Jenis konverter frekuensi

Perangkat yang disebut konverter frekuensi digunakan untuk mengubah tegangan listrik AC dengan frekuensi industri 50/60 Hz menjadi tegangan AC dengan frekuensi yang berbeda. Frekuensi keluaran konverter frekuensi dapat sangat bervariasi, biasanya dari 0,5 hingga 400 Hz. Frekuensi yang lebih tinggi tidak dapat diterima untuk motor modern karena sifat bahan pembuat inti stator dan rotor.

Apapun konverter frekuensi mencakup dua bagian utama: kontrol dan catu daya. Bagian kontrol adalah rangkaian sirkuit mikro digital yang menyediakan kontrol sakelar unit daya, dan juga berfungsi untuk mengontrol, mendiagnosis, dan melindungi drive yang digerakkan dan konverter itu sendiri.

Bagian catu daya secara langsung mencakup sakelar - transistor atau thyristor yang kuat. Dalam hal ini, konverter frekuensi terdiri dari dua jenis: dengan bagian arus searah yang disorot atau dengan komunikasi langsung. Konverter yang digabungkan langsung memiliki efisiensi hingga 98% dan dapat beroperasi dengan voltase dan arus yang signifikan.Secara umum, masing-masing dari dua jenis konverter frekuensi yang disebutkan memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, dan mungkin rasional untuk menerapkan satu atau yang lain untuk aplikasi yang berbeda.

Komunikasi langsung

Konverter frekuensi dengan koneksi galvanik langsung adalah yang pertama kali muncul di pasar, bagian dayanya adalah penyearah thyristor yang dikontrol, di mana grup pengunci thyristor tertentu dibuka secara bergantian, dan belitan stator dihubungkan secara bergantian ke jaringan. Ini berarti bahwa pada akhirnya tegangan yang disuplai ke stator berbentuk potongan-potongan gelombang sinus utama yang diumpankan secara seri ke belitan.

Tegangan sinusoidal diubah menjadi tegangan gigi gergaji pada output. Frekuensinya lebih rendah dari listrik - dari 0,5 hingga sekitar 40 Hz. Jelas, jangkauan konverter jenis ini terbatas. Thyristor non-penguncian memerlukan skema kontrol yang lebih kompleks, yang meningkatkan biaya perangkat ini.

Bagian dari gelombang sinus keluaran menghasilkan harmonik yang lebih tinggi, dan ini adalah kerugian tambahan dan motor yang terlalu panas dengan penurunan torsi poros, selain itu, tidak ada gangguan lemah yang masuk ke jaringan. Jika perangkat kompensasi digunakan, sekali lagi biaya meningkat, dimensi dan berat bertambah, dan efisiensi konverter menurun.

Keuntungan konverter frekuensi dengan kopling galvanik langsung meliputi:

• kemungkinan operasi terus menerus dengan voltase dan arus yang signifikan;
• resistensi kelebihan impuls;
• Efisiensi hingga 98%;
• penerapan di sirkuit tegangan tinggi dari 3 hingga 10 kV dan bahkan lebih tinggi.

Dalam hal ini, konverter frekuensi tegangan tinggi tentu saja lebih mahal daripada konverter frekuensi tegangan rendah. Sebelumnya, mereka digunakan jika diperlukan - yaitu konverter thyristor yang digabungkan langsung.

Dengan koneksi DC disorot

Untuk drive modern, konverter frekuensi dengan blok DC yang disorot lebih banyak digunakan untuk tujuan pengaturan frekuensi. Di sini, konversi dilakukan dalam dua langkah. Pertama, tegangan listrik input diperbaiki dan disaring, dihaluskan, kemudian diumpankan ke inverter, di mana ia diubah menjadi arus bolak-balik dengan frekuensi dan tegangan yang diperlukan dengan amplitudo yang diperlukan.

Efisiensi konversi ganda seperti itu menurun dan dimensi perangkat menjadi sedikit lebih besar daripada konverter dengan sambungan listrik langsung. Gelombang sinus dihasilkan di sini oleh inverter arus dan tegangan otonom.

Pada konverter frekuensi tautan DC, pengunci thyristor atau transistor IGBT… Mengunci thyristor terutama digunakan pada konverter frekuensi produksi pertama jenis ini, kemudian, dengan munculnya transistor IGBT di pasaran, konverter berdasarkan transistor inilah yang mulai mendominasi di antara perangkat bertegangan rendah.

Untuk menghidupkan thyristor, pulsa pendek yang diterapkan ke elektroda kontrol sudah cukup, dan untuk mematikannya, perlu menerapkan tegangan balik ke thyristor atau mengatur ulang arus switching ke nol. Diperlukan skema kontrol khusus - kompleks dan dimensional. Transistor IGBT bipolar memiliki kontrol yang lebih fleksibel, konsumsi daya yang lebih rendah, dan kecepatan yang cukup tinggi.

Untuk alasan ini, konverter frekuensi berdasarkan transistor IGBT telah memungkinkan untuk memperluas jangkauan kecepatan kontrol drive: motor kontrol vektor asinkron berdasarkan transistor IGBT dapat beroperasi dengan aman pada kecepatan rendah tanpa memerlukan sensor umpan balik.

Mikroprosesor yang digabungkan dengan transistor berkecepatan tinggi menghasilkan lebih sedikit harmonik yang lebih tinggi pada output daripada konverter thyristor. Akibatnya, kerugian menjadi lebih kecil, belitan dan sirkuit magnetik lebih sedikit panas, pulsasi rotor pada frekuensi rendah berkurang. Lebih sedikit kerugian di bank kapasitor, di transformator - masa pakai elemen ini meningkat. Ada lebih sedikit kesalahan di tempat kerja.

Jika kita membandingkan konverter thyristor dengan konverter transistor dengan daya keluaran yang sama, maka yang kedua akan lebih ringan, ukurannya lebih kecil, dan operasinya akan lebih andal dan seragam. Desain modular sakelar IGBT memungkinkan pembuangan panas yang lebih efisien dan membutuhkan lebih sedikit ruang untuk memasang elemen daya, selain itu, sakelar modular lebih terlindungi dari lonjakan sakelar, yaitu kemungkinan kerusakan lebih rendah.

Konverter frekuensi berdasarkan IGBT lebih mahal karena modul daya merupakan komponen elektronik yang rumit untuk diproduksi. Namun, harga dibenarkan oleh kualitas. Pada saat yang sama, statistik menunjukkan kecenderungan penurunan harga transistor IGBT setiap tahun.

Prinsip pengoperasian konverter frekuensi IGBT

Gambar tersebut menunjukkan diagram konverter frekuensi dan grafik arus dan tegangan dari masing-masing elemen. Tegangan listrik dengan amplitudo dan frekuensi konstan diumpankan ke penyearah, yang dapat dikontrol atau tidak. Setelah penyearah ada kapasitor - filter kapasitif. Kedua elemen ini — penyearah dan kapasitor — membentuk unit DC.

Dari filter, tegangan konstan sekarang disuplai ke inverter pulsa otonom tempat transistor IGBT bekerja. Diagram menunjukkan solusi tipikal untuk konverter frekuensi modern. Tegangan langsung diubah menjadi pulsa tiga fase dengan frekuensi dan amplitudo yang dapat disesuaikan.

Sistem kontrol memberikan sinyal tepat waktu ke masing-masing tombol, dan koil yang sesuai secara berurutan dialihkan ke koneksi permanen. Dalam hal ini, durasi menghubungkan kumparan ke koneksi dimodulasi menjadi sinus. Jadi, di bagian tengah setengah periode, lebar pulsa adalah yang terbesar, dan di bagian tepi - terkecil. Itu terjadi di sini tegangan modulasi lebar pulsa pada belitan stator motor. Frekuensi PWM biasanya mencapai 15 kHz, dan kumparan itu sendiri bekerja sebagai filter induktif, akibatnya arus yang melewatinya hampir sinusoidal.

Jika penyearah dikontrol pada input, maka perubahan amplitudo dilakukan dengan mengontrol penyearah, dan inverter hanya bertanggung jawab untuk konversi frekuensi. Kadang-kadang filter tambahan dipasang pada keluaran inverter untuk meredam gelombang arus (sangat jarang digunakan pada konverter berdaya rendah).Either way, outputnya adalah tegangan tiga fase dan arus AC dengan parameter dasar yang ditentukan pengguna.