capacitivi nel circuito intermedio del convertitore di frequenza. La sua caratteristica è che non può funzionare in quattro quadranti. Quando il motore sotto carico deve essere frenato, è necessario installare un circuito di frenatura separato. Quando la potenza è elevata, è necessario aggiungere un filtro sinusoidale all'uscita.
1. Qual è la differenza tra tipo di tensione e tipo di corrente?
Il circuito principale di un convertitore di frequenza può essere approssimativamente suddiviso in due categorie: il tipo di tensione è un convertitore di frequenza che converte la corrente continua della sorgente di tensione in corrente alternata e il filtro del circuito di corrente continua è un condensatore; il tipo di corrente è un convertitore di frequenza che converte la corrente continua di una sorgente di corrente in corrente alternata e il filtro del circuito di corrente continua è un induttore.
2. Perché la tensione e la corrente di un convertitore di frequenza cambiano proporzionalmente?
La coppia di un motore asincrono è generata dall'interazione tra il flusso magnetico del motore e la corrente che scorre attraverso il rotore. Alla frequenza nominale, se la tensione è costante e solo la frequenza viene ridotta, il flusso magnetico sarà troppo elevato, il circuito magnetico andrà in saturazione e, nei casi più gravi, il motore si brucerà. Pertanto, la frequenza e la tensione devono essere modificate proporzionalmente, ovvero, modificando la frequenza, la tensione di uscita del convertitore di frequenza deve essere controllata per mantenere un determinato flusso magnetico del motore ed evitare il verificarsi di magnetismo debole e fenomeni di saturazione magnetica. Questo metodo di controllo è comunemente utilizzato per i convertitori di frequenza a risparmio energetico in ventilatori e pompe.