Постачальник гальмівного блоку перетворювача частоти нагадує, що перетворювачі частоти як струмового, так і напругового типу належать до перетворювачів частоти AC-DC-AC, що складаються з випрямляча та інвертора.
Оскільки навантаження, як правило, є індуктивними, між їхніми джерелами живлення має бути передача реактивної потужності. Тому в проміжній ланці постійного струму необхідні компоненти для буферизації реактивної потужності.
Якщо для буферизації реактивної потужності використовується великий конденсатор, він являє собою перетворювач частоти типу джерела напруги; якщо для буферизації реактивної потужності використовується великий реактор, він являє собою перетворювач частоти типу джерела струму.
Різниця між перетворювачами частоти напруги та перетворювачами частоти струму полягає лише у вигляді проміжного фільтра постійного струму. Однак це призводить до суттєвих відмінностей у продуктивності між цими двома типами перетворювачів частоти, як показано в наступному порівняльному списку:
1. Компоненти накопичувача енергії: перетворювач частоти типу напруги - конденсатор; тип струму - реактор.
2. Характеристики форми вихідної хвилі: форма хвилі напруги є прямокутною хвилею, форма хвилі струму приблизно синусоїдальна; Перетворювач частоти струмового типу має прямокутну форму хвилі для струму та приблизну синусоїдальну форму хвилі для напруги.
3. Характеристики схеми включають джерело постійного струму зі зворотним зв'язком, паралельно з'єднане з конденсатором великої ємності (джерело напруги з низьким імпедансом) як тип напруги; джерело постійного струму без зворотного зв'язку зі струмовим діодом, послідовно з'єднане з великою індуктивністю (джерело струму з високим імпедансом), що дозволяє двигуну легко працювати в чотирьох квадрантах.
4. Щодо характеристик, тип напруги генерує перевантаження по струму при короткому замиканні навантаження, а двигуни з розімкнутим контуром також можуть працювати стабільно; тип струму може пригнічувати перевантаження по струму при короткому замиканні навантаження, а для нестабільної роботи двигуна потрібне керування зворотним зв'язком.
Інвертори з джерелом струму використовують природно комутовані тиристори як силові ключі, які мають дорогу індуктивність на стороні постійного струму та використовуються в подвійному регулюванні швидкості. Вони потребують комутаційних схем на швидкостях, що перевищують синхронні, та мають низьку продуктивність на низьких частотах ковзання.
Структурні характеристики перетворювача частоти
Ланка постійного струму перетворювача частоти струмового типу отримала свою назву завдяки використанню індуктивних компонентів, які мають перевагу в можливості роботи в чотирьох квадрантах і можуть легко реалізувати функцію гальмування двигуна. Недоліком є необхідність примусової комутації моста інвертора, а структура пристрою є складною, що ускладнює налаштування. Крім того, через використання тиристорного фазозсувного випрямлення з боку електромережі, вхідні гармоніки струму є відносно великими, що матиме певний вплив на електромережу за великої потужності.
2. Перетворювач частоти напруги отримав свою назву завдяки використанню ємнісних компонентів у ланці постійного струму перетворювача частоти. Його особливістю є те, що він не може працювати в чотирьох квадрантах. Коли двигун навантаження потребує гальмування, необхідно встановити окремий гальмівний контур. Коли потужність висока, до виходу необхідно додати синусоїдальний фільтр.
3. Високострумовий перетворювач частоти використовує компоненти GTO, SCR або IGCT, з'єднані послідовно, для досягнення прямого перетворення частоти високої напруги з напругою струму до 10 кВ. Завдяки використанню індуктивних компонентів у ланці постійного струму, він недостатньо чутливий до струму, що робить його менш схильним до перевантажень по струму. Інвертор також надійний в роботі та має хороші захисні характеристики. На вхідній стороні використовується тиристорне фазово-кероване випрямлення, а гармоніки вхідного струму відносно великі. Коли потужність перетворювача частоти велика, слід враховувати забруднення електромережі та перешкоди для комунікаційного електронного обладнання. Схема вирівнювання та буферизації напруги є технічно складною та дорогою. Через велику кількість компонентів та об'єм пристрою, налаштування та обслуговування є відносно складними. Інверторний міст використовує примусову комутацію та генерує велику кількість тепла, що вимагає вирішення проблеми тепловіддачі компонентів. Його перевага полягає в здатності працювати в чотирьох квадрантах та гальмувати. Слід зазначити, що цей тип перетворювача частоти вимагає встановлення високовольтних самовідновлювальних конденсаторів на вхідному та вихідному сторонах через низький вхідний коефіцієнт потужності та високий рівень вхідних та вихідних гармонік.
4. Схема високовольтного інвертора використовує технологію прямого послідовного з'єднання IGBT, також відому як високовольтний інвертор прямого послідовного з'єднання пристроїв. Він використовує високовольтні конденсатори для фільтрації та накопичення енергії в ланці постійного струму, з вихідною напругою до 6 кВ. Його перевагою є те, що він може використовувати пристрої живлення з низькою стійкістю до напруги, і всі IGBT на плечі послідовного мосту мають однакову функцію, що дозволяє взаємне резервування або резервування. Недоліком є те, що кількість рівнів відносно невелика, лише два рівні, а вихідна напруга dV/dt також велика, що вимагає використання спеціальних двигунів або високовольтних синусоїдальних фільтрів, що значно збільшує вартість. Він не має функції роботи в чотирьох квадрантах, і під час гальмування потрібно встановлювати окремий гальмівний блок. Цей тип перетворювача частоти також повинен вирішувати проблему вирівнювання напруги пристрою, що зазвичай вимагає спеціального проектування схем керування та буферних схем. Існують також надзвичайно суворі вимоги до затримки схем керування IGBT. Якщо час увімкнення та вимкнення IGBT є невідповідним, або нахили наростаючого та спадаючого фронтів занадто відрізняються, це призведе до пошкодження силових пристроїв.
Існує багато типів високовольтних інверторів, і методи їх класифікації також різноманітні. Залежно від наявності постійної складової в проміжній ланці, їх можна розділити на перетворювачі частоти AC/AC та перетворювачі частоти AC-DC-AC; за властивостями постійної складової, їх можна розділити на перетворювачі частоти струмового та напругового типу.
Перетворювач частоти струму
Названий так через використання індуктивних компонентів у ланці постійного струму перетворювача частоти, він має перевагу можливості роботи в чотирьох квадрантах та може легко реалізувати функцію гальмування двигуна. Недоліком є необхідність примусової комутації інверторного моста, а структура пристрою є складною, що ускладнює налаштування. Крім того, через використання тиристорного фазозсувного випрямлення з боку електромережі, вхідні гармоніки струму є відносно великими, що матиме певний вплив на електромережу за великої потужності.
Перетворювач частоти типу напруги
Названий на честь використання ємнісних компонентів у ланці постійного струму перетворювача частоти, він характеризується тим, що не може працювати в чотирьох квадрантах. Коли потрібно гальмувати двигун навантаження, необхідно встановити окремий гальмівний контур. Коли потужність висока, до виходу потрібно додати синусоїдальний фільтр.
1. Яка різниця між типом напруги та типом струму?
Головну схему перетворювача частоти можна умовно розділити на дві категорії: перетворювачі напруги – це перетворювачі частоти, які перетворюють постійний струм джерела напруги на змінний, а фільтром кола постійного струму є конденсатор; перетворювачі струму – це перетворювачі частоти, які перетворюють постійний струм джерела струму на змінний, а фільтром кола постійного струму є котушка індуктивності.
2. Чому напруга та струм перетворювача частоти змінюються пропорційно?
Крутний момент асинхронного двигуна генерується взаємодією між магнітним потоком двигуна та струмом, що протікає через ротор. За номінальної частоти, якщо напруга постійна, а частота зменшується лише за умови зменшення, магнітний потік буде занадто великим, магнітне коло насититься, а у важких випадках двигун перегорить. Тому частоту та напругу слід змінювати пропорційно, тобто під час зміни частоти вихідну напругу перетворювача частоти слід контролювати, щоб підтримувати певний магнітний потік двигуна та уникати виникнення явищ слабкого магнетизму та магнітного насичення. Цей метод керування зазвичай використовується для енергозберігаючих перетворювачів частоти у вентиляторах та насосах.