Konverter frekuensi - jenis, prinsip operasi, skema koneksi

Rotor dari setiap motor listrik digerakkan oleh gaya yang disebabkan oleh medan elektromagnetik yang berputar di dalam belitan stator. Kecepatannya biasanya ditentukan oleh frekuensi industri jaringan listrik.

Nilai standarnya 50 hertz menyiratkan lima puluh periode osilasi dalam satu detik. Dalam satu menit, jumlahnya bertambah 60 kali lipat dan menjadi 50×60 = 3000 putaran. Rotor berputar beberapa kali di bawah pengaruh medan elektromagnetik yang diterapkan.

Jika Anda mengubah nilai frekuensi listrik yang diterapkan ke stator, Anda dapat menyesuaikan kecepatan putaran rotor dan drive yang terhubung dengannya. Prinsip inilah yang menjadi dasar pengendalian motor listrik.

Jenis konverter frekuensi

Secara desain, konverter frekuensi adalah:

1. tipe induksi;

2. elektronik.

Motor asinkron yang diproduksi sesuai skema dengan rotor fase dan dimulai dalam mode generator, merupakan perwakilan dari tipe pertama. Selama operasi, mereka memiliki efisiensi rendah dan ditandai dengan efisiensi rendah.Oleh karena itu, mereka belum menemukan aplikasi luas dalam produksi dan sangat jarang digunakan.

Metode konversi frekuensi elektronik memungkinkan pengaturan kecepatan yang mulus pada mesin asinkron dan sinkron. Dalam hal ini, salah satu dari dua prinsip pengendalian dapat diterapkan:

1. Menurut karakteristik ketergantungan kecepatan putaran pada frekuensi (V / f) yang telah ditentukan sebelumnya;

2. metode pengendalian vektor.

Metode pertama adalah yang paling sederhana dan kurang sempurna, dan yang kedua digunakan untuk mengontrol kecepatan rotasi peralatan industri kritis secara tepat.

Fitur kontrol vektor konversi frekuensi

Perbedaan antara metode ini adalah interaksi, pengaruh perangkat kontrol konverter pada «vektor ruang» fluks magnet yang berputar dengan frekuensi medan rotor.

Algoritma agar konverter bekerja berdasarkan prinsip ini dibuat dengan dua cara:

1. kontrol tanpa sensor;

2. pengaturan aliran.

Metode pertama didasarkan pada penentuan ketergantungan tertentu pada pergantian urutan modulasi lebar pulsa (PWM) inverter untuk algoritma preset. Dalam hal ini, amplitudo dan frekuensi tegangan keluaran konverter dikendalikan oleh arus slip dan beban, tetapi tanpa menggunakan umpan balik kecepatan rotor.

Metode ini digunakan saat mengendalikan beberapa motor listrik yang dihubungkan secara paralel dengan konverter frekuensi.Kontrol fluks melibatkan pemantauan arus operasi di dalam motor dengan penguraiannya menjadi komponen aktif dan reaktif dan membuat penyesuaian pada operasi konverter untuk mengatur amplitudo, frekuensi, dan sudut untuk vektor tegangan output.

Ini meningkatkan akurasi mesin dan meningkatkan batas penyesuaiannya. Penggunaan kontrol aliran memperluas kemampuan penggerak yang beroperasi pada kecepatan rendah dengan beban dinamis tinggi, seperti kerekan derek atau mesin penggulung industri.

Penggunaan teknologi vektor memungkinkan kontrol torsi dinamis untuk diimplementasikan motor asinkron tiga fase. 

Sirkuit setara

Rangkaian listrik dasar yang disederhanakan dari motor induksi dapat direpresentasikan sebagai berikut.

Tegangan u1 diterapkan ke belitan stator, yang memiliki resistansi aktif R1 dan resistansi induktif X1. Itu, mengatasi hambatan celah udara Xv, diubah menjadi belitan rotor, menyebabkan arus di dalamnya yang mengatasi hambatannya.

Rangkaian ekuivalen rangkaian vektor

Konstruksinya membantu untuk memahami proses yang terjadi di motor induksi.

Energi arus stator dibagi menjadi dua bagian:

• iµ — partisi pembentuk aliran;

• iw - komponen penghasil momen.

Dalam hal ini, rotor memiliki resistansi aktif R2 / s yang bergantung pada slip.

Untuk kontrol tanpa sensor, berikut ini diukur:

• tegangan u1;

• i1 saat ini.

Menurut nilainya, mereka menghitung:

• iµ — komponen aliran yang membentuk aliran;

• iw - nilai menghasilkan torsi.

Algoritme perhitungan sekarang mencakup rangkaian ekuivalen elektronik dari motor induksi dengan pengatur arus, yang memperhitungkan kondisi saturasi medan elektromagnetik dan kehilangan energi magnet dalam baja.

Kedua komponen vektor arus, berbeda dalam sudut dan amplitudo, berputar bersama dengan sistem koordinat rotor dan menjadi sistem orientasi stator stasioner.

Menurut prinsip ini, parameter konverter frekuensi disesuaikan dengan beban motor induksi.

Prinsip pengoperasian konverter frekuensi

Perangkat ini, yang juga disebut inverter, didasarkan pada perubahan ganda dalam bentuk gelombang catu daya listrik.

Awalnya, tegangan industri diumpankan ke penyearah dengan dioda kuat yang menghilangkan harmonik sinusoidal tetapi meninggalkan riak sinyal. Untuk menghilangkannya, bank kapasitor dengan induktansi (filter LC) disediakan, yang memberikan bentuk yang stabil dan halus ke tegangan yang diperbaiki.

Sinyal kemudian masuk ke input konverter frekuensi, yang merupakan rangkaian jembatan tiga fase dari enam transistor daya Seri IGBT atau MOSFET dengan dioda perlindungan tegangan polaritas terbalik. Thyristor yang sebelumnya digunakan untuk tujuan ini tidak memiliki kecepatan yang memadai dan beroperasi dengan gangguan besar.

Untuk menghidupkan mode "rem" motor, transistor yang dikontrol dengan resistor kuat yang menghilangkan energi dapat dipasang di sirkuit. Teknik ini memungkinkan tegangan yang dihasilkan oleh motor dihilangkan untuk melindungi kapasitor filter dari pengisian yang berlebihan dan kerusakan.

Metode kontrol frekuensi vektor konverter memungkinkan Anda membuat sirkuit yang melakukan kontrol otomatis sinyal dari sistem ACS. Sistem manajemen digunakan untuk ini:

1. amplitudo;

2. PWM (simulasi lebar pulsa).

Metode kontrol amplitudo didasarkan pada perubahan tegangan input, dan PWM didasarkan pada algoritme untuk mengalihkan transistor daya pada tegangan input konstan.

Dengan regulasi PWM, periode modulasi sinyal dibuat ketika belitan stator dihubungkan secara ketat ke terminal positif dan negatif penyearah.

Karena frekuensi clock generator cukup tinggi, maka pada belitan motor listrik yang memiliki resistansi induktif dihaluskan menjadi gelombang sinus normal.

Metode kontrol PWM memaksimalkan penghapusan kehilangan energi dan memberikan efisiensi konversi yang tinggi karena kontrol frekuensi dan amplitudo secara simultan. Mereka telah tersedia karena pengembangan teknologi kontrol thyristor power-locked seri GTO atau merek bipolar dari transistor IGBT gerbang terisolasi.

Prinsip penyertaannya untuk mengendalikan motor tiga fase ditunjukkan pada foto.

Masing-masing dari enam IGBT terhubung dalam sirkuit antiparalel ke dioda arus baliknya sendiri. Dalam hal ini, arus aktif motor induksi melewati rangkaian daya masing-masing transistor, dan komponen reaktifnya diarahkan melalui dioda.

Untuk menghilangkan pengaruh derau listrik eksternal pada pengoperasian inverter dan motor, rangkaian konverter frekuensi dapat disertakan filter pengurangan kebisinganlikuidasi:

• gangguan radio;

• lucutan listrik yang disebabkan oleh pengoperasian peralatan.

Ini ditandai oleh pengontrol dan kabel berpelindung digunakan antara motor dan terminal output inverter untuk mengurangi kejutan.

Untuk meningkatkan akurasi pengoperasian motor asinkron, rangkaian kontrol konverter frekuensi meliputi:

• masukan komunikasi dengan kemampuan antarmuka tingkat lanjut;

• pengontrol bawaan;

• kartu memori;

• perangkat lunak;

• tampilan LED informasi yang menunjukkan parameter keluaran utama;

• chopper rem dan filter EMC bawaan;

• sirkuit sistem pendingin berdasarkan hembusan dengan kipas sumber daya yang ditingkatkan;

• fungsi memanaskan mesin dengan arus searah dan beberapa kemungkinan lainnya.

Diagram pengkabelan operasional

Konverter frekuensi dirancang untuk bekerja dengan jaringan fase tunggal atau tiga fase. Namun, jika ada sumber arus searah industri dengan tegangan 220 volt, maka inverter dapat diberi daya darinya.

Model tiga fase dirancang untuk tegangan listrik 380 volt dan mengumpankannya ke motor listrik. Inverter fase tunggal ditenagai oleh 220 volt dan keluaran tiga fase didistribusikan dari waktu ke waktu.

Skema koneksi konverter frekuensi ke motor dapat dilakukan sesuai dengan skema:

• bintang;

• segi tiga.

Belitan motor dirakit dalam "bintang" untuk konverter, diumpankan oleh jaringan tiga fase 380 volt.

Menurut skema "delta", belitan motor dipasang ketika konverter daya dihubungkan ke jaringan 220 volt fase tunggal.

Saat memilih metode untuk menghubungkan motor listrik ke konverter frekuensi, Anda perlu memperhatikan rasio daya yang dapat dibuat oleh motor yang sedang berjalan di semua mode, termasuk start yang lambat dan dimuat, dengan kemampuan inverter.

Tidak mungkin untuk membebani konverter frekuensi secara terus-menerus, dan cadangan kecil dari daya keluarannya akan memastikan operasi jangka panjang dan bebas masalah.