Dobavitelj zavorne enote frekvenčnega pretvornika vas opominja, da tako tokovni kot napetostni frekvenčni pretvorniki spadajo med frekvenčne pretvornike AC-DC-AC, ki so sestavljeni iz usmernika in razsmernika.
Ker so obremenitve običajno induktivne, mora obstajati prenos jalove moči med njihovimi viri napajanja. Zato so v vmesnem enosmernem toku potrebne komponente za blaženje jalove moči.
Če se za pufer jalove moči uporablja velik kondenzator, gre za frekvenčni pretvornik tipa napetostnega vira; če se za pufer jalove moči uporablja velik reaktor, gre za frekvenčni pretvornik tipa tokovnega vira.
Razlika med napetostnimi in tokovnimi frekvenčnimi pretvorniki je le v obliki vmesnega filtra enosmernega tokokroga. Vendar pa to povzroča znatne razlike v zmogljivosti med obema tipoma frekvenčnih pretvornikov, kot je prikazano na naslednjem primerjalnem seznamu:
1. Komponente za shranjevanje energije: napetostni frekvenčni pretvornik - kondenzator; tokovni tip - reaktor.
2. Značilnosti izhodne valovne oblike: Valovna oblika napetosti je pravokotna, valovna oblika toka je približno sinusna; Frekvenčni pretvornik tokovnega tipa ima pravokotno valovno obliko za tok in približno sinusno valovno obliko za napetost.
3. Značilnosti sestave vezja vključujejo enosmerno napajanje z diodo za povratno zanko, vzporedno vezano z veliko kapacitivnim kondenzatorjem (vir napetosti z nizko impedanco) kot napetostnim tipom; tokovno vezano enosmerno napajanje z diodo brez povratne zanke, zaporedno vezano z veliko induktivnostjo (vir toka z visoko impedanco), kar omogoča enostavno delovanje motorja v štirih kvadrantih.
4. Kar zadeva značilnosti, napetostni tip ustvarja preobremenitev, ko je obremenitev v kratkem stiku, in motorji z odprto zanko lahko delujejo stabilno; tokovni tip lahko prepreči preobremenitev, ko je obremenitev v kratkem stiku, za nestabilno delovanje motorja pa je potrebno krmiljenje z povratno zanko.
Tokovni pretvorniki uporabljajo naravno komutirane tiristorje kot močnostna stikala, ki imajo drago induktivnost na enosmerni strani in se uporabljajo pri dvojno napajani regulaciji hitrosti. Pri hitrostih nad sinhrono hitrostjo zahtevajo komutacijske tokokroge in imajo slabo delovanje pri nizkih frekvencah zdrsa.
Strukturne značilnosti frekvenčnega pretvornika
DC povezava frekvenčnega pretvornika tokovnega tipa je dobila ime po uporabi induktivnih komponent, ki imajo prednost štirikvadrantnega delovanja in omogočajo enostavno zaviranje motorja. Slabost je, da zahteva prisilno komutacijo mostu inverterja in je struktura naprave zapletena, kar otežuje prilagajanje. Poleg tega so zaradi uporabe tiristorskega fazno premičnega usmernika na strani električnega omrežja vhodni tokovni harmoniki relativno veliki, kar bo imelo določen vpliv na električno omrežje pri veliki zmogljivosti.
2. Frekvenčni pretvornik napetostnega tipa je dobil ime po uporabi kapacitivnih komponent v enosmernem toku frekvenčnega pretvornika. Njegova značilnost je, da ne more delovati v štirih kvadrantih. Ko mora motor obremenitve zavirati, je treba namestiti ločen zavorni tokokrog. Pri visoki moči je treba na izhod dodati sinusni filter.
3. Visokotokovni frekvenčni pretvornik uporablja komponente GTO, SCR ali IGCT zaporedno vezane za doseganje neposredne pretvorbe visokonapetostne frekvence s tokovno napetostjo do 10 kV. Zaradi uporabe induktivnih komponent v enosmernem toku ni dovolj občutljiv na tok, zaradi česar je manj nagnjen k preobremenitvenim napakam. Pretvornik je tudi zanesljiv pri delovanju in ima dobro zaščitno delovanje. Vhodna stran uporablja tiristorsko fazno krmiljeno usmerjanje, vhodni tokovni harmoniki pa so relativno veliki. Pri veliki zmogljivosti frekvenčnega pretvornika je treba upoštevati onesnaževanje električnega omrežja in motnje komunikacijske elektronske opreme. Vezje za izenačevanje napetosti in pufersko vezje je tehnično zapleteno in drago. Zaradi velikega števila komponent in prostornine naprave sta prilagajanje in vzdrževanje relativno težavna. Pretvorniški most uporablja prisilno komutacijo in ustvarja veliko količino toplote, kar zahteva reševanje problema odvajanja toplote komponent. Njegova prednost je v sposobnosti delovanja v štirih kvadrantih in zaviranja. Treba je opozoriti, da ta tip frekvenčnega pretvornika zaradi nizkega vhodnega faktorja moči in visokih vhodnih in izhodnih harmonikov zahteva namestitev visokonapetostnih samoobnavljajočih se kondenzatorjev na vhodni in izhodni strani.
4. Vezje visokonapetostnega pretvornika temelji na tehnologiji direktne serijske vezave IGBT, znani tudi kot visokonapetostni pretvornik z direktno vezavo naprav. Za filtriranje in shranjevanje energije v enosmernem toku uporablja visokonapetostne kondenzatorje, z izhodno napetostjo do 6 kV. Njegova prednost je, da lahko uporablja napajalne naprave, odporne na nižjo napetost, vsi IGBT-ji na serijskem mostu pa imajo enako funkcijo, kar omogoča medsebojno varnostno kopiranje ali redundančno zasnovo. Slabost je, da je število nivojev relativno majhno, le dva nivoja, in da je izhodna napetost dV/dt velika, kar zahteva uporabo posebnih motorjev ali visokonapetostnih sinusnih filtrov, kar znatno poveča stroške. Nima funkcije štirikvadrantnega delovanja in med zaviranjem je treba namestiti ločeno zavorno enoto. Ta vrsta frekvenčnega pretvornika mora rešiti tudi problem izenačevanja napetosti naprav, kar običajno zahteva posebno zasnovo pogonskih vezij in medpomnilniških vezij. Obstajajo tudi izjemno stroge zahteve glede zakasnitve pogonskih vezij IGBT. Ko so časi vklopa in izklopa IGBT-ja nedosledni ali pa so nakloni naraščajočih in padajočih robov preveč različni, lahko to povzroči poškodbe napajalnih naprav.
Obstaja veliko vrst visokonapetostnih razsmernikov, njihove metode razvrščanja pa so prav tako različne. Glede na to, ali je v vmesni povezavi prisoten enosmerni del, jih lahko razdelimo na frekvenčne pretvornike AC/AC in frekvenčne pretvornike AC-DC-AC; glede na lastnosti enosmerne komponente pa jih lahko razdelimo na tokovne in napetostne frekvenčne pretvornike.
Frekvenčni pretvornik tokovnega tipa
Ime je dobil po uporabi induktivnih komponent v enosmernem toku frekvenčnega pretvornika, njegova prednost pa je zmožnost delovanja v štirih kvadrantih in enostavno doseganje zaviralne funkcije motorja. Slabost je, da zahteva prisilno komutacijo mostu inverterja in da je struktura naprave zapletena, kar otežuje prilagajanje. Poleg tega so zaradi uporabe tiristorskega fazno premičnega usmernika na strani električnega omrežja vhodni tokovni harmoniki relativno veliki, kar bo imelo določen vpliv na električno omrežje pri veliki zmogljivosti.
Frekvenčni pretvornik napetostnega tipa
Ime je dobil po uporabi kapacitivnih komponent v enosmernem toku frekvenčnega pretvornika, njegova značilnost pa je, da ne more delovati v štirih kvadrantih. Ko je treba zavirati motor z obremenitvijo, je treba namestiti ločen zavorni tokokrog. Pri visoki moči je treba na izhod dodati sinusni filter.
1. Kakšna je razlika med napetostnim in tokovnim tipom?
Glavno vezje frekvenčnega pretvornika lahko v grobem razdelimo v dve kategoriji: napetostni tip je frekvenčni pretvornik, ki pretvarja enosmerni tok napetostnega vira v izmenični tok, filtriranje enosmernega tok pa je kondenzator; tokovni tip je frekvenčni pretvornik, ki pretvarja enosmerni tok tokovnega vira v izmenični tok, njegov filter enosmernega tok pa je induktor.
2. Zakaj se napetost in tok frekvenčnega pretvornika spreminjata sorazmerno?
Navor asinhronega motorja nastane z interakcijo med magnetnim pretokom motorja in tokom, ki teče skozi rotor. Če je pri nazivni frekvenci napetost konstantna in se zmanjša le frekvenca, bo magnetni pretok prevelik, magnetni tokokrog se bo nasičil in v hujših primerih bo motor pregorel. Zato je treba frekvenco in napetost spreminjati sorazmerno, torej je treba pri spreminjanju frekvence krmiliti izhodno napetost frekvenčnega pretvornika, da se ohrani določen magnetni pretok motorja in prepreči pojav šibkega magnetizma in magnetne nasičenosti. Ta metoda krmiljenja se pogosto uporablja za energetsko varčne frekvenčne pretvornike v ventilatorjih in črpalkah.