Frekans dönüştürücü, motorların değişken hızda çalışmasını gerçekleştirmek için endüstriyel frekans gücünü (50Hz veya 60Hz) çeşitli frekanslardaki AC gücüne dönüştüren bir cihazdır; burada kontrol devresi ana devrenin kontrolünü tamamlar, doğrultucu devresi AC gücünü DC gücüne dönüştürür, DC ara devresi doğrultucu devresinin çıkışını düzeltir ve filtreler ve invertör devresi DC gücünü tekrar AC gücüne tersine çevirir. Çok fazla hesaplama gerektiren vektör kontrollü invertörler için bazen tork hesaplaması için bir CPU ve buna karşılık gelen bazı devreler gerekebilir. İnvertör hızının düzenlenmesi, motorun stator sargılarına giden güç kaynağının frekansının değiştirilmesiyle sağlanır.
Frekans dönüştürücüyü kategorize etmenin birçok yolu vardır; ana devre çalışma modunun sınıflandırmasına göre, voltaj-tipi frekans dönüştürücü ve akım-tipi frekans dönüştürücüye ayrılabilir; anahtarlama modunun sınıflandırmasına göre PAM-kontrollü frekans dönüştürücü, PWM-kontrollü frekans dönüştürücü ve yüksek-yük frekansı PWM-kontrollü frekans dönüştürücüye ayrılabilir; çalışma prensibi sınıflandırmasına göre V/f-kontrollü frekans dönüştürücü, dönme frekans kontrollü frekans dönüştürücü ve vektör kontrollü frekans dönüştürücü vb. olarak ayrılabilir; kullanıma göre Çalışma prensibi sınıflandırmasına göre genel-amaçlı invertör, yüksek-performanslı özel invertör, yüksek-frekans invertör, tek-fazlı invertör ve üç-fazlı invertör olarak ayrılabilir.
-VVVF:voltajı değiştir, frekansı değiştir CVCF: sabit voltaj, sabit frekans. İster evler ister fabrikalar olsun, çeşitli ülkelerde kullanılan AC güç kaynağının voltajı ve frekansı 400V/50Hz veya 200V/60Hz (50Hz) vb.'dir. Genel olarak sabit voltaj ve frekanslı alternatif akımı, değişken voltaj veya frekanslı alternatif akıma dönüştüren cihaza "inverter" adı verilir. Değişken voltaj ve frekans üretmek için cihaz öncelikle güç kaynağının alternatif akımını doğru akıma (DC) dönüştürür.
Motor kontrolü için kullanılan invertörler hem voltajı hem de frekansı değiştirebilir.
Frekans Dönüştürücüler Nasıl Çalışır?
Bir AC motor bitinin senkron hız ifadesinin şöyle olduğunu biliyoruz:
n = 60 f (1-s)/p (1)
Formülde
n --- asenkron motorun hızı;
f --- asenkron motorun frekansı;
s --- motor dönüş hızı;
p---motor kutup çifti sayısı.
Denklem (1)'den, dönme hızı n'nin f frekansı ile doğru orantılı olduğu görülebilir, f frekansı motorun dönme hızını değiştirecek şekilde değiştirilebildiği sürece, f frekansı 0 ila 50Hz aralığında değiştirildiğinde motor hız ayar aralığı çok geniştir. Frekans dönüştürücü, hız regülasyonunu gerçekleştirmek için motor güç kaynağı frekansını değiştirerek, yüksek verimlilik ve yüksek performanslı hız regülasyonu için ideal bir araçtır.
Frekans dönüştürücü kontrol modu
Düşük-genel-amaçlı invertör çıkış voltajı 380-650V, çıkış gücü 0,75-400kW, çalışma frekansı 0-400Hz'dir ve ana devrelerinin tümü AC-DC-AC devrelerini kullanır. Kontrol modu sonraki dört nesilden geçti.
1U/f=C sinüzoidal darbe genişliği modülasyonu (SPWM) kontrol modu
Basit bir kontrol devresi yapısı ile karakterize edilen, daha düşük maliyetli, sertliğin mekanik özellikleri de düzgün hız gereksinimlerinin genel iletimini daha iyi karşılayan, endüstrinin çeşitli alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, düşük frekanstaki bu kontrol yöntemi, daha düşük çıkış voltajı nedeniyle, stator direncindeki voltaj düşüşü nedeniyle tork daha belirgindir, böylece çıkış maksimum torku azalır. Ayrıca mekanik özelliklerinin DC motor kadar sert olmaması, dinamik tork kapasitesi ve statik hız performansının tatmin edici olmaması ve sistem performansının yüksek olmaması, kontrol eğrisinin yüke göre değişmesi, tork tepkisinin yavaş olması, motor tork kullanımının yüksek olmaması, stator direncinden dolayı hızın düşük olması ve invertörün ölü bölge etkisinin varlığı ve performans düşüşü, stabilite bozulması vb. Bu nedenle vektör kontrollü frekans dönüşüm hızı regülasyonu incelenmiştir.
Gerilim uzay vektörü (SVPWM) kontrol yöntemi
Bir seferde üç-fazlı modüle edilmiş dalga formları üretmek amacıyla motor hava boşluğunun ideal dairesel dönen manyetik alan yörüngesine yaklaşmak ve dairenin iç teğet çokgen yaklaşımı yolunda kontrol sağlamak amacıyla, üç-fazlı dalga formlarının genel üretim etkisinin öncülüne dayanmaktadır. Pratik kullanımdan sonra geliştirildi, yani hız kontrolü hatasını ortadan kaldırabilecek frekans kompanzasyonu getirildi; manyetik zincirin genliği, düşük hızlarda stator direncinin etkisini ortadan kaldıran geri besleme ile tahmin edilir; ve dinamiğin doğruluğunu ve kararlılığını geliştirmek için çıkış voltajı ve akımı kapalı-döngüye dönüştürülür. Ancak kontrol devresinde daha fazla bağlantı bulunur ve tork regülasyonu sağlanmaz, dolayısıyla sistem performansı temel olarak iyileştirilmez.
Vektör kontrolü (VC) yöntemi
Vektör kontrolü frekans kontrolünün uygulaması, üç-fazlı koordinat sistemindeki asenkron motorun stator akımları Ia, Ib, Ic'yi üç-fazlı sabit koordinat sistemindeki Ia1Ib1 AC akımlarına üç-fazlı - iki-fazlı dönüşüm yoluyla dönüştürmek ve ardından Senkron dönen koordinat sisteminde DC akımları Im1, It1'e eşdeğer olan rotor manyetik alan yönüne göre döner dönüşüm (Im1 şuna eşdeğerdir (Im1, DC motorun uyarma akımına eşdeğerdir; It1, torkla orantılı olan armatür akımına eşdeğerdir) ve daha sonra DC motorun kontrol miktarını elde etmek ve kontrolünü gerçekleştirmek için DC motorun kontrol yöntemini taklit edin. koordinatların karşılık gelen ters dönüşümünden sonra asenkron motor. Aslında AC motor bir DC motora eşdeğerdir ve hız ve manyetik alanın iki bileşeni bağımsız olarak kontrol edilir. Rotor manyetik zincirini kontrol ederek ve ardından dik veya ayrıştırılmış kontrolü gerçekleştirmek için koordinat dönüşümü yoluyla tork ve manyetik alan bileşenlerini elde etmek için stator akımını ayrıştırarak. Önerilen vektör kontrol yöntemi: önem-yaratma dönemi. Bununla birlikte, pratik uygulamalarda, rotor manyetik zincirinin doğru bir şekilde gözlemlenmesi zor olduğundan, sistem özellikleri motor parametrelerinden büyük ölçüde etkilenir ve eşdeğer DC motorun kontrol sürecinde kullanılan vektör dönme dönüşümü daha karmaşıktır, bu da gerçek kontrol etkisinin ideal analiz sonuçlarına ulaşmasını zorlaştırır.
Doğrudan tork kontrolü (DTC) yöntemi
1985 yılında Almanya'daki Ruhr Üniversitesi'nden Prof. DePenbrock ilk olarak doğrudan tork kontrollü frekans dönüşüm teknolojisini önerdi. Bu teknoloji, yukarıdaki vektör kontrolünün eksikliklerini büyük ölçüde çözmüş ve yeni kontrol fikirleri, kısa ve net sistem yapısı ve mükemmel dinamik ve statik performansla hızla geliştirilmiştir. Şu anda bu teknoloji, elektrikli lokomotif çekişi için yüksek-güçlü AC sürücülere başarıyla uygulanmıştır. Doğrudan tork kontrolü, motorun manyetik zincirini ve torkunu kontrol etmek için AC motorun matematiksel modelini doğrudan stator koordinat sisteminde analiz eder. AC motoru bir DC motora eşitlemeye gerek yoktur, böylece vektör dönüş dönüşümündeki birçok karmaşık hesaplamayı ortadan kaldırır; DC motorun kontrolünü taklit etmesine veya ayırma için AC motorun matematiksel modelini basitleştirmesine gerek yoktur.
Matris AC-AC kontrol yöntemi
VVVF invertör, vektör kontrollü invertör ve doğrudan tork kontrollü invertörün tümü AC-DC-AC invertör türleridir. Ortak dezavantajları, düşük giriş güç faktörü, yüksek harmonik akımlar, DC devresinde büyük enerji depolama kapasitörlerine ihtiyaç duyulması ve rejeneratif enerjinin şebekeye geri beslenememesi, yani dört-bölgeli çalışmanın mümkün olmamasıdır. Bu nedenle matris AC-AC invertör ortaya çıktı. Matris AC-AC invertörü ara DC bağlantısını ortadan kaldırdığından, büyük boyutlu, pahalı elektrolitik kapasitörleri ortadan kaldırır. L güç faktörünü gerçekleştirebilir, giriş akımı sinüzoidaldir ve dört çeyrekte çalışabilir, sistemin güç yoğunluğu büyüktür. Teknoloji henüz olgunlaşmamıştır, ancak yine de birçok bilim insanının derinlemesine inceleme yapmasına neden olmaktadır. Bunun özü, akımı, manyetik zinciri ve diğer miktarları dolaylı olarak kontrol etmek değil, torku doğrudan kontrollü miktar olarak gerçekleştirmektir. Spesifik yöntemler şunlardır:
--Hız sensörü içermeyen yöntemi gerçekleştirmek üzere stator manyetik zincir gözlemcisini tanıtmak için stator manyetik zincirinin kontrolü;
--Otomatik tanımlama (ID), motor parametrelerini otomatik olarak tanımlamak için motorun doğru matematiksel modeline dayanır;
--Stator empedansı, karşılıklı endüktans, manyetik doyum faktörü, atalet vb.'ye karşılık gelen gerçek değeri hesaplayın. Gerçek zamanlı kontrol için gerçek torku, stator manyetik zincirini, rotor hızını hesaplayın;
--İnverterin anahtarlama durumunu kontrol etmek amacıyla manyetik zincirin Bant-Bant kontrolüne ve torka göre PWM sinyalleri üretmek için Bant-Bant kontrolünü gerçekleştirin.
Matris AC-AC invertör, hızlı tork tepkisine (<2ms), yüksek hız doğruluğuna (±%2, PG geri bildirimi yok), yüksek tork doğruluğuna (<+3%) sahiptir; aynı zamanda yüksek başlangıç torkuna ve yüksek tork doğruluğuna sahiptir, özellikle düşük hızlarda (0 hız dahil), %150-%200 tork çıkışı sağlayabilir.