주파수 변환기 - 유형, 작동 원리, 연결 방식

모든 전기 모터의 회전자는 고정자 권선 내부의 회전하는 전자기장에 의해 발생하는 힘에 의해 구동됩니다. 속도는 일반적으로 전력망의 산업 주파수에 의해 결정됩니다.

50Hz의 표준 값은 1초에 50개의 진동 주기를 의미합니다. 1분에 그 수는 60배 증가하여 50×60 = 3000회전이 됩니다. 로터는 적용된 전자기장의 영향으로 같은 횟수만큼 회전합니다.

고정자에 적용되는 주전원 주파수 값을 변경하면 로터와 이에 연결된 드라이브의 회전 속도를 조정할 수 있습니다. 이 원리는 전기 모터 제어의 기초입니다.

주파수 변환기의 유형

설계상 주파수 변환기는 다음과 같습니다.

1. 인덕션 방식

2. 전자.

제작된 비동기 모터 위상 로터가있는 방식에 따라 생성기 모드에서 시작되며 첫 번째 유형을 대표합니다. 작동 중에는 효율이 낮고 효율이 낮은 것이 특징입니다.따라서 생산에 널리 적용되지 않았으며 극히 드물게 사용됩니다.

전자 주파수 변환 방식은 비동기식 및 동기식 기계 모두의 원활한 속도 조절을 가능하게 합니다. 이 경우 다음 두 제어 원칙 중 하나를 적용할 수 있습니다.

1. 주파수(V/f)에 대한 회전 속도 의존성의 미리 결정된 특성에 따라;

2. 벡터 제어 방법.

첫 번째 방법은 가장 간단하고 덜 완벽하며 두 번째 방법은 중요한 산업 장비의 회전 속도를 정밀하게 제어하는 ​​데 사용됩니다.

주파수 변환 벡터 제어의 특징

이 방법의 차이점은 로터 필드의 주파수와 함께 회전하는 자속의 «공간 벡터»에 대한 변환기 제어 장치의 영향인 상호 작용입니다.

변환기가 이 원칙에 따라 작동하는 알고리즘은 두 가지 방식으로 생성됩니다.

1. 센서리스 제어;

2. 흐름 조절.

첫 번째 방법은 시퀀스 교대에 대한 특정 종속성을 결정하는 데 기반합니다. 펄스 폭 변조(PWM) 미리 설정된 알고리즘을 위한 인버터. 이 경우 컨버터 출력 전압의 진폭과 주파수는 슬립 전류와 부하에 의해 제어되지만 회전자 속도 피드백은 사용하지 않습니다.

이 방법은 주파수 변환기와 병렬로 연결된 여러 전기 모터를 제어할 때 사용됩니다.플럭스 제어에는 능동 및 무효 구성 요소로 분해되는 모터 내부의 작동 전류를 모니터링하고 컨버터 작동을 조정하여 출력 전압 벡터의 진폭, 주파수 및 각도를 설정하는 작업이 포함됩니다.

이것은 엔진의 정확성을 향상시키고 조정 한계를 증가시킵니다. 흐름 제어를 사용하면 크레인 호이스트 또는 산업용 와인딩 기계와 같이 동적 부하가 높은 저속에서 작동하는 드라이브의 기능이 확장됩니다.

벡터 기술을 사용하면 동적 토크 제어를 구현할 수 있습니다. 삼상 비동기 모터. 

등가 회로

유도 전동기의 기본 단순화된 전기 회로는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

활성 저항 R1과 유도 저항 X1을 갖는 고정자 권선에 전압 u1이 인가됩니다. 에어 갭 Xv의 저항을 극복하는 것은 회 전자 권선으로 변형되어 저항을 극복하는 전류를 발생시킵니다.

벡터회로의 등가회로

구조는 유도 전동기에서 발생하는 프로세스를 이해하는 데 도움이 됩니다.

고정자 전류의 에너지는 두 부분으로 나뉩니다.

• iµ — 흐름 형성 구획;

• iw — 모멘트 생성 구성요소.

이 경우 로터에는 슬립 종속 활성 저항 R2 / s가 있습니다.

센서리스 제어의 경우 다음을 측정합니다.

• 전압 u1;

• 현재 i1.

값에 따라 다음을 계산합니다.

• iµ — 흐름을 형성하는 흐름 구성 요소;

• iw — 값 생성 토크.

이제 계산 알고리즘에는 전자기장의 포화 조건과 강철의 자기 에너지 손실을 고려한 전류 조정기가 있는 유도 전동기의 전자 등가 회로가 포함됩니다.

각도와 진폭이 다른 전류 벡터의 두 구성 요소는 회전자 좌표계와 함께 회전하고 고정자 방향 시스템이 됩니다.

이 원리에 따라 주파수 변환기의 파라미터는 유도 전동기의 부하에 따라 조정됩니다.

주파수 변환기의 작동 원리

인버터라고도 하는 이 장치는 주 전원 공급 장치 파형의 이중 변화를 기반으로 합니다.

초기에 산업 전압은 정현파 고조파를 제거하지만 신호 리플을 남기는 강력한 다이오드가 있는 정류기에 공급됩니다. 이를 제거하기 위해 인덕턴스(LC 필터)가 있는 커패시터 뱅크가 제공되어 정류된 전압에 안정적이고 매끄러운 모양을 제공합니다.

그런 다음 신호는 6개의 3상 브리지 회로인 주파수 변환기의 입력으로 이동합니다. 전력 트랜지스터 역극성 전압 보호 다이오드가 있는 IGBT 또는 MOSFET 시리즈. 이러한 목적으로 이전에 사용된 사이리스터는 속도가 충분하지 않고 큰 교란으로 작동합니다.

모터의 "브레이크" 모드를 켜려면 에너지를 소산시키는 강력한 저항이 있는 제어 트랜지스터를 회로에 설치할 수 있습니다. 이 기술을 사용하면 모터에서 생성된 전압을 제거하여 과충전 및 손상으로부터 필터 커패시터를 보호할 수 있습니다.

변환기의 벡터 주파수 제어 방법을 사용하면 ACS 시스템의 신호를 자동으로 제어하는 ​​회로를 만들 수 있습니다. 이를 위해 관리 시스템이 사용됩니다.

1. 진폭

2. PWM(펄스 폭 시뮬레이션).

진폭 제어 방법은 입력 전압을 변경하는 방식이며 PWM은 일정한 입력 전압에서 전력 트랜지스터를 스위칭하는 알고리즘을 기반으로 합니다.

PWM 조정을 사용하면 고정자 권선이 정류기의 양극 및 음극 단자에 엄격한 순서로 연결될 때 신호 변조 기간이 생성됩니다.

발전기의 클록 주파수가 상당히 높기 때문에 유도 저항이 있는 전기 모터의 권선에서 정상 사인파로 평활화됩니다.

PWM 제어 방식은 주파수와 진폭을 동시에 제어하여 에너지 손실을 최대한 제거하고 높은 변환 효율을 제공합니다. GTO 시리즈 전력 잠금 사이리스터 제어 기술의 개발 또는 절연 게이트 IGBT 트랜지스터의 바이폴라 브랜드로 인해 사용할 수 있게 되었습니다.

3상 모터를 제어하기 위한 포함 원리가 사진에 나와 있습니다.

6개의 IGBT 각각은 자체 역전류 다이오드에 역병렬 회로로 연결됩니다. 이 경우 유도 전동기의 유효 전류는 각 트랜지스터의 전원 회로를 통과하고 무효 성분은 다이오드를 통해 전달됩니다.

인버터 및 모터 작동에 대한 외부 전기 노이즈의 영향을 제거하기 위해 주파수 변환기의 회로는 다음을 포함할 수 있습니다. 노이즈 감소 필터변제:

• 무선 간섭;

• 장비 작동으로 인한 전기 방전.

이들은 컨트롤러에 의해 신호를 받고 충격을 줄이기 위해 모터와 인버터 출력 단자 사이에 차폐 배선이 사용됩니다.

비동기 모터의 작동 정확도를 향상시키기 위해 주파수 변환기의 제어 회로에는 다음이 포함됩니다.

• 고급 인터페이스 기능을 갖춘 통신 입력;

• 내장 컨트롤러;

• 메모리 카드;

• 소프트웨어;

• 주요 출력 매개변수를 보여주는 정보용 LED 디스플레이;

• 제동 초퍼 및 내장형 EMC 필터;

• 증가된 자원의 팬으로 불고 있는 회로 냉각 시스템;

• 직류 및 기타 가능성으로 엔진을 가열하는 기능.

작동 배선 다이어그램

주파수 변환기는 단상 또는 3상 네트워크에서 작동하도록 설계되었습니다. 그러나 전압이 220볼트인 산업용 직류 전원이 있는 경우 인버터에서 전원을 공급받을 수 있습니다.

3상 모델은 주전원 전압 380볼트용으로 설계되어 전기 모터에 공급됩니다. 단상 인버터는 220V로 전원이 공급되며 시간 경과에 따라 3상을 출력합니다.

주파수 변환기와 모터의 연결 방식은 다음과 같은 방식으로 수행할 수 있습니다.

• 별;

• 삼각형.

모터 권선은 380볼트의 3상 네트워크에 의해 공급되는 컨버터용 «스타»에 조립됩니다.

"델타"방식에 따르면 전력 변환기가 단상 220V 네트워크에 연결될 때 모터 권선이 조립됩니다.

전기 모터를 주파수 변환기에 연결하는 방법을 선택할 때 인버터 기능을 사용하여 느린 부하 시작을 포함하여 모든 모드에서 실행 중인 모터가 생성할 수 있는 전력 비율에 주의해야 합니다.

주파수 변환기에 지속적으로 과부하를 가하는 것은 불가능하며 출력 전력의 작은 여유분으로 인해 장기간 고장 없는 작동이 보장됩니다.