منو
رایگان
ثبت
خانه  /  پرده/ محرک الکتریکی فرکانس متغیر واحدهای پمپاژ. درایو فرکانس: توضیحات و بررسی

درایو الکتریکی فرکانس متغیر واحدهای پمپاژ. درایو فرکانس: توضیحات و بررسی

مبدل های فرکانس

از اواخر دهه 1960، مبدل های فرکانس به طور چشمگیری تغییر کرده اند، که عمدتاً در نتیجه توسعه فناوری های ریزپردازنده و نیمه هادی و کاهش هزینه های آنها بوده است.

با این حال، اصول اساسی ذاتی مبدل های فرکانس یکسان باقی می مانند.

مبدل های فرکانس شامل چهار عنصر اصلی است:

برنج. 1. بلوک دیاگرام مبدل فرکانس

1. یکسو کننده هنگامی که به منبع تغذیه AC تک/سه فاز متصل می شود، یک ولتاژ DC ضربانی تولید می کند. دو نوع اصلی یکسو کننده وجود دارد - کنترل شده و کنترل نشده.

2. مدار میانی یکی از سه نوع:

الف) تبدیل ولتاژ یکسو کننده به جریان مستقیم.

ب) تثبیت یا صاف کردن ولتاژ DC ضربان دار و تامین آن به اینورتر.

ج) تبدیل ولتاژ DC ثابت یکسو کننده به ولتاژ AC در حال تغییر.

3. اینورتر که فرکانس ولتاژ موتور الکتریکی را تولید می کند. برخی از اینورترها همچنین می توانند ولتاژ DC ثابت را به ولتاژ AC متغیر تبدیل کنند.

4. مدار کنترل الکترونیکی که سیگنال ها را به یکسو کننده، مدار میانی و اینورتر می فرستد و سیگنال های این عناصر را دریافت می کند. ساخت عناصر کنترل شده به طراحی مبدل فرکانس خاص بستگی دارد (شکل 2.02 را ببینید).

مشترک همه مبدل های فرکانس این است که تمام مدارهای کنترلی عناصر نیمه هادی اینورتر را کنترل می کنند. مبدل های فرکانس در حالت سوئیچینگ مورد استفاده برای تنظیم ولتاژ منبع تغذیه موتور متفاوت هستند.

در شکل 2، که اصول مختلف ساخت/کنترل مبدل را نشان می دهد، از نمادهای زیر استفاده می شود:

1- یکسو کننده کنترل شده،

2- یکسو کننده کنترل نشده،

3- مدار میانی با جریان مستقیم متغیر،

4- مدار میانی ولتاژ ثابت DC

5- مدار میانی با جریان مستقیم متغیر،

6- اینورتر با مدولاسیون دامنه پالس (PAM)

7- اینورتر با مدولاسیون عرض پالس (PWM)

اینورتر جریان (IT) (1+3+6)

مبدل با مدولاسیون دامنه پالس (PAM) (1+4+7) (2+5+7)

مبدل مدولاسیون عرض پالس (PWM/VVCplus) (2+4+7)

برنج. 2. اصول مختلف ساخت/کنترل مبدل های فرکانس

برای کامل بودن باید به مبدل های مستقیمی که مدار میانی ندارند اشاره کرد. چنین مبدل هایی در محدوده توان مگاوات برای تولید ولتاژ تغذیه فرکانس پایین مستقیماً از شبکه 50 هرتز با حداکثر فرکانس خروجی حدود 30 هرتز استفاده می شود.

یکسو کننده

ولتاژ منبع تغذیه سه فاز یا تک فاز ولتاژ متناوب با فرکانس ثابت (به عنوان مثال، 3x400 V / 50 هرتز یا 1 x 240 V / 50 هرتز). مشخصات این ولتاژها در شکل زیر نشان داده شده است.

برنج. 3. ولتاژ AC تکفاز و سه فاز

در شکل، هر سه فاز در زمان جابجا شده‌اند، ولتاژ فاز دائماً تغییر جهت می‌دهد و فرکانس تعداد دوره‌ها را در ثانیه نشان می‌دهد. فرکانس 50 هرتز به این معنی است که 50 دوره در ثانیه (50 x T) وجود دارد. یک دوره 20 میلی ثانیه طول می کشد.

یکسو کننده مبدل فرکانس یا بر روی دیودها یا بر روی تریستورها یا ترکیبی از هر دو ساخته شده است. یکسو کننده ساخته شده بر روی دیودها کنترل نشده است، در حالی که یکسو کننده ساخته شده بر روی تریستور کنترل می شود. اگر از هر دو دیود و تریستور استفاده شود، یکسو کننده نیمه کنترل می شود.

یکسو کننده های کنترل نشده

برنج. 4. حالت کار دیود.

دیودها اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت جریان یابد: از آند (A) به کاتد (K). مانند برخی دیگر از دستگاه های نیمه هادی، جریان دیود را نمی توان تنظیم کرد. ولتاژ AC توسط دیود به یک ولتاژ DC ضربانی تبدیل می شود. اگر یک رکتیفایر سه فاز کنترل نشده با ولتاژ AC سه فاز تغذیه شود، در این حالت ولتاژ DC ضربان خواهد داشت.

برنج. 5. یکسو کننده کنترل نشده

در شکل شکل 5 یک یکسوساز سه فاز کنترل نشده حاوی دو گروه دیود را نشان می دهد. یک گروه شامل دیودهای D1، D3 و D5 است. گروه دیگر شامل دیودهای D2، D4 و D6 است. هر دیود برای یک سوم زمان پریود (120 درجه) جریان را هدایت می کند. در هر دو گروه، دیودها جریان را به ترتیب خاصی هدایت می کنند. دوره هایی که در طی آن هر دو گروه کار می کنند به اندازه 1/6 زمان دوره T (60 درجه) از یکدیگر جابه جا می شوند.

دیودهای D1,3,5 در صورت اعمال ولتاژ مثبت به آنها باز هستند (رسانا). اگر ولتاژ فاز L به مقدار پیک مثبت برسد، دیود D باز است و ترمینال A ولتاژ فاز L1 را دریافت می کند. دو دیود دیگر تحت تأثیر ولتاژهای معکوس با بزرگی U L1-2 و U L1-3 قرار خواهند گرفت.

در گروه دیودهای D2،4،6 نیز همین اتفاق می افتد. در این حالت ترمینال B یک ولتاژ فاز منفی دریافت می کند. اگر در این لحظهفاز L3 به حداکثر مقدار منفی می رسد، دیود D6 باز است (رسانا). هر دو دیود دیگر تحت تأثیر ولتاژ معکوس با بزرگی U L3-1 و U L3-2 قرار می گیرند.

ولتاژ خروجی یکسو کننده کنترل نشده برابر با اختلاف ولتاژ این دو گروه دیود است. مقدار متوسط ​​ولتاژ DC ریپل 1.35 x ولتاژ شبکه است.

برنج. 6. ولتاژ خروجی یکسو کننده سه فاز کنترل نشده

یکسو کننده های کنترل شده

در یکسو کننده های کنترل شده، دیودها با تریستور جایگزین می شوند. مانند یک دیود، یک تریستور جریان را تنها در یک جهت - از آند (A) به کاتد (K) عبور می دهد. با این حال، بر خلاف دیود، تریستور دارای یک الکترود سوم به نام "دروازه" (G) است. برای اینکه تریستور باز شود، باید یک سیگنال به دروازه اعمال شود. اگر جریانی از تریستور عبور کند، تریستور آن را تا زمانی که جریان صفر شود عبور می کند.

جریان را نمی توان با اعمال سیگنال به گیت قطع کرد. تریستورها هم در یکسو کننده ها و هم در اینورترها استفاده می شوند.

یک سیگنال کنترل a به دروازه تریستور ارسال می شود که با تاخیر بیان شده در درجه مشخص می شود. این درجات باعث تاخیر بین لحظه عبور ولتاژ از صفر تا زمانی که تریستور باز است.

برنج. 7. حالت کار تریستور

اگر زاویه a در محدوده 0 تا 90 درجه باشد، مدار تریستور به عنوان یکسو کننده و اگر در محدوده 90 درجه تا 300 درجه باشد، از آن به عنوان یک اینورتر استفاده می شود.

برنج. 8. یکسو کننده سه فاز کنترل شده

یکسو کننده کنترل شده اساساً هیچ تفاوتی با یکسو کننده کنترل نشده ندارد، به جز اینکه تریستور توسط سیگنال a کنترل می شود و از لحظه ای که دیود معمولی شروع به هدایت می کند تا لحظه ای که 30 درجه دیرتر از نقطه ولتاژ است هدایت می شود. از صفر عبور می کند

تنظیم مقدار a به شما امکان می دهد مقدار ولتاژ اصلاح شده را تغییر دهید. یکسو کننده کنترل شده یک ولتاژ ثابت تولید می کند که مقدار متوسط ​​آن 1.35 x ولتاژ شبکه x cos α است.

برنج. 9. ولتاژ خروجی یکسو کننده سه فاز کنترل شده

در مقایسه با یکسو کننده کنترل نشده، یکسو کننده کنترل شده تلفات قابل توجهی دارد و نویز بیشتری را وارد شبکه منبع تغذیه می کند، زیرا با زمان انتقال کوتاه تر تریستورها، یکسو کننده جریان راکتیو بیشتری از شبکه می گیرد.

مزیت یکسو کننده های کنترل شده توانایی آنها در بازگشت انرژی به شبکه تامین است.

زنجیره میانی

مدار میانی را می توان به عنوان یک مرکز ذخیره سازی در نظر گرفت که موتور الکتریکی می تواند از طریق یک اینورتر انرژی بگیرد. بسته به یکسو کننده و اینورتر، سه اصل برای ساخت یک مدار میانی امکان پذیر است.

اینورترها - منابع جریان (1 مبدل)

برنج. 10. مدار میانی DC متغیر

در مورد اینورترها - منابع جریان، مدار میانی حاوی یک سیم پیچ القایی بزرگ است و فقط با یکسوساز کنترل شده ارتباط دارد. سلف ولتاژ متغیر یکسو کننده را به جریان مستقیم متغیر تبدیل می کند. ولتاژ موتور الکتریکی توسط بار تعیین می شود.

اینورترها - منابع ولتاژ (مبدل U)

برنج. 11. مدار میانی ولتاژ DC

در مورد اینورترها - منابع ولتاژ، مدار میانی یک فیلتر حاوی یک خازن است و می تواند با یکسو کننده از هر یک از دو نوع ارتباط برقرار کند. فیلتر ولتاژ DC ضربان دار (U21) یکسو کننده را صاف می کند.

در یکسو کننده کنترل شده، ولتاژ در یک فرکانس معین ثابت است و به عنوان یک ولتاژ DC واقعی (U22) با دامنه متغیر به اینورتر عرضه می شود.

در یکسو کننده های کنترل نشده، ولتاژ در ورودی اینورتر یک ولتاژ ثابت با دامنه ثابت است.

مدار میانی ولتاژ مستقیم متغیر

برنج. 12. مدار میانی ولتاژ متغیر

همانطور که در شکل نشان داده شده است، در مدارهای میانی با ولتاژ DC متغیر، می توانید یک بریکر را در جلوی فیلتر روشن کنید. 12.

چاپر حاوی یک ترانزیستور است که به عنوان کلید عمل می کند و ولتاژ یکسو کننده را روشن و خاموش می کند. سیستم کنترل با مقایسه ولتاژ تغییر پس از فیلتر (U v) با سیگنال ورودی، چاپر را کنترل می کند. در صورت وجود اختلاف، با تغییر زمان روشن بودن ترانزیستور و زمان خاموش بودن آن، نسبت تنظیم می شود. این مقدار موثر و بزرگی ولتاژ ثابت را تغییر می دهد که می تواند با فرمول بیان شود

U v = U x t روشن / (t روشن + t خاموش)

هنگامی که ترانزیستور چاپر مدار جریان را باز می کند، سلف فیلتر ولتاژ ترانزیستور را بی نهایت زیاد می کند. برای جلوگیری از این امر، شکن توسط یک دیود سریع سوئیچینگ محافظت می شود. هنگامی که ترانزیستور باز و بسته می شود همانطور که در شکل نشان داده شده است. 13، ولتاژ در حالت 2 بالاترین میزان خواهد بود.

برنج. 13. ترانزیستور چاپر ولتاژ مدار میانی را کنترل می کند

فیلتر مدار میانی ولتاژ موج مربع را بعد از چاپر صاف می کند. خازن و سلف فیلتر یک ولتاژ ثابت را در یک فرکانس مشخص حفظ می کنند.

بسته به طراحی، مدار میانی می تواند عملکردهای دیگری نیز انجام دهد که عبارتند از:

جداسازی یکسو کننده از اینورتر

کاهش هارمونیک

ذخیره انرژی برای محدود کردن نوسانات بار متناوب.

معکوس کننده

اینورتر آخرین پیوند مبدل فرکانس قبل از موتور الکتریکی و مکانی است که انطباق نهایی ولتاژ خروجی در آن اتفاق می افتد.

مبدل فرکانس با تطبیق ولتاژ خروجی با شرایط بار، شرایط عملیاتی عادی را در کل محدوده کنترل فراهم می کند. این به شما امکان می دهد تا مغناطش بهینه موتور را حفظ کنید.

از مدار میانی اینورتر دریافت می کند

جریان مستقیم متغیر،

ولتاژ DC متغیر یا

ولتاژ DC ثابت.

به لطف اینورتر، در هر یک از این موارد مقدار متغیری به موتور الکتریکی عرضه می شود. به عبارت دیگر، اینورتر همیشه فرکانس مورد نظر ولتاژ تامین شده به موتور الکتریکی را ایجاد می کند. اگر جریان یا ولتاژ متغیر باشد، اینورتر فقط فرکانس مورد نظر را تولید می کند. اگر ولتاژ ثابت باشد، اینورتر هم فرکانس مورد نظر و هم ولتاژ مورد نظر را برای موتور ایجاد می کند.

اگرچه اینورترها به روش های مختلفی کار می کنند، ساختار اصلی آنها همیشه یکسان است. عناصر اصلی اینورترها دستگاه های نیمه هادی کنترل شده هستند که به صورت جفت در سه شاخه به هم متصل می شوند.

در حال حاضر تریستورها در اکثر موارد با ترانزیستورهای فرکانس بالا جایگزین می شوند که قابلیت باز و بسته شدن بسیار سریع را دارند. فرکانس سوئیچینگ معمولا از 300 هرتز تا 20 کیلوهرتز متغیر است و به دستگاه های نیمه هادی مورد استفاده بستگی دارد.

دستگاه های نیمه هادی در اینورتر توسط سیگنال های تولید شده توسط مدار کنترل باز و بسته می شوند. سیگنال ها را می توان به روش های مختلف تولید کرد.

برنج. 14. اینورتر جریان مدار میانی ولتاژ متغیر معمولی.

اینورترهای معمولی که عمدتاً جریان مدار میانی را با ولتاژهای متغیر سوئیچ می کنند، شامل شش تریستور و شش خازن هستند.

خازن ها به تریستورها اجازه می دهند تا باز و بسته شوند به گونه ای که جریان در سیم پیچ های فاز 120 درجه جابجا شود و باید با اندازه موتور الکتریکی سازگار شود. هنگامی که جریان به صورت دوره ای به ترمینال های موتور در توالی U-V، V-W، W-U، U-V... اعمال می شود، یک میدان مغناطیسی چرخشی متناوب با فرکانس مورد نیاز رخ می دهد. حتی اگر جریان موتور تقریباً مستطیل شکل باشد، ولتاژ موتور تقریباً سینوسی خواهد بود. با این حال، هنگامی که جریان روشن یا خاموش می شود، نوسانات ولتاژ همیشه رخ می دهد.

خازن ها توسط دیودها از جریان بار موتور الکتریکی جدا می شوند.

برنج. 15. اینورتر برای ولتاژ متغیر یا ثابت مدار میانی و وابستگی جریان خروجی به فرکانس سوئیچینگ اینورتر

اینورترها با ولتاژ مدار میانی متغیر یا ثابت حاوی شش عنصر کلیدزنی هستند و صرف نظر از نوع دستگاه های نیمه هادی مورد استفاده، تقریباً یکسان عمل می کنند. مدار کنترل با استفاده از چندین دستگاه نیمه هادی را باز و بسته می کند به طرق مختلفمدولاسیون، در نتیجه فرکانس خروجی مبدل فرکانس را تغییر می دهد.

روش اول برای تغییر ولتاژ یا جریان در مدار میانی است.

فواصل زمانی که در آن دستگاه های نیمه هادی جداگانه باز می شوند به ترتیبی مرتب می شوند که برای به دست آوردن فرکانس خروجی مورد نیاز استفاده می شود.

این توالی سوئیچینگ نیمه هادی توسط مقدار ولتاژ یا جریان مدار میانی متغیر کنترل می شود. با استفاده از یک نوسان ساز کنترل شده ولتاژ، فرکانس همیشه دامنه ولتاژ را دنبال می کند. این نوع کنترل اینورتر مدولاسیون دامنه پالس (PAM) نامیده می شود.

برای یک ولتاژ مدار میانی ثابت، یک روش پایه متفاوت استفاده می شود. ولتاژ موتور با اعمال ولتاژ مدار میانی به سیم پیچ های موتور برای مدت زمان طولانی تر یا کوتاه تر متغیر می شود.

برنج. 16 مدولاسیون دامنه و مدت پالس

فرکانس با تغییر پالس های ولتاژ در امتداد محور زمان تغییر می کند - به طور مثبت در یک نیم چرخه و منفی در طول دیگر.

از آنجایی که این روش مدت زمان (عرض) پالس های ولتاژ را تغییر می دهد، مدولاسیون عرض پالس (PWM) نامیده می شود. مدولاسیون PWM (و روش های مرتبط مانند PWM کنترل شده با موج سینوسی) رایج ترین روش کنترل اینورتر است.

در مدولاسیون PWM، مدار کنترل تعیین می کند که دستگاه های نیمه هادی در محل تقاطع یک ولتاژ شیب دار و یک ولتاژ مرجع سینوسی روی هم قرار گرفته (PWM کنترل شده با سینوسی) سوئیچ می کنند. دیگر روش‌های نویدبخش مدولاسیون PWM، روش‌های مدولاسیون عرض پالس اصلاح‌شده مانند WC و WC plus هستند که توسط Danfoss Corporation توسعه یافته‌اند.

ترانزیستورها

از آنجایی که ترانزیستورها می توانند با سرعت بالا سوئیچ شوند، تداخل الکترومغناطیسی که هنگام "پالسی" (مغناطیس) موتور رخ می دهد کاهش می یابد.

یکی دیگر از مزایای فرکانس سوئیچینگ بالا، انعطاف پذیری تعدیل ولتاژ خروجی مبدل فرکانس است که امکان تولید جریان موتور سینوسی را فراهم می کند، در حالی که مدار کنترل باید به سادگی ترانزیستورهای اینورتر را روشن و خاموش کند.

فرکانس سوئیچینگ اینورتر یک شمشیر دو لبه است، زیرا فرکانس های بالا می تواند باعث گرم شدن موتور و ایجاد پیک های ولتاژ بزرگ شود. هر چه فرکانس سوئیچینگ بیشتر باشد، تلفات بیشتر می شود.

از طرف دیگر، فرکانس پایین سوئیچینگ می تواند منجر به نویز صوتی بالا شود.

ترانزیستورهای فرکانس بالا را می توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد:

ترانزیستورهای دوقطبی (LTR)

ماسفت های تک قطبی (MOS-FET)

ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT)

در حال حاضر، ترانزیستورهای IGBT پرکاربردترین ترانزیستورها هستند، زیرا آنها خواص کنترلی ترانزیستورهای MOS-FET را با خواص خروجی ترانزیستورهای LTR ترکیب می کنند. علاوه بر این، آنها دارای محدوده توان، هدایت و فرکانس سوئیچینگ مناسب هستند که کنترل مبدل های فرکانس مدرن را بسیار آسان می کند.

با IGBT ها، هم عناصر اینورتر و هم کنترل های اینورتر در یک ماژول قالبی به نام "ماژول قدرت هوشمند" (IPM) قرار می گیرند.

مدولاسیون دامنه پالس (PAM)

مدولاسیون دامنه پالس برای مبدل های فرکانس با ولتاژ مدار میانی متغیر استفاده می شود.

در مبدل های فرکانس با یکسو کننده های کنترل نشده، دامنه ولتاژ خروجی توسط مدارشکن میانی تولید می شود و در صورت کنترل یکسو کننده، دامنه به طور مستقیم به دست می آید.

برنج. 20. تشکیل ولتاژ در مبدل های فرکانس با قطع کننده در مدار میانی

ترانزیستور (چاپگر) در شکل 20 توسط یک مدار کنترل و تنظیم باز یا قفل می شود. زمان سوئیچینگ به مقدار نامی (سیگنال ورودی) و سیگنال ولتاژ اندازه گیری شده (مقدار واقعی) بستگی دارد. مقدار واقعی در خازن اندازه گیری می شود.

سلف و خازن به عنوان فیلتری عمل می کنند که موج ولتاژ را صاف می کند. اوج ولتاژ به زمان روشن شدن ترانزیستور بستگی دارد و اگر مقادیر اسمی و واقعی با یکدیگر متفاوت باشند، چاپر تا رسیدن به سطح ولتاژ مورد نیاز کار می کند.

تنظیم فرکانس

فرکانس ولتاژ خروجی توسط اینورتر در طول یک دوره تغییر می کند و دستگاه های سوئیچینگ نیمه هادی بارها در طول یک دوره کار می کنند.

مدت دوره را می توان به دو روش تنظیم کرد:

1.مستقیم توسط سیگنال ورودی یا

2. استفاده از یک ولتاژ DC متغیر که متناسب با سیگنال ورودی است.

برنج. 21a. کنترل فرکانس با استفاده از ولتاژ مدار میانی

مدولاسیون عرض پالس رایج ترین روش تولید ولتاژ سه فاز با فرکانس مناسب است.

با مدولاسیون عرض پالس، تشکیل ولتاژ کل مدار میانی (≈ √2 x U) با مدت زمان و فرکانس سوئیچینگ عناصر قدرت تعیین می شود. نرخ تکرار پالس های PWM بین لحظه های روشن و خاموش متغیر است و اجازه تنظیم ولتاژ را می دهد.

سه گزینه اصلی برای تنظیم حالت های سوئیچینگ در یک اینورتر وجود دارد که توسط مدولاسیون عرض پالس کنترل می شود.

1. PWM کنترل شده سینوسی

2. PWM همزمان

3. PWM ناهمزمان

هر شاخه از یک اینورتر سه فاز PWM می تواند دو تا داشته باشد ایالت های مختلف(روشن و خاموش).

سه سوئیچ هشت ترکیب کلیدزنی ممکن را تشکیل می دهند (2 3) و بنابراین هشت بردار ولتاژ دیجیتال در خروجی اینورتر یا در سیم پیچ استاتور موتور الکتریکی متصل می شوند. همانطور که در شکل نشان داده شده است. 21b، این بردارهای 100، 110، 010، 011، 001، 101 در گوشه های شش ضلعی محصور شده قرار دارند و از بردارهای 000 و 111 به عنوان بردارهای صفر استفاده می کنند.

در مورد ترکیب سوئیچینگ 000 و 111، پتانسیل یکسانی در هر سه پایانه خروجی اینورتر ایجاد می شود - مثبت یا منفی نسبت به مدار میانی (به شکل 21c مراجعه کنید). برای یک موتور الکتریکی این به معنای اثر نزدیک به اتصال کوتاه پایانه ها است. ولتاژ O V نیز به سیم پیچ های موتور الکتریکی اعمال می شود.

PWM کنترل شده با موج سینوسی

PWM کنترل شده با موج سینوسی از یک ولتاژ مرجع سینوسی (Us) برای کنترل هر خروجی اینورتر استفاده می کند.مدت دوره ولتاژ سینوسی با فرکانس اساسی مورد نظر ولتاژ خروجی مطابقت دارد. یک ولتاژ دندانه اره (U D) به سه ولتاژ مرجع اعمال می شود، به شکل 1 مراجعه کنید. 22.

برنج. 22. اصل عملکرد PWM سینوسی کنترل شده (با دو ولتاژ مرجع)

هنگامی که ولتاژ سطح شیب دار و ولتاژ مرجع سینوسی تلاقی می کنند، نیمه هادی های اینورتر باز یا بسته می شوند.

تقاطع ها توسط عناصر الکترونیکی برد کنترل تعیین می شود. اگر ولتاژ سطح شیب دار بیشتر از ولتاژ سینوسی باشد، با کاهش ولتاژ سطح شیب دار، پالس های خروجی از مثبت به منفی (یا از منفی به مثبت) تغییر می کنند، به طوری که ولتاژ خروجی مبدل فرکانس توسط ولتاژ مدار میانی تعیین می شود. .

ولتاژ خروجی با نسبت بین مدت زمان حالت باز و بسته تغییر می کند و این نسبت را می توان برای به دست آوردن ولتاژ مورد نیاز تغییر داد. بنابراین، دامنه پالس های ولتاژ منفی و مثبت همیشه با نیمی از ولتاژ مدار میانی مطابقت دارد.

برنج. 23. ولتاژ خروجی PWM سینوسی کنترل شده

در فرکانس های پایین استاتور، زمان در حالت بسته افزایش می یابد و ممکن است آنقدر طولانی شود که حفظ فرکانس ولتاژ سطح شیب دار غیرممکن شود.

این باعث می شود دوره بدون ولتاژ افزایش یابد و موتور به طور ناهموار کار کند. برای جلوگیری از این امر، در فرکانس های پایین می توانید فرکانس ولتاژ رمپ را دو برابر کنید.

ولتاژ فاز در پایانه های خروجی مبدل فرکانس معادل نصف ولتاژ مدار میانی تقسیم بر √ 2 است، یعنی. برابر با نصف ولتاژ تغذیه ولتاژ خط در پایانه های خروجی √ 3 برابر ولتاژ فاز است، یعنی. برابر با ولتاژ تغذیه ضرب در 0.866.

یک اینورتر کنترل‌شده PWM که صرفاً با تعدیل ولتاژ مرجع موج سینوسی کار می‌کند، می‌تواند ولتاژی معادل 86.6 درصد ولتاژ نامی را تامین کند (شکل 23 را ببینید).

هنگام استفاده از مدولاسیون موج سینوسی خالص، ولتاژ خروجی مبدل فرکانس نمی تواند به ولتاژ موتور برسد زیرا ولتاژ خروجی نیز 13 درصد کمتر خواهد بود.

با این حال، ولتاژ اضافی مورد نیاز را می توان با کاهش تعداد پالس ها زمانی که فرکانس از حدود 45 هرتز فراتر رفت، به دست آورد، اما این روش دارای معایبی است. به طور خاص، باعث تغییر پله ای در ولتاژ می شود که منجر به عملکرد ناپایدار موتور الکتریکی می شود. اگر تعداد پالس ها کاهش یابد، هارمونیک های بالاتر در خروجی مبدل فرکانس افزایش می یابد که باعث افزایش تلفات در موتور الکتریکی می شود.

راه دیگر برای حل این مشکل استفاده از ولتاژهای مرجع دیگر به جای سه ولتاژ سینوسی است. این تنش ها می توانند به هر شکلی باشند (مثلا ذوزنقه ای یا پلکانی).

به عنوان مثال، یک مرجع ولتاژ رایج از هارمونیک سوم یک ولتاژ مرجع سینوسی استفاده می کند. می توان با افزایش دامنه ولتاژ مرجع سینوسی به میزان 15.5 درصد و افزودن هارمونیک سوم به آن، چنین حالت سوئیچینگی را برای دستگاه های نیمه هادی اینورتر به دست آورد که ولتاژ خروجی مبدل فرکانس را افزایش دهد.

PWM سنکرون

مشکل اصلی در استفاده از روش PWM کنترل شده سینوسی، نیاز به تعیین زمان و زاویه بهینه سوئیچینگ برای ولتاژ در یک دوره معین است. این زمان های سوئیچینگ باید به گونه ای تنظیم شوند که فقط حداقل هارمونیک های بالاتر را مجاز کنند. این حالت سوئیچینگ فقط برای یک محدوده فرکانس معین (محدود) حفظ می شود. عملیات خارج از این محدوده مستلزم استفاده از روش سوئیچینگ متفاوت است.

PWM ناهمزمان

نیاز به جهت گیری میدان و پاسخگویی سیستم از نظر گشتاور و کنترل سرعت درایوهای AC سه فاز (شامل سرووها) مستلزم تغییرات پله ای در دامنه و زاویه ولتاژ اینورتر است. استفاده از حالت سوئیچینگ PWM "عادی" یا همزمان اجازه تغییرات مرحله ای در دامنه و زاویه ولتاژ اینورتر را نمی دهد.

یکی از راه‌های برآورده کردن این نیاز، PWM ناهمزمان است که به جای همگام سازی مدولاسیون ولتاژ خروجی با فرکانس خروجی، همانطور که معمولاً برای کاهش هارمونیک در موتور الکتریکی انجام می‌شود، حلقه کنترل ولتاژ برداری را مدوله می‌کند و در نتیجه یک جفت سنکرون با فرکانس خروجی

دو گزینه اصلی برای PWM ناهمزمان وجود دارد:

SFAVM (مدولاسیون بردار ناهمزمان مبتنی بر جریان استاتور = (مدولاسیون برداری سنکرون جهت یابی شار مغناطیسی استاتور)

60 درجه AVM (مدولاسیون برداری ناهمزمان = مدولاسیون برداری ناهمزمان).

SFAVM یک روش مدولاسیون برداری فضایی است که امکان تغییرات تصادفی اما مرحله‌ای در ولتاژ، دامنه و زاویه اینورتر را در طول زمان سوئیچینگ فراهم می‌کند. این باعث افزایش خواص دینامیکی می شود.

هدف اصلی از استفاده از چنین مدولاسیونی، بهینه سازی شار مغناطیسی استاتور با استفاده از ولتاژ استاتور و در عین حال کاهش موج گشتاور است، زیرا انحراف زاویه به دنباله کموتاسیون بستگی دارد و می تواند باعث افزایش ریپل گشتاور شود. بنابراین، توالی کموتاسیون باید به گونه ای محاسبه شود که انحراف زاویه برداری را به حداقل برساند. سوئیچینگ بین بردارهای ولتاژ بر اساس محاسبه مسیر شار مغناطیسی مورد نظر در استاتور موتور است که به نوبه خود گشتاور را تعیین می کند.

نقطه ضعف سیستم های برق PWM معمولی قبلی، انحراف در دامنه بردار شار مغناطیسی استاتور و زاویه شار مغناطیسی بود. این انحرافات بر میدان دوار (گشتاور) در شکاف هوای موتور الکتریکی تأثیر منفی گذاشته و باعث ایجاد ضربان گشتاور می شود. تأثیر انحراف دامنه U ناچیز است و با افزایش فرکانس سوئیچینگ می‌توان آن را کاهش داد.

تولید ولتاژ موتور

عملکرد پایدار مربوط به تنظیم بردار ولتاژ دستگاه U wt است به طوری که یک دایره را توصیف می کند (شکل 24 را ببینید).

بردار ولتاژ با بزرگی ولتاژ موتور الکتریکی و سرعت چرخش مشخص می شود که با فرکانس کاری در لحظه در نظر گرفته شده در زمان مطابقت دارد. ولتاژ موتور با ایجاد مقادیر متوسط ​​با استفاده از پالس های کوتاه از بردارهای مجاور تولید می شود.

روش SFAVM که توسط شرکت Danfoss توسعه یافته است، از جمله ویژگی های زیر را دارد:

بردار ولتاژ را می توان در دامنه و فاز بدون انحراف از تنظیم تنظیم شده تنظیم کرد.

دنباله کموتاسیون همیشه با 000 یا 111 شروع می شود. این به بردار ولتاژ اجازه می دهد تا سه حالت سوئیچینگ داشته باشد.

مقدار متوسط ​​بردار ولتاژ با استفاده از پالس های کوتاه بردارهای همسایه و همچنین بردارهای صفر 000 و 111 به دست می آید.

مدار کنترل

مدار کنترل یا برد کنترل، چهارمین عنصر اصلی مبدل فرکانس است که برای حل چهار کار مهم طراحی شده است:

کنترل عناصر نیمه هادی مبدل فرکانس.

تبادل داده بین مبدل های فرکانس و دستگاه های جانبی.

جمع آوری داده ها و تولید پیام های خطا.

انجام عملکردهای حفاظتی مبدل فرکانس و موتور الکتریکی.

ریزپردازنده ها سرعت مدار کنترل را افزایش داده اند، دامنه کاربرد درایوها را به میزان قابل توجهی گسترش داده و تعداد آنها را کاهش داده اند. محاسبات لازم.

ریزپردازنده در مبدل فرکانس تعبیه شده است و همیشه قادر است ترکیب پالس بهینه را برای هر شرایط کاری تعیین کند.

مدار کنترل مبدل فرکانس AIM

برنج. 25 اصل عملکرد یک مدار کنترل برای یک مدار میانی که توسط یک قطع کننده کنترل می شود.

در شکل شکل 25 یک مبدل فرکانس با کنترل AIM و یک مدارشکن میانی را نشان می دهد. مدار کنترل مبدل (2) و اینورتر (3) را کنترل می کند.

کنترل بر اساس مقدار لحظه ای ولتاژ مدار میانی انجام می شود.

ولتاژ مدار میانی مداری را هدایت می کند که به عنوان شمارنده آدرس در حافظه ذخیره سازی داده عمل می کند. حافظه توالی های خروجی الگوی پالس اینورتر را ذخیره می کند. هنگامی که ولتاژ مدار میانی افزایش می یابد، شمارش سریعتر اتفاق می افتد، دنباله زودتر به پایان می رسد و فرکانس خروجی افزایش می یابد.

برای کنترل چاپر، ابتدا ولتاژ مدار میانی با مقدار نامی سیگنال ولتاژ مرجع مقایسه می شود. انتظار می رود این سیگنال ولتاژ ولتاژ و فرکانس خروجی صحیح را بدهد. اگر سیگنال مرجع و سیگنال مدار میانی تغییر کند، کنترل کننده PI به مدار اطلاع می دهد که زمان چرخه نیاز به تغییر دارد. این باعث می شود ولتاژ مدار میانی مطابق سیگنال مرجع تنظیم شود.

یک روش مدولاسیون رایج برای کنترل مبدل قدرت، مدولاسیون دامنه پالس (PAM) است. مدولاسیون عرض پالس (PWM) روش مدرن تری است.

کنترل میدانی (کنترل برداری)

کنترل برداری را می توان به روش های مختلفی سازماندهی کرد. تفاوت اصلی بین روش ها معیارهایی است که در محاسبه مقادیر جریان فعال، جریان مغناطیسی (شار مغناطیسی) و گشتاور استفاده می شود.

هنگام مقایسه موتورهای DC و موتورهای ناهمزمان سه فاز (شکل 26)، مشکلات خاصی آشکار می شود. در جریان مستقیم، پارامترهایی که برای تولید گشتاور مهم هستند - شار مغناطیسی (F) و جریان آرمیچر - با توجه به اندازه و محل فاز ثابت می‌شوند و با جهت سیم‌پیچ‌های میدان و موقعیت کربن تعیین می‌شوند. برس ها (شکل 26a).

در موتورهای DC جریان آرمیچر و جریان ایجاد کننده شار مغناطیسی در زوایای قائم با یکدیگر قرار دارند و مقادیر آنها خیلی زیاد نیست. در یک موتور الکتریکی ناهمزمان، موقعیت شار مغناطیسی (F) و جریان روتور (I،) به بار بستگی دارد. علاوه بر این، برخلاف موتورهای DC، زاویه فاز و جریان را نمی توان مستقیماً از اندازه استاتور تعیین کرد.

برنج. 26. مقایسه ماشین DC و ماشین ناهمزمان AC

با این حال، با استفاده از یک مدل ریاضی، می توان گشتاور را از رابطه بین شار مغناطیسی و جریان استاتور محاسبه کرد.

از جریان اندازه گیری شده استاتور (l s)، یک جزء (l w) استخراج می شود که گشتاوری با شار مغناطیسی (Ф) در زوایای قائم بین این دو متغیر (l in) ایجاد می کند. این باعث ایجاد شار مغناطیسی موتور الکتریکی می شود (شکل 27).


برنج. 27. محاسبه مولفه های جاری برای تنظیم میدانی

با این دو جزء جریان، گشتاور و شار مغناطیسی را می توان به طور مستقل تحت تأثیر قرار داد. با این حال، به دلیل پیچیدگی مشخص محاسبات بر اساس مدل دینامیکی یک موتور الکتریکی، چنین محاسباتی فقط در درایوهای دیجیتال مقرون به صرفه هستند.

از آنجایی که کنترل تحریک که مستقل از بار است، در این روش از کنترل گشتاور جدا می شود، می توان آن را به صورت دینامیکی کنترل کرد. موتور آسنکرونمانند موتور DC - به شرطی که سیگنال بازخورد وجود داشته باشد. این روش برای کنترل موتور AC سه فاز دارای مزایای زیر است:

پاسخ خوب به تغییرات بار

کنترل دقیق قدرت

گشتاور کامل در سرعت صفر

ویژگی های عملکردی با درایوهای DC قابل مقایسه است.

تنظیم ویژگی های V/f و بردار شار مغناطیسی

که در سال های گذشتهسیستم های کنترل سرعت برای موتورهای AC سه فاز بر اساس دو توسعه داده شده است اصول مختلفکنترل ها:

کنترل V/f معمولی یا کنترل SCALAR و کنترل بردار شار مغناطیسی.

هر دو روش بسته به الزامات خاص برای عملکرد درایو (دینامیک) و دقت، مزایای خاص خود را دارند.

کنترل V/f محدوده کنترل سرعت محدودی دارد (تقریباً 1:20) و در سرعت پایین یک اصل کنترل متفاوت (جبران) مورد نیاز است. با استفاده از این روش، تطبیق مبدل فرکانس با موتور نسبتاً آسان است و کنترل از تغییرات بار لحظه ای در کل محدوده سرعت مصون است.

در درایوهای کنترل شار، مبدل فرکانس باید دقیقاً برای موتور پیکربندی شود، که نیاز به دانش دقیق از پارامترهای آن دارد. اجزای اضافی نیز برای دریافت سیگنال بازخورد مورد نیاز است.

برخی از مزایای این نوع کنترل:

پاسخ سریع به تغییرات سرعت و محدوده سرعت گسترده

پاسخ دینامیکی بهتر به تغییرات جهت

یک اصل کنترل یکنواخت در کل محدوده سرعت تضمین می شود.

برای کاربر، راه حل بهینه ترکیب بهترین خواص هر دو اصل خواهد بود. بدیهی است که در عین حال خاصیتی مانند مقاومت در برابر بارگذاری/تخلیه پله ای در کل محدوده سرعت نیز ضروری است که معمولا نقطه قوتتنظیم V/f و پاسخ سریع به تغییرات مرجع سرعت (مانند کنترل میدان).

درایو فرکانس متغیر (Vairable Requency Drive, VFD) سیستمی برای کنترل سرعت روتور موتور الکتریکی ناهمزمان (سنکرون) است. از خود موتور الکتریکی و یک مبدل فرکانس تشکیل شده است.

مبدل فرکانس (مبدل فرکانس) دستگاهی است متشکل از یک یکسو کننده (پل DC) که جریان متناوب فرکانس صنعتی را به جریان مستقیم و یک اینورتر (مبدل) (گاهی اوقات با PWM) تبدیل می کند که جریان مستقیم را به جریان متناوب فرکانس مورد نیاز تبدیل می کند. و دامنه. تریستورهای خروجی (GTO) یا IGBT جریان لازم را برای تغذیه موتور فراهم می کنند. برای جلوگیری از بارگذاری بیش از حد مبدل در زمانی که فیدر طولانی است، چوک هایی بین مبدل و فیدر نصب می شود و برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی، فیلتر EMC نصب می شود. با کنترل اسکالر، جریان های هارمونیک فازهای موتور تشکیل می شود. کنترل برداری روشی برای کنترل موتورهای سنکرون و ناهمزمان است که نه تنها جریان هارمونیک (ولتاژ) فازها را تولید می کند، بلکه کنترل شار مغناطیسی روتور (گشتاور روی شفت موتور) را نیز فراهم می کند.

کاربرد درایو فرکانس

مبدل های فرکانس در موارد زیر استفاده می شود:

  • درایو الکتریکی کشتی قدرت بالا
  • آسیاب های نورد (عملکرد همزمان غرفه ها)
  • درایو پر سرعت پمپ های توربومولکولی خلاء (تا 100000 دور در دقیقه)
  • سیستم های نقاله
  • ماشین های برش
  • ماشین های CNC - همگام سازی حرکت چندین محور به طور همزمان (تا 32 - به عنوان مثال در تجهیزات چاپ یا بسته بندی) (درایوهای سرو)
  • باز شدن خودکار درها
  • میکسر، پمپ، فن، کمپرسور
  • کولرهای خانگی
  • ماشین های لباسشویی
  • حمل و نقل برقی شهری، به ویژه ترولی بوس.

بیشترین تأثیر اقتصادی ناشی از استفاده از VFD ها در سیستم های تهویه، تهویه مطبوع و تامین آب است، جایی که استفاده از VFD عملاً به یک استاندارد تبدیل شده است.

مزایای استفاده از VFD

  • دقت کنترل بالا
  • صرفه جویی در انرژی در صورت بار متغیر (یعنی کارکرد موتور الکتریکی در بار جزئی).
  • برابر با حداکثر گشتاور شروع.
  • امکان عیب یابی از راه دور درایو از طریق شبکه صنعتی
    • تشخیص شکست فاز برای مدارهای ورودی و خروجی
    • ضبط ساعت موتور
    • پیری خازن های مدار اصلی
    • خرابی فن
  • افزایش عمر تجهیزات
  • کاهش مقاومت هیدرولیکی خط لوله به دلیل عدم وجود شیر کنترل
  • شروع صافموتور، که به طور قابل توجهی سایش آن را کاهش می دهد
  • یک VFD معمولاً حاوی یک کنترلر PID است و می تواند مستقیماً به سنسور متغیر کنترل شده (مثلاً فشار) متصل شود.
  • ترمز کنترل شده و راه اندازی مجدد خودکار در صورت قطع برق
  • برداشتن یک موتور الکتریکی دوار
  • تثبیت سرعت چرخش هنگام تغییر بار
  • کاهش قابل توجه نویز صوتی موتور الکتریکی (با استفاده از عملکرد Soft PWM)
  • صرفه جویی در انرژی اضافی ناشی از بهینه سازی تحریک الکتریکی. موتور
  • به شما امکان می دهد یک مدارشکن را تعویض کنید

معایب استفاده درایو فرکانس

  • اکثر مدل های VFD منبع نویز هستند (نیاز به نصب فیلترهای تداخل فرکانس بالا دارد)
  • هزینه نسبتاً بالا برای VFD های پرقدرت (بازپرداخت حداقل 1-2 سال)

کاربرد مبدل های فرکانس در ایستگاه های پمپاژ

روش کلاسیک کنترل خوراک واحدهای پمپاژشامل فشار دادن خطوط فشار و تنظیم تعداد واحدهای عملیاتی بر اساس هر کدام است پارامتر فنی(به عنوان مثال، فشار در خط لوله). در این حالت، واحدهای پمپاژ بر اساس ویژگی های طراحی خاص (معمولا با ذخیره عملکرد) انتخاب می شوند و به طور مداوم با سرعت ثابت کار می کنند، بدون در نظر گرفتن هزینه های تغییر ناشی از مصرف متغیر آب. در حداقل جریان، پمپ ها با سرعت ثابت به کار خود ادامه می دهند و ایجاد می کنند فشار بیش از حددر شبکه (علت حوادث)، در حالی که مقدار قابل توجهی از برق هدر می رود. به عنوان مثال، در شب، زمانی که مصرف آب به شدت کاهش می یابد، این اتفاق می افتد. اثر اصلی نه با صرفه جویی در انرژی، بلکه با کاهش قابل توجه هزینه تعمیر شبکه های آبرسانی به دست می آید.

ظهور یک درایو الکتریکی قابل تنظیم، حفظ فشار ثابت را مستقیماً در مصرف کننده ممکن کرد. درایوهای الکتریکی با فرکانس متغیر با موتورهای الکتریکی ناهمزمان برای مصارف صنعتی عمومی به طور گسترده در عمل جهانی استفاده می شود. در نتیجه انطباق موتورهای ناهمزمان صنعتی عمومی با شرایط عملکردی خود در درایوهای الکتریکی کنترل‌شده، موتورهای ناهمزمان قابل تنظیم ویژه با شاخص‌های انرژی و اندازه وزن و هزینه بالاتر در مقایسه با موتورهای غیر سازگار ایجاد می‌شوند. کنترل فرکانس سرعت چرخش شفت یک موتور ناهمزمان با استفاده از آن انجام می شود دستگاه الکترونیکیکه معمولا به آن مبدل فرکانس می گویند. اثر فوق با تغییر فرکانس و دامنه ولتاژ سه فاز عرضه شده به موتور الکتریکی حاصل می شود. بنابراین، تغییر پارامترهای ولتاژ تغذیه ( کنترل فرکانس، می توانید سرعت چرخش موتور را هم کمتر و هم بیشتر از سرعت اسمی کنید. در ناحیه دوم (فرکانس بالاتر از اسمی)، حداکثر گشتاور روی شفت با سرعت چرخش نسبت معکوس دارد.

روش تبدیل فرکانس بر اساس اصل زیر است. به طور معمول، فرکانس شبکه صنعتی 50 هرتز است. به عنوان مثال، یک پمپ با یک موتور الکتریکی دو قطبی را در نظر بگیرید. با در نظر گرفتن لغزش، سرعت چرخش موتور حدود 2800 (بسته به توان) دور در دقیقه است و به خروجی واحد پمپاژ فشار و عملکرد اسمی می دهد (زیرا این پارامترهای اسمی آن طبق گذرنامه هستند). اگر از مبدل فرکانس برای کاهش فرکانس و دامنه ولتاژ متناوب عرضه شده به آن استفاده کنید، سرعت چرخش موتور به ترتیب کاهش می یابد و در نتیجه عملکرد واحد پمپاژ تغییر می کند. اطلاعات مربوط به فشار در شبکه از یک سنسور فشار ویژه نصب شده در مصرف کننده وارد واحد مبدل فرکانس می شود؛ بر اساس این داده ها، مبدل بر این اساس فرکانس ارائه شده به موتور را تغییر می دهد.

مبدل فرکانس مدرن دارای طراحی جمع و جور، محفظه ضد گرد و غبار و رطوبت، و رابط کاربر پسند است که به آن اجازه می دهد تا در بیشتر موارد استفاده شود. شرایط دشوارو محیط های چالش برانگیز محدوده توان بسیار گسترده است و از 0.18 تا 630 کیلو وات یا بیشتر با منبع تغذیه استاندارد 220/380 ولت و 50-60 هرتز متغیر است. تمرین نشان می دهد که استفاده از مبدل های فرکانسبر ایستگاه های پمپاژاجازه می دهد:

  • صرفه جویی در انرژی (با تغییرات قابل توجه در مصرف) با تنظیم قدرت درایو الکتریکی بسته به مصرف واقعی آب (اثر صرفه جویی 20-50٪).
  • کاهش مصرف آب با کاهش نشتی هنگامی که فشار در خط اصلی بیش از حد است، زمانی که مصرف آب در واقع کم است (به طور متوسط ​​5٪).
  • کاهش هزینه ها (اثر اقتصادی اصلی) برای تعمیرات اضطراری تجهیزات (کل زیرساخت تامین آب به دلیل کاهش شدید تعداد موقعیت های اضطراری ناشی از چکش آب، که اغلب در هنگام استفاده از یک درایو الکتریکی غیرقابل تنظیم اتفاق می افتد) ثابت شده است که عمر مفید تجهیزات حداقل 1.5 برابر افزایش می یابد).
  • دستیابی به صرفه جویی در گرما در سیستم های تامین آب گرم با کاهش تلفات آب گرما.
  • در صورت لزوم فشار را بالاتر از حد طبیعی افزایش دهید.
  • سیستم تامین آب را به طور جامع خودکار کنید و در نتیجه بودجه را کاهش دهید دستمزدپرسنل خدماتی و وظیفه ای و از بین بردن تأثیر «عامل انسانی» بر عملکرد سیستم که این نیز مهم است.

بر اساس داده های موجود، دوره بازپرداخت پروژه برای معرفی مبدل های فرکانس از 3 ماه تا 2 سال متغیر است.

افت نیرو هنگام ترمز موتور الکتریکی

در بسیاری از تاسیسات، یک درایو الکتریکی قابل تنظیم نه تنها وظیفه تنظیم هموار گشتاور و سرعت چرخش موتور الکتریکی را بر عهده دارد، بلکه وظیفه کاهش سرعت و ترمز عناصر نصب را نیز بر عهده دارد. راه حل کلاسیکچنین وظیفه ای یک سیستم درایو با یک موتور ناهمزمان با مبدل فرکانس مجهز به یک سوئیچ ترمز با یک مقاومت ترمز است.

در همان زمان، در حالت کاهش سرعت/ترمز، موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند که در نهایت توسط مقاومت ترمز هدر می رود. تاسیسات معمولی که در آنها چرخه‌های شتاب متناوب با چرخه‌های کاهش سرعت می‌شوند عبارتند از: درایو کششی وسایل نقلیه الکتریکی، بالابرها، آسانسورها، سانتریفیوژها، ماشین‌های سیم پیچ، و غیره. در پایان قرن بیستم، مبدل های فرکانس با یک ریکاوراتور داخلی ظاهر شدند که به انرژی دریافتی از موتوری که در حالت ترمز کار می کند، اجازه می دهد تا به شبکه بازگردد. در این حالت ، نصب تقریباً بلافاصله پس از راه اندازی شروع به "پول" می کند.

اصل عملکرد مبدل فرکانس

در حال حاضر، موتور الکتریکی ناهمزمان به وسیله اصلی در اکثر درایوهای الکتریکی تبدیل شده است. به طور فزاینده ای از یک اینورتر با کنترل PWM برای کنترل آن استفاده می شود. چنین مدیریتی مزایای زیادی را فراهم می کند، اما در انتخاب راه حل های فنی خاص مشکلاتی را نیز ایجاد می کند. بیایید سعی کنیم آنها را با جزئیات بیشتری درک کنیم.

دستگاه مبدل فرکانس

توسعه و تولید طیف گسترده‌ای از ماژول‌های IGBT ترانزیستوری با ولتاژ بالا، امکان پیاده‌سازی کلیدهای برق چند فازی را که مستقیماً توسط سیگنال‌های دیجیتال کنترل می‌شوند را ممکن ساخته است. ابزارهای محاسباتی قابل برنامه ریزی تولید توالی های عددی را در ورودی سوئیچ هایی که سیگنال ها را ارائه می دهند، ممکن می سازد. توسعه و تولید انبوه میکروکنترلرهای تک تراشه با منابع محاسباتی بزرگ، امکان حرکت به سمت درایوهای الکتریکی سروو با کنترلرهای دیجیتال را فراهم کرده است.

مبدل های فرکانس قدرت، به عنوان یک قاعده، بر اساس مداری که حاوی یکسو کننده با استفاده از دیودها یا ترانزیستورهای قدرتمند قدرت و یک اینورتر (سوئیچ کنترل شده) با استفاده از ترانزیستورهای IGBT شنت شده توسط دیودها اجرا می شود (شکل 1).


برنج. 1. مدار مبدل فرکانس

مرحله ورودی، ولتاژ شبکه سینوسی عرضه شده را تصحیح می کند، که پس از صاف کردن با کمک یک فیلتر القایی-خازنی، به عنوان منبع تغذیه برای یک اینورتر کنترل شده عمل می کند که تحت عمل فرمان های کنترل دیجیتال، سیگنال c را تولید می کند. جریان های سینوسی در سیم پیچ های استاتور با پارامترهایی ایجاد می کند که حالت کار مورد نیاز موتور الکتریکی را تضمین می کند.

کنترل دیجیتال مبدل قدرت با استفاده از سخت افزار ریزپردازنده و نرم افزار مربوط به وظایف تعیین شده انجام می شود. دستگاه محاسباتی سیگنال های کنترلی را برای 52 ماژول در زمان واقعی تولید می کند و همچنین سیگنال های سیستم های اندازه گیری را که عملکرد درایو را کنترل می کنند پردازش می کند.

دستگاه های قدرت و امکانات محاسباتی کنترلی در یک محصول صنعتی با طراحی ساختاری به نام مبدل فرکانس ترکیب می شوند.

دو نوع اصلی مبدل فرکانس مورد استفاده در تجهیزات صنعتی وجود دارد:

    مبدل های مارک برای انواع خاص تجهیزات.

    مبدل های فرکانس جهانی برای کنترل چند منظوره عملکرد IM در حالت های مشخص شده توسط کاربر طراحی شده اند.

نصب و کنترل حالت های عملکرد مبدل فرکانس را می توان با استفاده از کنترل پنل مجهز به صفحه نمایش اطلاعات وارد شده انجام داد. که در نسخه سادهبرای کنترل فرکانس اسکالر، می توانید از مجموعه ای از توابع منطقی ساده موجود در تنظیمات کارخانه کنترلر و یک کنترلر PID داخلی استفاده کنید.

برای پیاده سازی حالت های کنترل پیچیده تر با استفاده از سیگنال های حسگرهای بازخورد، لازم است یک ساختار ACS و یک الگوریتم ایجاد شود که باید با استفاده از یک کامپیوتر خارجی متصل برنامه ریزی شود.

اکثر تولید کنندگان طیف وسیعی از مبدل های فرکانس را تولید می کنند که در ورودی و خروجی متفاوت است مشخصات الکتریکی، قدرت، طراحی و سایر پارامترها. برای اتصال به تجهیزات خارجی (منبع تغذیه، موتور)، می توان از عناصر خارجی اضافی استفاده کرد: استارت مغناطیسی، ترانسفورماتور، چوک.


انواع سیگنال های کنترلی

باید بین انواع مختلف سیگنال ها تمایز قائل شد و برای هر کدام از آنها از کابل جداگانه استفاده کرد. انواع مختلفسیگنال ها می توانند بر یکدیگر تأثیر بگذارند. در عمل، چنین جدایی اغلب اتفاق می افتد، به عنوان مثال، کابل از را می توان مستقیما به مبدل فرکانس متصل کرد.


برنج. 2. نمونه اتصال مدارهای قدرت و مدارهای کنترل مبدل فرکانس

انواع سیگنال های زیر را می توان تشخیص داد:

    آنالوگ - سیگنال های ولتاژ یا جریان (0...10 ولت، 0/4...20 میلی آمپر)، که مقدار آنها به آرامی یا به ندرت تغییر می کند، معمولا این سیگنال های کنترل یا اندازه گیری هستند.

    سیگنال های ولتاژ یا جریان گسسته (0...10 ولت، 0/4...20 میلی آمپر)، که می تواند تنها دو مقدار به ندرت تغییر کند (بالا یا کم).

    دیجیتال (داده) - سیگنال های ولتاژ (0...5 ولت، 0...10 ولت)، که به سرعت و با فرکانس بالا تغییر می کنند، معمولا این سیگنال ها از پورت های RS232، RS485 و غیره هستند.

    رله - کنتاکت های رله (0...220 ولت AC) می توانند جریان های القایی را بسته به بار متصل (رله های خارجی، لامپ ها، سوپاپ ها، ترمزها و غیره) روشن کنند.

انتخاب توان مبدل فرکانس

هنگام انتخاب قدرت مبدل فرکانس، لازم است نه تنها بر اساس قدرت موتور الکتریکی، بلکه بر اساس جریان نامی و ولتاژ مبدل و موتور نیز قرار گیرد. واقعیت این است که قدرت مشخص شده مبدل فرکانس فقط برای عملکرد آن با موتور الکتریکی ناهمزمان 4 قطبی استاندارد در کاربردهای استاندارد اعمال می شود.

درایوهای واقعی جنبه های زیادی دارند که می تواند باعث افزایش بار فعلی درایو شود، به عنوان مثال در هنگام راه اندازی. به طور کلی استفاده از درایو فرکانس کاهش بارهای جریانی و مکانیکی ناشی از راه اندازی نرم را ممکن می سازد. به عنوان مثال، جریان شروع از 600٪ به 100-150٪ از مقدار نامی کاهش می یابد.

عملکرد رانندگی با سرعت کاهش یافته

باید به خاطر داشت که اگرچه مبدل فرکانس به راحتی کنترل سرعت 10:1 را فراهم می کند، اما زمانی که موتور در سرعت های پایین کار می کند، ممکن است قدرت فن خود کافی نباشد. نظارت بر دمای موتور و تهویه اجباری ضروری است.

سازگاری الکترومغناطیسی

از آنجایی که مبدل فرکانس منبع قدرتمندی از هارمونیک های فرکانس بالا است، برای اتصال موتورها باید از کابل محافظ با حداقل طول استفاده شود. چنین کابلی باید در فاصله حداقل 100 میلی متر از سایر کابل ها گذاشته شود. این تداخل را به حداقل می رساند. در صورت نیاز به عبور کابل ها، عبور با زاویه 90 درجه انجام می شود.

برق از ژنراتور اضطراری

شروع نرم، که توسط مبدل فرکانس ارائه می شود، به شما امکان کاهش می دهد قدرت مورد نیازژنراتور از آنجایی که با چنین شروعی جریان 4-6 بار کاهش می یابد، قدرت ژنراتور را می توان به تعداد مشابهی کاهش داد. اما با این وجود، باید یک کنتاکتور بین ژنراتور و درایو نصب شود که از خروجی رله درایو فرکانس کنترل می شود. این مبدل فرکانس را از اضافه ولتاژهای خطرناک محافظت می کند.

منبع تغذیه مبدل سه فاز از شبکه تک فاز

مبدل های فرکانس سه فاز می توانند از یک شبکه تک فاز تغذیه شوند، اما جریان خروجی آنها نباید از 50 درصد جریان نامی تجاوز کند.

صرفه جویی در انرژی و پول

پس انداز به دلایل مختلفی رخ می دهد. اولاً، به دلیل رشد به مقادیر 0.98، یعنی. حداکثر توان برای انجام کار مفید استفاده می شود، حداقل آن به تلفات می رسد. ثانیاً، ضریب نزدیک به این در تمام حالت های کار موتور به دست می آید.

بدون مبدل فرکانس، موتورهای ناهمزمان در بارهای کم دارای فی کسینوس 0.3-0.4 هستند. ثالثاً نیازی به تنظیمات مکانیکی اضافی (فلپ، دریچه گاز، سوپاپ، ترمز و ...) نیست، همه چیز به صورت الکترونیکی انجام می شود. با چنین دستگاه کنترلی، پس انداز می تواند به 50٪ برسد.

همگام سازی چندین دستگاه

با توجه به ورودی های کنترلی اضافی درایو فرکانس، امکان همگام سازی فرآیندها در نوار نقاله یا تنظیم نسبت تغییرات در برخی مقادیر بسته به مقدار دیگر وجود دارد. برای مثال، سرعت چرخش دوک ماشین را به سرعت تغذیه کاتر وابسته کنید. فرآیند بهینه خواهد شد زیرا هنگامی که بار بر روی کاتر افزایش می یابد، تغذیه کاهش می یابد و بالعکس.

محافظت از شبکه در برابر هارمونیک های بالاتر

برای حفاظت اضافیعلاوه بر کابل های محافظ کوتاه، از چوک های خط و خازن های شنت استفاده می شود. علاوه بر این، افزایش جریان را هنگام روشن شدن محدود می کند.

انتخاب کلاس حفاظتی مناسب

برای عملکرد بدون مشکل یک درایو فرکانس، یک هیت سینک قابل اعتماد مورد نیاز است. اگر از کلاس های حفاظتی بالا، به عنوان مثال IP 54 و بالاتر استفاده می کنید، دستیابی به چنین اتلاف گرمایی دشوار یا گران است. بنابراین می توانید از یک کابینت مجزا با کلاس حفاظتی بالا استفاده کنید که در آن می توانید ماژول هایی با کلاس پایین تر قرار دهید و تهویه و خنک کننده عمومی را تامین کنید.

اتصال موازی موتورهای الکتریکی به یک مبدل فرکانس

به منظور کاهش هزینه ها می توان از یک مبدل فرکانس برای کنترل چندین موتور الکتریکی استفاده کرد. قدرت آن باید با حاشیه 10-15 درصد انتخاب شود حداکثر قدرتتمام موتورهای الکتریکی در این صورت لازم است طول کابل های موتور را به حداقل برسانید و نصب دریچه گاز موتور بسیار توصیه می شود.

اکثر مبدل های فرکانس اجازه نمی دهند که موتورها با استفاده از کنتاکتورها در حین کارکردن درایو فرکانس قطع یا وصل شوند. این کار فقط از طریق دستور توقف درایو قابل انجام است.

تنظیم عملکرد کنترل

برای به دست آوردن حداکثر شاخص های عملکرد درایو الکتریکی، مانند: ضریب توان، ضریب اقدام مفید، ظرفیت اضافه بار، نرمی تنظیم، دوام، باید رابطه بین تغییر فرکانس کاری و ولتاژ در خروجی مبدل فرکانس را به درستی انتخاب کنید.

تابع تغییر ولتاژ به ماهیت گشتاور بار بستگی دارد. در یک گشتاور ثابت، ولتاژ روی استاتور موتور الکتریکی باید متناسب با فرکانس تنظیم شود (تنظیم اسکالر U/F = const). برای مثال برای یک فن، نسبت دیگر U/F*F = const است. اگر فرکانس را 2 برابر افزایش دهیم، ولتاژ باید 4 افزایش یابد (تنظیم برداری). درایوهایی با عملکردهای کنترلی پیچیده تر وجود دارد.

مزایای استفاده از درایو الکتریکی قابل تنظیم با مبدل فرکانس

علاوه بر افزایش کارایی و صرفه جویی در انرژی، چنین درایو الکتریکی به شما امکان می دهد تا کیفیت های کنترل جدیدی را به دست آورید. این در امتناع اضافی بیان می شود دستگاه های مکانیکیایجاد تلفات و کاهش قابلیت اطمینان سیستم ها: ترمز، دمپر، دریچه گاز، سوپاپ، شیر کنترل و غیره. به عنوان مثال، ترمز را می توان با چرخش معکوس به دست آورد میدان الکترومغناطیسیدر استاتور موتور الکتریکی با تغییر فقط رابطه عملکردی بین فرکانس و ولتاژ، بدون تغییر چیزی در مکانیک، یک درایو متفاوت به دست می‌آوریم.

خواندن اسناد

لازم به ذکر است که اگرچه مبدل های فرکانس مشابه یکدیگر هستند و به یکی از آنها تسلط دارند، درک دیگری آسان است، با این وجود، لازم است مستندات را با دقت مطالعه کنید. برخی از تولیدکنندگان محدودیت هایی را برای استفاده از محصولات خود اعمال می کنند و در صورت تخلف، محصول را از گارانتی خارج می کنند.

مبدل های فرکانس برای تنظیم آرام سرعت یک موتور ناهمزمان با ایجاد یک ولتاژ فرکانس متغیر سه فاز در خروجی مبدل طراحی شده اند. در ساده ترین موارد، تنظیم فرکانس و ولتاژ مطابق با مشخصه V/f داده شده است، پیشرفته ترین مبدل ها به اصطلاح پیاده سازی می کنند کنترل برداری .
اصل کار یک مبدل فرکانس یا همانطور که اغلب به نام اینورتر نامیده می شود: ولتاژ متناوب یک شبکه صنعتی توسط یک بلوک از دیودهای یکسو کننده تصحیح می شود و توسط یک بانک خازن با ظرفیت بالا فیلتر می شود تا موج دار شدن آن به حداقل برسد. ولتاژ حاصل این ولتاژ به یک مدار پل که شامل شش ترانزیستور IGBT یا MOSFET کنترل شده با دیودهای متصل به صورت موازی برای محافظت از ترانزیستورها در برابر خرابی توسط ولتاژ قطب معکوس است که هنگام کار با سیم پیچ موتور رخ می دهد، تامین می شود. علاوه بر این، مدار گاهی اوقات شامل یک مدار "تخلیه" انرژی است - یک ترانزیستور با یک مقاومت اتلاف توان بالا. این مدار در حالت ترمز برای سرکوب ولتاژ تولید شده توسط موتور و محافظت از خازن ها از شارژ بیش از حد و خرابی استفاده می شود.
بلوک دیاگرام اینورتر در زیر نشان داده شده است.
یک مبدل فرکانس همراه با یک موتور الکتریکی ناهمزمان به شما امکان می دهد یک درایو الکتریکی DC را جایگزین کنید. سیستم های کنترل سرعت موتور DC بسیار ساده هستند، اما نقطه ضعف چنین درایو الکتریکی موتور الکتریکی است. گران و غیر قابل اعتماد است. در حین کار، برس ها جرقه می زنند و کموتاتور تحت تأثیر فرسایش الکتریکی فرسوده می شود. این موتور الکتریکی را نمی توان در محیط های گرد و غبار یا انفجاری استفاده کرد.
موتورهای الکتریکی ناهمزمان از بسیاری جهات نسبت به موتورهای DC برتری دارند: از نظر طراحی ساده و قابل اعتماد هستند، زیرا دارای کنتاکت متحرک نیستند. ابعاد، وزن و هزینه کمتری نسبت به موتورهای DC برای همان قدرت دارند. ساخت و کارکرد موتورهای آسنکرون آسان است.
نقطه ضعف اصلی موتورهای الکتریکی ناهمزمان دشواری تنظیم سرعت آنها با استفاده از روش های سنتی (تغییر ولتاژ تغذیه، وارد کردن مقاومت های اضافی به مدار سیم پیچ) است.
کنترل یک موتور الکتریکی ناهمزمان در حالت فرکانس تا همین اواخر مشکل بزرگی بود، اگرچه تئوری کنترل فرکانس در دهه 30 توسعه یافت. توسعه درایوهای فرکانس متغیر به دلیل هزینه بالای مبدل های فرکانس با مشکل مواجه شده است. ظهور مدارهای قدرت با ترانزیستورهای IGBT و توسعه سیستم های کنترل ریزپردازنده با کارایی بالا به شرکت های مختلف در اروپا، ایالات متحده آمریکا و ژاپن این امکان را داده است تا مبدل های فرکانس مدرن را با قیمتی مقرون به صرفه ایجاد کنند.
سرعت چرخش محرک ها را می توان با استفاده از دستگاه های مختلف کنترل کرد: متغیرهای مکانیکی، کوپلینگ های هیدرولیک، مقاومت های اضافی وارد شده به استاتور یا روتور، مبدل های فرکانس الکترومکانیکی، مبدل های فرکانس استاتیک.
استفاده از چهار دستگاه اول کنترل سرعت با کیفیت بالا را ارائه نمی دهد، غیراقتصادی است و نیاز به هزینه های نصب و بهره برداری بالایی دارد. مبدل های فرکانس استاتیک پیشرفته ترین دستگاه های کنترل درایو ناهمزمان در حال حاضر هستند.
اصل روش فرکانس تنظیم سرعت موتور ناهمزمان به این صورت است که با تغییر فرکانس f1 ولتاژ تغذیه مطابق با عبارت امکان پذیر است.

بدون تغییر تعداد جفت قطب p، سرعت زاویه ای میدان مغناطیسی استاتور را تغییر دهید.
این روش کنترل سرعت صاف را در محدوده وسیعی فراهم می کند و مشخصات مکانیکیاستحکام بالایی دارند.
تنظیم سرعت با افزایش لغزش موتور ناهمزمان همراه نیست، بنابراین تلفات توان در هنگام تنظیم اندک است.
برای به دست آوردن عملکرد انرژی بالای یک موتور ناهمزمان - ضرایب قدرت، راندمان، ظرفیت اضافه بار - لازم است ولتاژ ورودی را همزمان با فرکانس تغییر دهید.
قانون تغییر ولتاژ به ماهیت گشتاور بار Ms بستگی دارد. در یک گشتاور بار ثابت Mc=const، ولتاژ روی استاتور باید متناسب با فرکانس تنظیم شود:

برای ماهیت فن گشتاور بار، این حالت به شکل زیر است:

با گشتاور بار که نسبت معکوس با سرعت دارد:

بنابراین، برای تنظیم صاف و بدون پله سرعت شفت یک موتور الکتریکی ناهمزمان، مبدل فرکانس باید تنظیم همزمان فرکانس و ولتاژ روی سیم‌پیچ استاتور موتور ناهمزمان را فراهم کند.
مزایای استفاده از درایو با سرعت متغیر در فرآیندهای تکنولوژیکی
استفاده از یک درایو الکتریکی کنترل شده، صرفه جویی در انرژی را تضمین می کند و امکان به دست آوردن کیفیت های جدیدی از سیستم ها و اشیاء را فراهم می کند. صرفه جویی قابل توجهی در انرژی با تنظیم هر پارامتر تکنولوژیکی حاصل می شود. اگر نوار نقاله یا نوار نقاله است، می توانید سرعت حرکت آن را تنظیم کنید. اگر پمپ یا فن باشد، می توانید فشار را حفظ کنید یا عملکرد را تنظیم کنید. اگر این یک ماشین ابزار است، می توانید به آرامی سرعت تغذیه یا حرکت اصلی را تنظیم کنید.
یک اثر اقتصادی ویژه از استفاده از مبدل های فرکانس ناشی از استفاده از تنظیم فرکانس در تاسیساتی است که مایعات را حمل می کنند. تا به حال، رایج ترین راه برای تنظیم عملکرد چنین اجسامی استفاده از شیرهای دروازه یا شیرهای کنترلی است، اما امروزه کنترل فرکانس موتورهای ناهمزمان، به عنوان مثال، پروانه یک واحد پمپاژ یا فن، در دسترس است. هنگام استفاده از تنظیم کننده های فرکانس، تنظیم صاف سرعت چرخش تضمین می شود که در بیشتر موارد استفاده از گیربکس، متغیر، چوک و سایر تجهیزات کنترلی را حذف می کند.
هنگامی که از طریق مبدل فرکانس متصل می شود، موتور به آرامی و بدون جریان های راه اندازی و شوک شروع می شود که باعث کاهش بار موتور و مکانیسم ها می شود و در نتیجه عمر مفید آنها افزایش می یابد.
چشم انداز تنظیم فرکانس به وضوح از شکل قابل مشاهده است


بنابراین، هنگام دریچه گاز، جریان ماده ای که توسط یک دروازه یا دریچه مهار می شود، کار مفیدی انجام نمی دهد. استفاده از یک درایو الکتریکی قابل تنظیم پمپ یا فن به شما امکان می دهد فشار یا سرعت جریان مورد نیاز را تنظیم کنید که نه تنها باعث صرفه جویی در انرژی می شود، بلکه تلفات ماده حمل شده را نیز کاهش می دهد.
ساختار مبدل فرکانس
اکثر مبدل های فرکانس مدرن با استفاده از یک طرح تبدیل دوگانه ساخته می شوند. آنها از بخش های اصلی زیر تشکیل شده اند: یک پیوند DC (یکسو کننده کنترل نشده)، یک اینورتر پالس قدرت و یک سیستم کنترل.
لینک DC از یک یکسو کننده کنترل نشده و یک فیلتر تشکیل شده است. ولتاژ متناوب شبکه تغذیه به ولتاژ جریان مستقیم تبدیل می شود.
اینورتر پالس سه فاز قدرت از شش کلید ترانزیستوری تشکیل شده است. هر سیم پیچ موتور الکتریکی از طریق یک کلید مربوطه به پایانه های مثبت و منفی یکسو کننده متصل می شود. اینورتر ولتاژ اصلاح شده را به یک ولتاژ متناوب سه فاز با فرکانس و دامنه مورد نیاز تبدیل می کند که به سیم پیچ های استاتور موتور الکتریکی اعمال می شود.
در مراحل خروجی اینورتر از ترانزیستورهای قدرت IGBT به عنوان سوئیچ استفاده می شود. در مقایسه با تریستورها، فرکانس سوئیچینگ بالاتری دارند که به آنها امکان می دهد سیگنال خروجی سینوسی با حداقل اعوجاج تولید کنند.
اصل عملکرد مبدل فرکانس
مبدل فرکانس شامل یکسو کننده توان دیود کنترل نشده B، یک اینورتر مستقل، یک سیستم کنترل PWM، تنظیم خودکار، خفه کردن Lв و خازن فیلتر Cв. تنظیم فرکانس خروجی فوات و ولتاژ Uout به دلیل کنترل پهنای پالس فرکانس بالا در اینورتر انجام می شود.
کنترل عرض پالس با یک دوره مدولاسیون مشخص می شود که در آن سیم پیچ استاتور موتور الکتریکی به طور متناوب به قطب های مثبت و منفی یکسو کننده متصل می شود.
مدت زمان این حالت ها در دوره PWM بر اساس یک قانون سینوسی تعدیل می شود. در فرکانس‌های کلاک PWM بالا (معمولاً 2 ... 15 کیلوهرتز)، جریان‌های سینوسی در سیم‌پیچ‌های موتور به دلیل ویژگی‌های فیلتر کنندگی جریان می‌یابند.


بنابراین، شکل موج ولتاژ خروجی یک دنباله دو قطبی با فرکانس بالا از پالس های مستطیلی است (شکل 3).
فرکانس پالس توسط فرکانس PWM تعیین می شود، مدت زمان (عرض) پالس ها در طول دوره فرکانس خروجی AU طبق یک قانون سینوسی مدوله می شود. شکل منحنی جریان خروجی (جریان در سیم پیچ های موتور الکتریکی ناهمزمان) تقریباً سینوسی است.
تنظیم ولتاژ خروجی اینورتر به دو صورت انجام می شود: دامنه (AP) با تغییر ولتاژ ورودی Uv و عرض پالس (PWM) با تغییر برنامه سوئیچینگ شیرهای V1-V6 در Uv = const.
روش دوم به دلیل توسعه پایه عناصر مدرن (ریزپردازنده ها، ترانزیستورهای IBGT) در مبدل های فرکانس مدرن رایج شده است. با مدولاسیون عرض پالس، شکل جریان‌ها در سیم‌پیچ‌های استاتور یک موتور ناهمزمان به دلیل خواص فیلتر کردن خود سیم‌پیچ‌ها، نزدیک به سینوسی است.

این کنترل به شما اجازه می دهد تا دریافت کنید بازدهی بالامبدل و معادل کنترل آنالوگ با استفاده از فرکانس و دامنه ولتاژ است.
اینورترهای مدرن بر اساس دستگاه های نیمه هادی قدرت کاملاً کنترل شده - GTO روشن - تریستورها یا ترانزیستورهای دوقطبی IGBT با دروازه عایق ساخته می شوند. در شکل شکل 2.45 مدار پل 3 فاز یک اینورتر مستقل با استفاده از ترانزیستورهای IGBT را نشان می دهد.
این شامل یک فیلتر خازنی ورودی Cf و شش ترانزیستور IGBT V1-V6 است که به دیودهای جریان معکوس D1-D6 متصل هستند.
با تعویض متناوب شیرهای V1-V6 طبق الگوریتم مشخص شده توسط سیستم کنترل، ولتاژ ورودی ثابت Uв به یک ولتاژ خروجی متناوب مستطیلی پالس تبدیل می شود. جزء فعال جریان موتور الکتریکی ناهمزمان از طریق کلیدهای کنترل شده V1-V6 و جزء راکتیو جریان از طریق دیودهای D1-D6 جریان می یابد.


I – اینورتر پل سه فاز؛
ب – یکسو کننده پل سه فاز.
Sf – خازن فیلتر؛

گزینه ای برای اتصال مبدل فرکانس از Omron.

اتصال مبدل های فرکانس مطابق با الزامات EMC

نصب و اتصال مطابق با EMC به طور مفصل در دفترچه راهنمای دستگاه مربوطه توضیح داده شده است.

مبدل اطلاعات فنی

درایو فرکانس متغیر (VFD)- سیستم کنترل سرعت چرخش یک موتور الکتریکی ناهمزمان (سنکرون). از خود موتور الکتریکی و یک مبدل فرکانس تشکیل شده است.

مبدل فرکانس (مبدل فرکانس) دستگاهی است متشکل از یک یکسو کننده (پل DC) که جریان متناوب فرکانس صنعتی را به جریان مستقیم و یک اینورتر (مبدل) (گاهی اوقات با PWM) تبدیل می کند که جریان مستقیم را به جریان متناوب فرکانس مورد نیاز تبدیل می کند. و دامنه. تریستورهای خروجی (GTO) یا سلف، و برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی - یک فیلتر EMC.

کاربرد

VFD ها در سیستم های نوار نقاله، ماشین های برش، کنترل درایو میکسرها، پمپ ها، فن ها، کمپرسورها و غیره استفاده می شوند. VFD ها در کولرهای خانگی جای خود را پیدا کرده اند. VFD ها به طور فزاینده ای در حمل و نقل الکتریکی شهری، به ویژه در ترولی بوس ها محبوب می شوند. برنامه اجازه می دهد:

  • بهبود دقت کنترل
  • کاهش مصرف انرژی در صورت وجود بار متغیر

کاربرد مبدل های فرکانس در ایستگاه های پمپاژ

روش کلاسیک کنترل عرضه واحدهای پمپاژ شامل فشار دادن خطوط فشار و تنظیم تعداد واحدهای عامل بر اساس برخی پارامترهای فنی (به عنوان مثال فشار در خط لوله) است. در این حالت، واحدهای پمپاژ بر اساس ویژگی های طراحی خاص (معمولاً رو به بالا) انتخاب می شوند و به طور مداوم در یک حالت معین با سرعت چرخش ثابت، بدون در نظر گرفتن نوسانات دبی و فشار ناشی از مصرف متغیر آب، کار می کنند. آن ها به زبان سادهحتی زمانی که نیازی به تلاش قابل توجهی نباشد، پمپ ها با میزان کارکرد تعیین شده به کار خود ادامه می دهند و در عین حال مقدار قابل توجهی برق مصرف می کنند. به عنوان مثال، در شب، زمانی که مصرف آب به شدت کاهش می یابد، این اتفاق می افتد.

تولد درایو الکتریکی قابل تنظیم امکان حرکت از جهت مخالف را در فناوری سیستم تامین فراهم کرد: اکنون این واحد پمپاژ نیست که شرایط را دیکته می کند، بلکه ویژگی های خود خطوط لوله است. درایوهای الکتریکی با فرکانس متغیر با موتورهای الکتریکی ناهمزمان برای مصارف صنعتی عمومی به طور گسترده در عمل جهانی استفاده می شود. کنترل فرکانس سرعت چرخش شفت یک موتور ناهمزمان با استفاده از یک دستگاه الکترونیکی انجام می شود که معمولاً مبدل فرکانس نامیده می شود. اثر فوق با تغییر فرکانس و دامنه ولتاژ سه فاز عرضه شده به موتور الکتریکی حاصل می شود. بنابراین، با تغییر پارامترهای ولتاژ تغذیه (کنترل فرکانس)، می توانید سرعت چرخش موتور را هم کمتر و هم بالاتر از اسمی کنید.

روش تبدیل فرکانس بر اساس اصل زیر است. به طور معمول، فرکانس شبکه صنعتی 50 هرتز است. به عنوان مثال، یک پمپ با یک موتور الکتریکی دو قطبی را در نظر بگیرید. در این فرکانس شبکه، سرعت چرخش موتور 3000 (50 هرتز در 60 ثانیه) دور در دقیقه است و به خروجی واحد پمپاژ فشار و عملکرد نامی می دهد (زیرا این پارامترهای اسمی آن طبق گذرنامه هستند). اگر با استفاده از مبدل فرکانس، فرکانس ولتاژ متناوب عرضه شده به آن را کاهش دهید، سرعت چرخش موتور به ترتیب کاهش می یابد و در نتیجه فشار و عملکرد واحد پمپاژ تغییر می کند. اطلاعات مربوط به فشار در شبکه با استفاده از یک سنسور فشار ویژه نصب شده در خط لوله به واحد مبدل فرکانس ارائه می شود؛ بر اساس این داده ها، مبدل بر این اساس فرکانس عرضه شده به موتور را تغییر می دهد.

مبدل فرکانس مدرن دارای طراحی فشرده، محفظه ضد گرد و غبار و رطوبت و رابط کاربر پسند است که امکان استفاده از آن را در سخت ترین شرایط و محیط های مشکل ساز فراهم می کند. محدوده توان بسیار گسترده است و از 0.4 تا 500 کیلو وات یا بیشتر با منبع تغذیه استاندارد 220/380 ولت و 50-60 هرتز متغیر است. تمرین نشان می دهد که استفاده از مبدل های فرکانس در ایستگاه های پمپاژ اجازه می دهد:

صرفه جویی در انرژی با تنظیم عملکرد درایو الکتریکی بسته به مصرف واقعی آب (اثر صرفه جویی 20-50٪).

کاهش مصرف آب با کاهش نشتی هنگامی که فشار در خط اصلی بیش از حد است، زمانی که مصرف آب در واقع کم است (به طور متوسط ​​5٪).

کاهش هزینه ها برای تعمیرات پیشگیرانه و تعمیرات اساسی سازه ها و تجهیزات (کل زیرساخت آبرسانی)، در نتیجه سرکوب شرایط اضطراری ناشی از چکش آبی، که اغلب در هنگام استفاده از یک درایو الکتریکی غیرقابل تنظیم اتفاق می افتد (ثابت شده است که خدمات عمر تجهیزات حداقل 1.5 برابر افزایش می یابد.

دستیابی به صرفه جویی در گرما در سیستم های تامین آب گرم با کاهش تلفات آب گرما.

در صورت لزوم فشار را بالاتر از حد طبیعی افزایش دهید.

سیستم تامین آب را به طور کامل خودکار کنید، در نتیجه دستمزد پرسنل خدماتی و وظیفه را کاهش دهید و تأثیر "عامل انسانی" را بر عملکرد سیستم از بین ببرید، که این نیز مهم است. بر اساس برآورد پروژه های انجام شده، دوره بازگشت پروژه برای معرفی مبدل های فرکانس 1-2 سال است.

اتلاف انرژی در هنگام ترمز موتور

در بسیاری از تاسیسات، یک درایو الکتریکی قابل تنظیم نه تنها وظیفه تنظیم هموار گشتاور و سرعت چرخش موتور الکتریکی را بر عهده دارد، بلکه وظیفه کاهش سرعت و ترمز عناصر نصب را نیز بر عهده دارد. راه حل کلاسیک برای این مشکل یک سیستم درایو با یک موتور ناهمزمان با مبدل فرکانس مجهز به یک سوئیچ ترمز با یک مقاومت ترمز است.

در همان زمان، در حالت کاهش سرعت/ترمز، موتور الکتریکی به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند که در نهایت توسط مقاومت ترمز هدر می رود. تاسیسات معمولی که در آنها چرخه های شتاب با چرخه های کاهش سرعت متناوب می شوند، بالابرها، آسانسورها، سانتریفیوژها، ماشین های سیم پیچ و غیره هستند.

با این حال، در حال حاضر مبدل های فرکانس با یک بازیابی داخلی وجود دارد که اجازه می دهد انرژی دریافتی از موتوری که در حالت ترمز کار می کند به شبکه بازگردانده شود. همچنین جالب است که برای محدوده مشخصی از توان ها، هزینه نصب مبدل فرکانس با مقاومت های ترمز اغلب با هزینه نصب مبدل فرکانس با یک ریکاوراتور داخلی حتی بدون در نظر گرفتن برق ذخیره شده قابل مقایسه است.

در این حالت ، نصب تقریباً بلافاصله پس از راه اندازی شروع به "پول" می کند.