Поставщик блока торможения преобразователя частоты напоминает, что преобразователи частоты как токового, так и напряжения относятся к преобразователям частоты переменного тока в постоянный и переменного тока, состоящим из выпрямителя и инвертора.
Поскольку нагрузки, как правило, индуктивны, между их источниками питания должна быть обеспечена передача реактивной мощности. Поэтому в промежуточном звене постоянного тока необходимы компоненты для буферизации реактивной мощности.
Если для буферизации реактивной мощности используется большой конденсатор, то он представляет собой преобразователь частоты типа источника напряжения; если для буферизации реактивной мощности используется большой реактор, то он представляет собой преобразователь частоты типа источника тока.
Разница между преобразователями частоты напряжения и тока заключается только в форме промежуточного фильтра постоянного тока. Однако это приводит к существенной разнице в производительности между двумя типами преобразователей частоты, как показано в следующем сравнительном списке:
1. Компоненты накопителя энергии: преобразователь частоты по типу напряжения - конденсатор; преобразователь тока - реактор.
2. Характеристики формы выходного сигнала: форма напряжения представляет собой прямоугольную волну, форма тока – приблизительно синусоидальную; преобразователь частоты токового типа имеет прямоугольную форму для тока и приблизительно синусоидальную форму для напряжения.
3. Характеристики состава схемы включают в себя источник питания постоянного тока с диодом обратной связи параллельно с конденсатором большой емкости (источник напряжения с низким импедансом) в качестве типа напряжения; источник питания постоянного тока без диода обратной связи последовательно с большой индуктивностью (источник тока с высоким импедансом) позволяет двигателю легко работать в четырех квадрантах.
4. С точки зрения характеристик, тип напряжения генерирует сверхток при коротком замыкании нагрузки, и двигатели с разомкнутым контуром также могут работать стабильно; тип тока может подавлять сверхток при коротком замыкании нагрузки, а для нестабильной работы двигателя требуется управление с обратной связью.
В инверторах тока в качестве силовых ключей используются естественно коммутируемые тиристоры, которые обладают высокой индуктивностью постоянного тока и применяются в системах регулирования скорости с двойным питанием. Они требуют коммутационных цепей на сверхсинхронных скоростях и плохо работают на низких частотах скольжения.
Конструктивные характеристики преобразователя частоты
Звено постоянного тока преобразователя частоты токового типа получило название благодаря использованию индуктивных компонентов, что обеспечивает возможность работы в четырёх квадрантах и позволяет легко реализовать функцию торможения двигателя. Недостатком является необходимость принудительной коммутации инверторного моста, а также сложность конструкции устройства, что затрудняет регулировку. Кроме того, из-за использования тиристорного фазосдвигающего выпрямителя со стороны электросети, гармоники входного тока относительно велики, что при большой мощности оказывает определённое влияние на электросеть.
2. Преобразователь частоты, работающий по напряжению, назван так из-за использования емкостных компонентов в звене постоянного тока. Его особенностью является невозможность работы в четырёх квадрантах. При необходимости торможения двигателя нагрузки требуется отдельная тормозная цепь. При высокой мощности на выходе необходимо установить синусоидальный фильтр.
3. Сильноточный преобразователь частоты использует компоненты GTO, SCR или IGCT последовательно для достижения прямого преобразования частоты высокого напряжения с напряжением тока до 10 кВ. Благодаря использованию индуктивных компонентов в звене постоянного тока он недостаточно чувствителен к току, что делает его менее склонным к перегрузкам по току. Преобразователь также надежен в работе и имеет хорошие характеристики защиты. На входной стороне используется тиристорное фазовое управление выпрямлением, а гармоники входного тока относительно велики. При большой мощности преобразователя частоты следует учитывать загрязнение электросети и помехи для электронного оборудования связи. Схема выравнивания напряжения и буферизации технически сложна и дорога. Из-за большого количества компонентов и объема устройства настройка и обслуживание относительно затруднены. Мост инвертора использует принудительную коммутацию и генерирует большое количество тепла, что требует решения проблемы рассеивания тепла компонентами. Его преимущество заключается в способности работать в четырех квадрантах и торможении. Следует отметить, что данный тип преобразователя частоты требует установки высоковольтных самовосстанавливающихся конденсаторов на входе и выходе из-за низкого входного коэффициента мощности и высоких входных и выходных гармоник.
4. В схемотехнической структуре высоковольтного инвертора используется технология прямого последовательного включения IGBT, также известная как высоковольтный инвертор прямого последовательного включения. Высоковольтные конденсаторы используются для фильтрации и накопления энергии в звене постоянного тока с выходным напряжением до 6 кВ. Преимущество инвертора заключается в возможности использования низковольтных силовых устройств, а все IGBT в плече последовательного моста выполняют одинаковые функции, что позволяет осуществлять резервирование или создавать избыточные конструкции. Недостатком инвертора является относительно небольшое количество уровней (всего два) и высокая скорость изменения выходного напряжения (dV/dt), что требует использования специальных двигателей или высоковольтных синусоидальных фильтров, что значительно увеличивает стоимость. Он не поддерживает работу в четырёх квадрантах, а во время торможения требуется установка отдельного тормозного блока. Преобразователь частоты такого типа также должен решать проблему выравнивания напряжения, что обычно требует специальной конструкции цепей управления и буферных цепей. Кроме того, существуют чрезвычайно строгие требования к задержке в цепях управления IGBT. Если время включения и выключения IGBT не совпадает или наклоны нарастающего и спадающего фронтов слишком сильно различаются, это может привести к повреждению силовых устройств.
Существует множество типов высоковольтных инверторов, и методы их классификации также разнообразны. В зависимости от наличия постоянного тока в промежуточном звене их можно разделить на преобразователи частоты переменного/переменного тока и преобразователи частоты переменного/постоянного/переменного тока; в зависимости от свойств постоянного тока их можно разделить на преобразователи частоты тока и напряжения.
Преобразователь частоты тока
Названный в честь использования индуктивных компонентов в звене постоянного тока преобразователя частоты, он обладает преимуществом работы в четырёх квадрантах и позволяет легко реализовать функцию торможения двигателя. Недостатком является необходимость принудительной коммутации инверторного моста, а также сложность конструкции устройства, что затрудняет настройку. Кроме того, из-за использования тиристорного фазосдвигающего выпрямителя со стороны электросети, гармоники входного тока относительно велики, что может оказывать определённое влияние на электросеть при большой мощности.
Преобразователь частоты напряжения
Названный так из-за использования емкостных компонентов в звене постоянного тока преобразователя частоты, он отличается тем, что не может работать в четырёх квадрантах. При необходимости торможения двигателя нагрузки требуется отдельная тормозная цепь. При высокой мощности на выходе необходимо установить синусоидальный фильтр.
1. В чем разница между типом напряжения и типом тока?
Основную цепь преобразователя частоты можно условно разделить на две категории: преобразователь напряжения — это преобразователь частоты, который преобразует постоянный ток источника напряжения в переменный, а его фильтром цепи постоянного тока является конденсатор; преобразователь тока — это преобразователь частоты, который преобразует постоянный ток источника тока в переменный, а его фильтром цепи постоянного тока является катушка индуктивности.
2. Почему напряжение и ток преобразователя частоты изменяются пропорционально?
Крутящий момент асинхронного двигателя создаётся взаимодействием магнитного потока двигателя и тока, протекающего через ротор. При номинальной частоте, если напряжение постоянно и снижается только частота, магнитный поток будет слишком большим, магнитная цепь насыщается, а в тяжёлых случаях двигатель перегорает. Поэтому частоту и напряжение следует изменять пропорционально, то есть при изменении частоты выходное напряжение преобразователя частоты следует контролировать для поддержания определённого магнитного потока двигателя и предотвращения возникновения слабого намагничивания и магнитного насыщения. Этот метод управления широко используется в энергосберегающих преобразователях частоты в вентиляторах и насосах.