Frekvensomformer - en elektronisk enhed til at ændre frekvensen af elektrisk strøm ( spænding ) [1] [2] .
Frekvens asynkron frekvensomformer bruges til at konvertere 3-faset eller 1-faset vekselstrøm på nettet med en frekvens på 50 (60) Hz til en 3-faset eller enfaset strøm, med en frekvens på 1 Hz til 800 Hz.
Industrien producerer frekvensomformere af elektroinduktionstypen, som ved design er en asynkronmotor med en faserotor, der fungerer i generator-omformertilstand, og elektroniske omformere.
Frekvensomformere af den elektroniske type bruges ofte til jævnt at styre hastigheden af en asynkron elmotor eller en synkronmotor ved at skabe en given frekvens ved udgangen af den elektriske spændingsomformer. I de enkleste tilfælde sker reguleringen af frekvens og spænding i overensstemmelse med den specificerede karakteristik V / f, i de mest avancerede konvertere implementeres den såkaldte vektorstyring.
En elektronisk frekvensomformer er en enhed, der består af en ensretter (dc-bro), der konverterer industriel frekvensvekselstrøm til jævnstrøm, og en inverter (omformer) (nogle gange med PWM ), der konverterer jævnstrøm til vekselstrøm med den nødvendige frekvens og amplitude . Udgangstyristorer ( GTO ) eller transistorer ( IGBT ) giver den nødvendige strøm til at drive motoren.
For at forbedre udgangsspændingens form placeres der nogle gange en choker mellem konverteren og motoren, og et EMC-filter bruges til at reducere elektromagnetisk interferens.
En elektronisk frekvensomformer består af kredsløb, der inkluderer en tyristor eller transistor , som fungerer i form af elektroniske nøgler. I hjertet af kontroldelen er en mikroprocessor , der giver styring af strømelektroniske nøgler, samt løser et stort antal hjælpeopgaver (kontrol, diagnostik, beskyttelse).
Afhængigt af det elektriske drevs struktur og funktionsprincip skelnes der mellem to klasser af frekvensomformere:
Hver af de eksisterende klasser af omformere har sine egne fordele og ulemper, som bestemmer området for rationel anvendelse af hver af dem.
I direkte koblede omformere er det elektriske modul en styret ensretter. Kontrolsystemet låser grupperne af tyristorer op igen og forbinder motorviklingerne til lysnettet.
Således dannes konverterens udgangsspænding fra de "skårne" sektioner af sinusoiderne af indgangsspændingen. Udgangsspændingsfrekvensen for sådanne omformere kan ikke være lig med eller højere end netfrekvensen. Det er i området fra 0 til 50 Hz, og som et resultat - et lille område af motorhastighedskontrol (ikke mere end 1:10). Denne begrænsning tillader ikke brugen af sådanne omformere i moderne frekvensstyrede drev med en bred vifte af teknologiske parameterstyring.
Brugen af tyristorer uden afbrydelse kræver relativt komplekse kontrolsystemer, som øger omkostningerne ved konverteren. Den "skårne" sinusbølge ved udgangen af den direkte koblede konverter er en kilde til højere harmoniske, som forårsager yderligere tab i den elektriske motor, overophedning af den elektriske maskine, drejningsmomentreduktion og meget stærk interferens i forsyningsnettet. Brugen af kompenserende enheder fører til en stigning i omkostninger, vægt, dimensioner og et fald i effektiviteten af systemet som helhed.
De mest udbredte i moderne frekvensstyrede moduler er omformere med et udtalt mellemliggende DC-link . Konvertere af denne klasse bruger dobbelt omdannelse af elektrisk energi: den sinusformede inputspænding med en konstant amplitude og frekvens ensrettes i ensretteren, filtreres af et filter, udjævnes og derefter igen konverteres af inverteren til en vekselspænding med variabel frekvens og amplitude . Dobbelt omsætning af energi fører til et fald i effektiviteten og til en vis forringelse af vægt- og størrelsesindikatorer i forhold til omformere med direkte tilslutning. Den uundværlige tilstedeværelse af strømelektrolytiske kondensatorer sætter en uoverstigelig grænse for konverterens anslåede levetid: ved fuld belastning er dette normalt i størrelsesordenen 3000 timer.
For at danne en sinusformet vekselspænding bruges en autonom inverter , som genererer en elektrisk spænding af en given form på motorviklingerne (normalt ved pulsbreddemodulation ). Som elektroniske nøgler i invertere bruges låsbare tyristorer GTO og deres avancerede modifikationer GCT, IGCT, SGCT og isolerede gate bipolære transistorer IGBT .
Den største fordel ved tyristorfrekvensomformere, som i et direkte koblet kredsløb, er evnen til at arbejde med høje strømme og spændinger, mens de modstår kontinuerlige belastninger og impulseffekter. De har en højere effektivitet (op til 88%) i forhold til IGBT-konvertere .
Frekvensomformere er en ikke-lineær belastning, der skaber højere harmoniske strømme i forsyningsnettet, hvilket fører til en forringelse af elektricitetskvaliteten.