Mtoaji wa kitengo cha maoni anakukumbusha kwamba tangu kuibuka kwa motors za induction moja kwa moja, fomu ya jenereta za AC tayari imepata uendeshaji wa mzunguko wa kutofautiana. Badilisha kasi ya jenereta na urekebishe mzunguko wa pato lake. Kabla ya kuibuka kwa transistors za kasi, hii ilikuwa mojawapo ya njia kuu za kubadilisha kasi ya magari, lakini kutokana na kasi ya jenereta kupunguza mzunguko wa pato badala ya voltage, tofauti ya mzunguko ilikuwa mdogo.
Kwa hiyo, hebu tuangalie vipengele vya kibadilishaji cha mzunguko na tuone jinsi wanavyofanya kazi pamoja ili kubadilisha mzunguko na kasi ya motor.
Vipengele vya inverter - rectifier
Kwa sababu ya ugumu wa kubadilisha mzunguko wa mawimbi ya AC sine katika hali ya AC, kazi ya kwanza ya kibadilishaji masafa ni kubadilisha muundo wa mawimbi kuwa DC. Ili kuifanya ionekane kama AC, ni rahisi kuendesha DC. Sehemu ya kwanza ya waongofu wote wa mzunguko ni kifaa kinachoitwa rectifier au kubadilisha fedha. Saketi ya kurekebisha ya kibadilishaji masafa hubadilisha mkondo wa kubadilisha kuwa mkondo wa moja kwa moja, na hali yake ya kufanya kazi ni takriban sawa na ya chaja ya betri au mashine ya kulehemu ya arc. Inatumia daraja la diode ili kuzuia wimbi la AC sine kusogea katika mwelekeo mmoja pekee. Matokeo yake ni kwamba muundo wa wimbi wa AC uliorekebishwa kikamilifu unafasiriwa na mzunguko wa DC kama muundo wa mawimbi wa DC wa ndani. Kigeuzi cha masafa ya awamu tatu kinakubali awamu tatu huru za uingizaji wa AC na kuzibadilisha kuwa pato moja la DC.
Vigeuzi vingi vya masafa ya awamu tatu vinaweza pia kukubali usambazaji wa umeme wa awamu moja (230V au 460V), lakini kwa sababu ya matawi mawili tu ya uingizaji, pato (HP) la kibadilishaji masafa lazima lipunguzwe kwa sababu mkondo wa DC unaozalishwa umepunguzwa sawia. Kwa upande mwingine, inverter ya kweli ya awamu moja (inverter ya awamu moja ambayo inadhibiti motor ya awamu moja) hutumia pembejeo ya awamu moja na hutoa pato la DC sawia na pembejeo.
Kuna sababu mbili kwa nini motors za awamu tatu hutumiwa zaidi kuliko vipengele vya kukabiliana na awamu moja linapokuja suala la uendeshaji wa kasi ya kutofautiana. Kwanza, wana safu pana ya nguvu. Kwa upande mwingine, motors za awamu moja kawaida huhitaji uingiliaji wa nje ili kuanza kuzunguka.
Vipengele vya inverter - basi ya DC
Sehemu ya pili ya basi ya DC haiwezi kuonekana katika kubadilisha fedha yoyote kwa sababu haiathiri moja kwa moja uendeshaji wa kibadilishaji cha mzunguko. Hata hivyo, daima ipo katika vigeuzi vya ubora vya juu vya madhumuni ya jumla. Basi la DC hutumia capacitors na inductors kuchuja voltage ya "ripple" ya AC katika nguvu ya DC iliyobadilishwa, na kisha kuingia sehemu ya inverter. Pia inajumuisha chujio ili kuzuia upotovu wa harmonic, ambayo inaweza kulishwa kwa usambazaji wa umeme wa inverter. Vigeuzi vya zamani vya masafa huhitaji vichujio tofauti vya laini ili kukamilisha mchakato huu.
Vipengele vya inverter - Inverter
Kwenye upande wa kulia wa kielelezo ni "viungo vya ndani" vya kubadilisha mzunguko. Kibadilishaji kigeuzi hutumia seti tatu za transistors za kubadilisha kasi ili kuunda "pulses" zote za DC za awamu tatu zinazoiga mawimbi ya AC sine. Mapigo haya sio tu kuamua voltage ya wimbi, lakini pia mzunguko wake. Neno 'kigeuzi' linamaanisha' kugeuza ', ambayo ina maana kwa urahisi harakati ya juu na chini ya umbo la wimbi linalozalishwa. Viongozo vya kisasa vya kubadilisha masafa hutumia mbinu inayoitwa "urekebishaji wa upana wa mapigo" (PWM) ili kudhibiti voltage na frequency.
Kisha tuzungumze kuhusu IGBT. IGBT inarejelea "transistor ya lango la maboksi", ambayo ni sehemu ya kubadili (au mapigo) ya kibadilishaji umeme. Transistors (kuchukua nafasi ya zilizopo za utupu) hufanya majukumu mawili katika ulimwengu wetu wa elektroniki. Inaweza kufanya kama amplifier na kuongeza ishara, au inaweza kufanya kama swichi kwa kuwasha na kuzima mawimbi tu. IGBT ni toleo la kisasa ambalo hutoa kasi ya juu ya kubadili (3000-16000 Hz) na inapunguza uzalishaji wa joto. Kasi ya juu ya kubadili inaweza kuboresha usahihi wa mawimbi ya AC na kupunguza kelele ya gari. Kupungua kwa joto linalozalishwa kunamaanisha kuwa shimoni la joto ni ndogo, hivyo kibadilishaji cha mzunguko kinachukua eneo ndogo.
Inverter PWM waveform
Umbo la wimbi linalozalishwa na kibadilishaji kigeuzi cha PWM ikilinganishwa na wimbi la kweli la sine ya AC. Pato la inverter lina mfululizo wa mipigo ya mstatili yenye urefu usiobadilika na upana unaoweza kurekebishwa.
Katika kesi hii, kuna seti tatu za mapigo - seti pana katikati na seti nyembamba mwanzoni na mwisho wa sehemu nzuri na hasi za mzunguko wa AC.
Jumla ya maeneo ya mapigo ni sawa na voltage yenye ufanisi ya wimbi la kweli la AC. Ikiwa unataka kukata sehemu za mapigo hapo juu (au chini) muundo halisi wa wimbi la mawasiliano na ujaze eneo tupu chini ya curve nazo, utagundua kuwa karibu zinalingana kikamilifu. Ni kwa njia hii kwamba kibadilishaji cha mzunguko kinaweza kudhibiti voltage ya motor. Jumla ya upana wa mapigo na upana tupu kati yao huamua mzunguko wa fomu ya wimbi inayoonekana na motor (kwa hivyo PWM au modulation ya upana wa mapigo). Ikiwa mpigo ni endelevu (yaani bila nafasi zilizoachwa wazi), frequency bado itakuwa sahihi, lakini voltage itakuwa kubwa zaidi kuliko wimbi la kweli la AC sine.
Kwa mujibu wa voltage na mzunguko unaohitajika, kibadilishaji cha mzunguko kitabadilisha urefu na upana wa pigo, pamoja na upana wa tupu kati ya hizo mbili. Baadhi ya watu wanaweza kushangaa jinsi hii' AC feki (halisi DC) inavyotumia moshi ya induction ya AC.
Baada ya yote, je, sasa mbadala inahitaji "kushawishi" shamba la sasa na sambamba la magnetic katika rotor motor? Kwa hivyo, AC itasababisha induction kwa kawaida kwa sababu ni mwelekeo unaobadilika kila wakati, wakati DC haitafanya kazi kawaida mara tu mzunguko unapowashwa.
Hata hivyo, ikiwa DC imewashwa na kuzimwa, inaweza kuhisi sasa hivi. Kwa wale ambao ni wazee, mfumo wa kuwasha gari (kabla ya kuwashwa kwa hali dhabiti) ulikuwa na seti ya alama kwenye kisambazaji. Madhumuni ya pointi hizi ni kwenda kutoka "pulses" ya betri hadi coils (transfoma). Hii husababisha malipo katika koili na kisha kuinua voltage hadi kiwango kinachoruhusu kuziba cheche kuwaka. Mpigo mpana wa DC unaoonekana kwenye mchoro hapo juu unajumuisha mamia ya mipigo ya mtu binafsi, na mwendo wa kufungua na kufunga wa pato la kigeuzi huruhusu uingizaji wa DC kutokea.
Voltage yenye ufanisi
Sababu moja ambayo hufanya ugumu wa kubadilisha sasa ni kwamba inabadilisha voltage kila wakati, kutoka sifuri hadi kiwango cha juu cha voltage chanya, kisha kurudi hadi sifuri, kisha kwa kiwango cha juu cha voltage hasi, na kisha kurudi hadi sifuri. Jinsi ya kuamua voltage halisi inayotumika kwa mzunguko? Mchoro ulio hapa chini ni wimbi la sine la 60Hz, 120V. Lakini ni lazima ieleweke kwamba voltage yake ya kilele ni 170V. Ikiwa voltage yake halisi ni 170V, tunawezaje kuiita wimbi la 120V?
Sababu moja ambayo hufanya ugumu wa kubadilisha sasa ni mabadiliko yake ya mara kwa mara katika voltage, kutoka sifuri hadi kiwango cha juu cha voltage chanya, kisha kurudi hadi sifuri, kisha kwa voltage ya juu hasi, na kisha kurudi hadi sifuri. Jinsi ya kuamua voltage halisi inayotumika kwa mzunguko?
Wimbi la sine la 60Hz, 120V linapaswa kuzingatiwa kuwa voltage yake ya kilele ni 170V. Ikiwa voltage yake halisi ni 170V, tunawezaje kuiita wimbi la 120V?
Katika mzunguko mmoja, huanza saa 0V, hupanda hadi 170V, na kisha hupungua tena hadi 0. Inaendelea kushuka hadi -170, na kisha hupanda tena hadi 0. Eneo la mstatili wa kijani na mpaka wa juu wa 120V ni sawa na jumla ya maeneo ya sehemu nzuri na hasi za curve.
Kwa hivyo 120V ni kiwango cha wastani? Sawa, ikiwa tungeweka wastani wa maadili yote ya voltage katika kila nukta katika mzunguko mzima, matokeo yangekuwa takriban 108V, kwa hivyo haiwezi kuwa jibu. Kwa hivyo kwa nini thamani hii inapimwa na VOM kwa 120V? Inahusiana na kile tunachokiita 'voltage inayofaa'.
Ikiwa unataka kupima joto linalotokana na mkondo wa moja kwa moja unaopita kupitia kontakt, utaona kuwa ni kubwa zaidi kuliko joto linalotokana na mkondo sawa wa kubadilisha. Hii ni kwa sababu AC haidumii thamani isiyobadilika katika mzunguko mzima. Ikiwa inafanywa chini ya hali zilizodhibitiwa katika maabara, hupatikana kuwa DC maalum ya sasa hutoa ongezeko la joto la digrii 100, na kusababisha ongezeko la digrii 70.7 katika AC sawa au 70.7% ya thamani ya DC.
Kwa hivyo thamani ya ufanisi ya AC ni 70.7% ya DC. Inaweza pia kuonekana kuwa thamani ya ufanisi ya voltage ya AC ni sawa na mizizi ya mraba ya jumla ya mraba wa voltages katika nusu ya kwanza ya curve. Ikiwa voltage ya kilele ni 1 na voltages mbalimbali kutoka digrii 0 hadi digrii 180 zinahitajika kupimwa, voltage yenye ufanisi itakuwa voltage ya kilele cha digrii 0-707. 0.707 mara ya kilele cha voltage ya 170 katika takwimu ni sawa na 120V. Voltage hii inayofaa pia inajulikana kama mzizi wa maana mraba au voltage ya RMS.
Kwa hiyo, voltage ya kilele daima ni 1.414 ya voltage yenye ufanisi. 230V AC sasa ina voltage ya kilele cha 325V, wakati 460 ina voltage ya kilele cha 650V. Mbali na tofauti ya mzunguko, hata ikiwa voltage haitegemei kasi ya uendeshaji wa motor AC, kibadilishaji cha mzunguko lazima pia kubadilisha voltage. Mawimbi mawili ya 460V AC sine. Curve nyekundu ni 60Hz, na curve ya bluu ni 50Hz. Wote wana voltage ya kilele cha 650V, lakini 50Hz ni pana zaidi. Unaweza kuona kwa urahisi kwamba eneo ndani ya nusu ya kwanza ya 50Hz Curve (0-10ms) ni kubwa kuliko nusu ya kwanza ya 60Hz Curve (0-8.3ms). Zaidi ya hayo, kwa vile eneo lililo chini ya curve linalingana moja kwa moja na voltage inayofaa, voltage yake inayofaa ni ya juu. Wakati mzunguko unapungua, ongezeko la voltage yenye ufanisi inakuwa kali zaidi.
Ikiwa motors 460V zinaruhusiwa kufanya kazi kwa voltages hizi za juu, maisha yao yanaweza kupunguzwa sana. Kwa hiyo, kibadilishaji cha mzunguko lazima kibadilishe mara kwa mara voltage ya "kilele" kuhusiana na mzunguko ili kudumisha voltage yenye ufanisi mara kwa mara. Kiwango cha chini cha mzunguko wa uendeshaji, chini ya voltage ya kilele, na kinyume chake. Unapaswa sasa kuwa na ufahamu mzuri wa kanuni ya kazi ya kibadilishaji cha mzunguko na jinsi ya kudhibiti kasi ya gari. Vigeuzi vingi vya masafa huruhusu watumiaji kuweka mwenyewe kasi ya gari kupitia swichi za nafasi nyingi au kibodi, au kutumia vihisi (shinikizo, mtiririko, halijoto, kiwango cha kioevu, n.k.) ili kugeuza mchakato kiotomatiki.