Mi a változó frekvenciaváltó (PPH)
Dave Polka
Mi a változó frekvenciaváltó (FPD)? Hogyan működik a PPCR?
Forduljunk az elektromos hajtás alkalmazásának példájához. Az 1. ábrán. Az 1. ábra egy egyszerű indítómotor alkalmazását mutatja egy ventilátor számára állandó fordulatszámmal. A ventilátor sebességének szabályozásához egy 3 fázisú indítót cserélhet egy változó frekvenciaváltóval (FEC). Mivel a fordulatszám-szabályozást a maximális érték alatt lehet végrehajtani, a légáramlás megváltoztatása a hajtás motorjának sebességének változtatásával történhet, a kapu szelep használata helyett.
1. ábra - Az indítómotor alkalmazása egy ventilátorhoz állandó fordulatszámmal
A hajtás három fázisú aszinkronmotor két alapparaméterét szabályozza: sebesség és nyomaték. Annak megértéséhez, hogy a meghajtó hogyan vezérli ezeket az elemeket, forduljunk a háromfázisú aszinkron motorhoz. Az 1. ábrán. A 2. ábra mutatja a motor berendezését.
A motor két fő része, a rotor és az állórész kölcsönhatásba lép egy mágneses térrel. A motornak több párja is van. Ezek az állórész vas részei, amelyek oly módon vannak elrendezve, hogy biztosítsák a mágneses fluxus irányát az északi pólustól a déli pólusig.
2. ábra - Háromfázisú aszinkron motor készüléke
3. ábra - Indukciós motor működési elve
Ha az állórésznek egy pár pólusa van, a forgórész (tengely) bizonyos sebességgel forog - a fő sebesség. Ezt a sebességet a póluspárok száma és a motorra (1) felhordott feszültség frekvenciája határozza meg. Ez a képlet magában foglal egy "csúszásnak" nevezett hatást. A csúszás az állórész mágneses mező forgási sebességének és a forgórész forgási sebességének különbsége. Amikor az állórész mágneses tér áthalad a rotor vezetékein, saját mágneses mezőket indukálnak. A rotor ezen mágneses mezői megpróbálnak "felzárkózni" az állórész forgó mágneses mezőjével. Ez azonban soha nem fog megtörténni - ez a különbség csúszik. A csúszás összehasonlítható az agarak és a nyúl között, amelyek mögött üldözik. Míg az agarak nem fogják el a nyúlat, továbbra is futnak a pályán. A csúszka lehetővé teszi a motor forgatását.
A rotor forgási sebességének meghatározására az alábbi kifejezést adjuk meg.
ahol a rotor (tengely) n fordulási frekvenciája, fordulatszám;
f1 - a forgórészre leadott feszültség frekvenciája, Hz;
2p a pólusok száma;
s egy csúszás. A NEMA B motorok esetében a sikló a fő sebesség 3-5% -a, amely 1800 fordulat / perc.
Egy példa. Határozzuk meg a rotor forgási sebességét f1 = 60 Hz, 2p = 4 és s = 3% esetén:
A motor fordulatszámát a tápfeszültség frekvenciájának megváltoztatásával állíthatja be. A motor sebességét a pólusok számának megváltoztatásával is módosíthatja, de ehhez módosítani kell a motort. A pólusok számának megváltoztatása megköveteli az állórész tekercselésének visszatekerését, és a sebesség fokozatos megváltoztatásához vezet. Ezért a kényelem, a költséghatékonyság és a pontosság biztosítása érdekében megváltoztatjuk a frekvenciát.
Az 1. ábrán. Az 5. ábra a fejlett nyomaték változását mutatja a feszültség és a frekvencia arányának függvényében, V / Hz. Ezt az arányt megváltoztatjuk a motor nyomatékának megváltoztatására. Tehát a 460 V-os forrásból származó, 60 Hz-es motor feszültség-frekvencia aránya 7,67 V / Hz. Míg a feszültség és a frekvencia aránya megegyezik a megadott számmal, a motor a becsült nyomatékot fogja kifejleszteni. A meghajtó lehetővé teszi különböző kimeneti frekvenciák beszerzését. A meghajtó bármely frekvenciájának használatával új nyomaték görbéket kaphat.
5. ábra - Feszültség / frekvencia arány
Hogyan változtatja meg a hajtás a motor sebességét?
Hogyan biztosítja a meghajtó a szükséges feszültség- és frekvenciaértékeket a kimeneten, hogy biztosítsa a motorfordulatszám változását? Ezt később megvizsgáljuk.
Az 1. ábrán. A 6. ábra a PWM meghajtó fő összetevőit mutatja. Az összes PWM meghajtó tartalmazza ezeket az alapvető alkatrészeket, néhány különbség a szoftverkomponensek és a hardverek között.
6. ábra - A PWM meghajtó fő összetevői
Bár egyes meghajtók egyfázisú feszültséggel működnek, három fázisú meghajtót fogunk figyelembe venni. Az egyszerűség kedvéért azonban a bemeneti vagy kimeneti feszültség egy fázisa látható a meghajtó áramkörökhöz tartozó grafikonokon.
A meghajtó bemeneti oldala egyenirányító. Hat híddiódot tartalmaz a hídkörhöz. Ezek a diódák váltakozó feszültséget állandó feszültséggé alakítanak át.
A következő szakasz egyenáramú busz, rögzített egyenfeszültséget ad.
A DC-busz szűrőket és simításokat végez a hullámformában. A diódák negatív félhullámokat hordoznak a pozitív felére. 460V váltakozó feszültség mellett az átlagos egyenfeszültség 650-680 V körül van, kiszámíthatja, hogy az egyenfeszültség és a maximális AC feszültség aránya 1,414. Az induktivitás tekercset (L) és a kondenzátort (C) úgy tervezték, hogy a DC feszültség váltakozó komponenseit szűrje.
A DC busz táplálja a végső hajtásszakaszt - a frekvenciaváltót. Amint a címben szerepel, ez a szakasz az egyenfeszültséget visszaalakítja az AC feszültségre. Hogyan történik ez? Ez attól függ, hogy melyik hatalomváltó eszközt használják a meghajtóban. Ha az SRC-n (teljesítmény-egyfunkciós tirisztorok) alapuló meghajtó van, nézze meg az alábbi linket. A 70-es évek közepén a tirisztorok a bipoláris tranzisztorokat váltották fel. És ezek a 90-es évek elején átengedték a technológiát olyan bipoláris tranzisztorok használatával, amelyek egy elszigetelt kaput (IGBT) tartalmaztak, amelyet megvitatunk.
Bus kapcsolat az IGBT segítségével.
Jelenleg az inverterek bipoláris tranzisztort használnak elszigetelt kapukkal a DC busz bizonyos időközönként történő csatlakoztatásához. Ebben az esetben az inverter ténylegesen váltakozó feszültséget és frekvenciát hoz létre a kimeneten. Amint az az 1. ábrán látható. A 7. ábrán a hajtás kimeneti paraméterei nem a bemeneti szinuszos feszültség pontos másolatai. Ehelyett állandó feszültségű impulzusok vannak.
7. ábra - A meghajtó kimeneti feszültségformája
A meghajtó vezérlőpultja jelzi a tápegység vezérlő áramkörét, hogy aktiválja a konverterek pozitív vagy negatív részét. Ez az alternatív aktiválás reprodukálja a háromfázisú feszültség kimenetét. Minél hosszabb a frekvenciaváltó, annál nagyobb a kimeneti feszültség. Minél kisebb a konverter bekapcsolása, annál kisebb a kimeneti feszültség (8. ábra). Ezzel szemben, minél hosszabb a konverter kikapcsolása, annál alacsonyabb a kimeneti frekvencia.
8. ábra - A kimeneti feszültségű hullámhajtómű alkatrészei
Az a sebesség, amellyel az áramváltók bekapcsolják és kikapcsolják a vivőfrekvenciát, a kapcsolási frekvencia. Minél nagyobb a zárványok gyakorisága, annál nagyobb az egyes impulzusok felbontása. A tipikus kapcsolási frekvenciák 3000-től 4 000-szer másodpercenként vagy 3-tól 4 kHz-ig terjednek. Az SRC-n alapuló régebbi meghajtókon a kapcsolási frekvencia másodpercenként 250-500-szoros. Amint érted, minél nagyobb a zárványok gyakorisága, annál egyenletesebb a kimeneti hullámforma. Azonban a nagy kapcsolási frekvenciák csökkentik a hajtás hatékonyságát az áramváltók fokozott hőmérséklete miatt.
A költségek és a méretcsökkentés
A meghajtók változatosak, a kialakításuktól függően, és a tervek tovább javulnak. A motorok minden kisebb generációban kisebb helyiségekben érkeznek. Hasonló tendencia van a személyi számítógépekkel. További funkciók, jobb teljesítmény és alacsonyabb költségek, mint az előző generációk. A számítógéptől eltérően azonban a meghajtók jelentősen javították a megbízhatóságot és az egyszerűsített felhasználást. A számítógéptől eltérően, egy tipikus meghajtó ma nem generál energiatípust az elosztóhálózatban, azaz nem befolyásolja az energia tényezőt. A meghajtók egyre inkább olyan eszközré válnak, mint a "telepítés és futtatás". Mivel a tápegységek megbízhatóbbá válnak és méretük csökken, a PPCR költsége és mérete tovább csökken. És amíg ez folytatódik, munkájuk javulni fog, és a használat - egyre egyszerűbb lesz.
Mivel sok meghajtó az SRC-n alapul, valószínűleg szeretné tudni, hogyan működnek. Az SRC (tirisztor) egy vezérlőelemet tartalmaz, amelyet zárnak neveznek. A kapu olyan kapcsoló, amely lehetővé teszi a készülék teljes feszültségellátását. A készülék feszültséget vezet, amíg a polaritás nem változik, majd automatikusan kikapcsolja a tirisztort. Egy külön áramkör, amely külön töltést és kapcsolódó kapcsolatokat igényel, vezérli ezt a kapcsolást.
Az SRC kimeneti paraméterei attól függenek, hogy milyen gyorsan nyílik ki a vezérlőhurok. Az IGBT kimeneti paraméterek attól is függenek, hogy a zár nyitva legyen. Mindazonáltal a vezérlési ciklus bármelyik pontján kikapcsolható, így a kimeneti jel simább hullámformáját biztosítja. Az IGBT-khez egy kapunyitó vezérlő áramkör is szükséges, de ez az áramkör kevésbé összetett és nem igényli a polaritás inverzálását. Így a hibaelhárítás másképp megközelíthető, ha az SRC-n alapuló meghajtó van.