Frekvenciaváltó - az elektromos áram frekvenciájának ( feszültség ) megváltoztatására szolgáló elektronikus eszköz [1] [2] .
A frekvencia-aszinkron frekvenciaváltó a hálózati háromfázisú vagy egyfázisú 50 (60) Hz frekvenciájú váltakozó áramának háromfázisú vagy egyfázisú árammá alakítására szolgál, 1 Hz és 800 Hz közötti frekvenciával.
Az ipar elektroindukciós típusú frekvenciaváltókat gyárt, amelyek kialakításuk szerint fázisrotoros aszinkron motorok , amelyek generátor-átalakító üzemmódban működnek, és elektronikus típusú átalakítókat.
Az elektronikus típusú frekvenciaváltókat gyakran használják az aszinkron villanymotor vagy a szinkron motor fordulatszámának zökkenőmentes szabályozására úgy, hogy egy adott frekvenciát hoznak létre az elektromos feszültségátalakító kimenetén. A legegyszerűbb esetekben a frekvencia és a feszültség szabályozása a megadott V / f karakterisztika szerint történik, a legfejlettebb konverterekben az úgynevezett vektorvezérlést valósítják meg.
Az elektronikus típusú frekvenciaváltó egy egyenirányítóból (egyenáramú hídból) áll, amely az ipari frekvenciájú váltakozó áramot egyenárammá alakítja, és egy inverterből (átalakítóból) (néha PWM -mel ), amely az egyenáramot a szükséges frekvenciájú és amplitúdójú váltakozó árammá alakítja. . Kimeneti tirisztorok ( GTO ) vagy tranzisztorok ( IGBT ) biztosítják a motor táplálásához szükséges áramot.
A kimeneti feszültség alakjának javítása érdekében néha fojtótekercset helyeznek el az átalakító és a motor közé, és EMC-szűrőt használnak az elektromágneses interferencia csökkentésére.
Az elektronikus frekvenciaváltó tirisztort vagy tranzisztort tartalmazó áramkörökből áll , amelyek elektronikus kulcsok üzemmódjában működnek. A vezérlő rész középpontjában egy mikroprocesszor található, amely biztosítja a teljesítményelektronikus kulcsok vezérlését, valamint számos segédfeladat (vezérlés, diagnosztika, védelem) megoldását.
Az elektromos hajtás felépítésétől és működési elvétől függően a frekvenciaváltók két osztályát különböztetjük meg:
A konverterek minden meglévő osztályának megvannak a maga előnyei és hátrányai, amelyek meghatározzák mindegyikük ésszerű alkalmazási területét.
A közvetlen csatolású konvertereknél az elektromos modul egy vezérelt egyenirányító. A vezérlőrendszer felváltva oldja fel a tirisztorcsoportokat, és csatlakoztatja a motor tekercseit a hálózathoz.
Így a konverter kimeneti feszültsége a bemeneti feszültség szinuszainak "vágott" szakaszaiból jön létre. Az ilyen átalakítók kimeneti feszültségének frekvenciája nem lehet egyenlő a hálózati frekvenciával, vagy annál nagyobb. A 0 és 50 Hz közötti tartományban van, és ennek eredményeként a motor fordulatszám-szabályozásának kis tartománya (legfeljebb 1:10). Ez a korlátozás nem teszi lehetővé az ilyen konverterek használatát a modern frekvencia-vezérelt hajtásokban, széles körű technológiai paraméter-vezérléssel.
A nem lekapcsoló tirisztorok használata viszonylag bonyolult vezérlőrendszereket igényel, ami megnöveli az átalakító költségét. A direkt csatolású konverter kimenetén „levágott” szinuszhullám magasabb felharmonikusok forrása, ami további veszteségeket okoz a villanymotorban, az elektromos gép túlmelegedését, nyomatékcsökkenést, és nagyon erős interferenciát a táphálózatban. A kompenzáló eszközök használata a költségek, a súly, a méretek növekedéséhez és a rendszer egészének hatékonyságának csökkenéséhez vezet.
A modern frekvenciavezérlésű modulokban a legszélesebb körben használt konverterek kifejezett közbenső DC kapcsolattal rendelkeznek . Az ebbe az osztályba tartozó konverterek az elektromos energia kettős átalakítását használják: az állandó amplitúdójú és frekvenciájú bemeneti szinuszos feszültséget az egyenirányítóban egyenirányítják, szűrővel szűrik, simítják, majd az inverter változtatható frekvenciájú és amplitúdójú váltakozó feszültséggé alakítja. . Az energia kettős átalakítása a hatásfok csökkenéséhez, valamint a tömeg- és méretmutatók némi romlásához vezet a közvetlen csatlakozású átalakítókhoz képest. Az erősáramú elektrolitkondenzátorok nélkülözhetetlen jelenléte áthághatatlan határt szab a konverter becsült élettartamának: teljes terhelésnél ez általában 3000 óra nagyságrendű.
A szinuszos váltakozó feszültség kialakításához egy autonóm invertert használnak, amely adott alakú elektromos feszültséget generál a motor tekercselésein (általában impulzusszélesség-modulációval ). Az inverterek elektronikus kulcsaként a zárható GTO tirisztorokat és azok továbbfejlesztett változatait GCT, IGCT, SGCT, valamint az IGBT szigetelt kapu bipoláris tranzisztorokat használják .
A tirisztoros frekvenciaváltók fő előnye, mint a közvetlen csatolású áramkörökben, az, hogy képesek nagy áramokkal és feszültségekkel dolgozni, miközben ellenállnak a folyamatos terhelésnek és impulzushatásnak. Az IGBT konverterekhez képest nagyobb hatásfokkal rendelkeznek (akár 88%) .
A frekvenciaváltók olyan nemlineáris terhelések, amelyek nagyobb harmonikus áramokat hoznak létre az ellátó hálózatban, ami a villamos energia minőségének romlásához vezet.