주파수 변환기의 유형

주파수 변환기라고 하는 장치는 50/60Hz의 산업용 주파수를 가진 주전원 AC 전압을 다른 주파수의 AC 전압으로 변환하는 데 사용됩니다. 주파수 변환기의 출력 주파수는 일반적으로 0.5Hz에서 400Hz까지 광범위하게 변할 수 있습니다. 고정자와 회전자 코어가 만들어지는 재료의 특성 때문에 최신 모터에는 더 높은 주파수가 허용되지 않습니다.

모든 종류 주파수 변환기 제어 및 전원 공급 장치의 두 가지 주요 부분을 포함합니다. 제어 부분은 전원 장치의 스위치를 제어하고 구동 드라이브와 컨버터 자체를 제어, 진단 및 보호하는 역할을 하는 디지털 마이크로 회로의 회로입니다.

전원 공급 장치에는 강력한 트랜지스터 또는 사이리스터와 같은 스위치가 직접 포함됩니다. 이 경우 주파수 변환기는 두 가지 유형이 있습니다: 강조 표시된 직류 섹션 또는 직접 통신. 직접 결합 컨버터는 최대 98%의 효율을 가지며 상당한 전압 및 전류로 작동할 수 있습니다.일반적으로 언급된 두 가지 유형의 주파수 변환기는 각각 장단점이 있으며 서로 다른 응용 분야에 적용하는 것이 합리적일 수 있습니다.

직접 커뮤니케이션

직접 갈바닉 연결이 있는 주파수 변환기는 시장에 처음 등장했으며 전원 섹션은 특정 잠금 사이리스터 그룹이 차례로 열리고 고정자 권선이 차례로 네트워크에 연결되는 제어 사이리스터 정류기입니다. 이것은 궁극적으로 고정자에 공급되는 전압이 권선에 직렬로 공급되는 메인 사인파의 조각으로 형성됨을 의미합니다.

정현파 전압은 출력에서 ​​톱니파 전압으로 변환됩니다. 주파수는 주전원보다 낮습니다(0.5~40Hz). 분명히 이러한 유형의 변환기의 범위는 제한적입니다. 비잠금 사이리스터는 더 복잡한 제어 체계를 필요로 하므로 이러한 장치의 비용이 증가합니다.

출력 사인파의 일부는 더 높은 고조파를 생성하며 이는 샤프트 토크가 감소함에 따라 모터의 추가 손실 및 과열이며 약한 교란이 네트워크에 유입되지 않습니다. 보상 장치를 사용하면 다시 비용이 증가하고 크기와 무게가 증가하며 변환기 효율이 감소합니다.

직접 갈바닉 커플링이 있는 주파수 변환기의 장점은 다음과 같습니다.

• 상당한 전압 및 전류로 연속 작동 가능성;
• 임펄스 과부하 저항;
• 98%까지 효율성;
• 3~10kV 이상의 고전압 회로에 적용할 수 있습니다.

이 경우 고전압 주파수 변환기는 물론 저전압 주파수 변환기보다 비쌉니다. 이전에는 필요에 따라 직접 결합 사이리스터 변환기를 사용했습니다.

DC 연결이 강조 표시됨

최신 드라이브의 경우 강조 표시된 DC 블록이 있는 주파수 변환기가 주파수 조정 목적으로 더 널리 사용됩니다. 여기에서 변환은 두 단계로 수행됩니다. 먼저 입력 주전원 전압을 정류 및 필터링하고 평활화한 다음 인버터로 공급하여 필요한 주파수와 필요한 진폭의 전압을 가진 교류로 변환합니다.

이러한 이중 변환의 효율성은 감소하고 장치의 크기는 직접 전기 연결을 사용하는 변환기보다 약간 커집니다. 여기서 사인파는 자율 전류 및 전압 인버터에 의해 생성됩니다.

DC 링크 주파수 변환기에서 래칭 사이리스터 또는 IGBT 트랜지스터… 잠금 사이리스터는 이 유형의 최초 제조 주파수 변환기에 주로 사용되었으며, 시장에 IGBT 트랜지스터가 등장하면서 저전압 장치 중에서 이러한 트랜지스터를 기반으로 한 변환기가 지배하기 시작했습니다.

사이리스터를 켜려면 제어 전극에 짧은 펄스를 가하면 충분하고 끄려면 사이리스터에 역 전압을 가하거나 스위칭 전류를 0으로 재설정해야합니다. 복잡하고 차원이 높은 특수 제어 체계가 필요합니다. 바이폴라 IGBT 트랜지스터는 보다 유연한 제어, 낮은 전력 소비 및 매우 빠른 속도를 제공합니다.

이러한 이유로 IGBT 트랜지스터 기반의 주파수 변환기는 구동 제어 속도의 범위를 확장할 수 있게 했습니다. IGBT 트랜지스터 기반의 비동기식 벡터 제어 모터는 피드백 센서 없이도 저속에서 안전하게 작동할 수 있습니다.

고속 트랜지스터와 결합된 마이크로프로세서는 사이리스터 변환기보다 출력에서 ​​더 적은 고조파를 생성합니다. 결과적으로 손실이 더 작아지고 권선과 자기 회로가 덜 과열되고 저주파에서 회 전자 맥동이 감소합니다. 커패시터 뱅크, 변압기의 손실 감소 - 이러한 요소의 수명이 늘어납니다. 작업 시 오류가 적습니다.

사이리스터 변환기와 동일한 출력 전력을 가진 트랜지스터 변환기를 비교하면 두 번째 변환기는 무게가 덜 나가고 크기가 작아지며 작동이 더 안정적이고 균일합니다. IGBT 스위치의 모듈식 설계는 보다 효율적인 방열을 가능하게 하고 전원 요소를 장착하기 위한 공간을 적게 차지합니다. 또한 모듈식 스위치는 스위칭 서지로부터 더 잘 보호됩니다. 즉, 손상 가능성이 낮습니다.

전력 모듈은 제조하기에 복잡한 전자 부품이기 때문에 IGBT 기반 주파수 변환기는 더 비쌉니다. 그러나 가격은 품질에 의해 정당화됩니다. 동시에 통계에 따르면 매년 IGBT 트랜지스터의 가격이 하락하는 경향이 있습니다.

IGBT 주파수 변환기의 작동 원리

그림은 주파수 변환기의 다이어그램과 각 요소의 전류 및 전압 그래프를 보여줍니다. 일정한 진폭과 주파수의 주전원 전압이 정류기에 공급되며 정류기는 제어되거나 제어되지 않을 수 있습니다. 정류기 뒤에는 커패시터(용량성 필터)가 있습니다. 이 두 가지 요소인 정류기와 커패시터가 DC 장치를 구성합니다.

필터에서 이제 IGBT 트랜지스터가 작동하는 자율 펄스 인버터에 정전압이 공급됩니다. 다이어그램은 최신 주파수 변환기의 일반적인 솔루션을 보여줍니다. 직류 전압은 주파수와 진폭을 조정할 수 있는 3상 펄스로 변환됩니다.

제어 시스템은 각 키에 적시에 신호를 보내고 해당 코일은 순차적으로 영구 연결로 전환됩니다. 이 경우 코일을 연결에 연결하는 기간은 사인으로 변조됩니다. 따라서 반주기의 중앙 부분에서 펄스의 폭이 가장 크고 가장자리에서 가장 작습니다. 여기에서 일어나고 있습니다 펄스 폭 변조 전압 모터 고정자 권선에. PWM의 주파수는 일반적으로 15kHz에 도달하고 코일 자체는 유도 필터로 작동하므로 코일을 통과하는 전류는 거의 정현파입니다.

정류기가 입력에서 제어되면 진폭 변경은 정류기를 제어하여 수행되며 인버터는 주파수 변환만 담당합니다. 때때로 추가 필터가 인버터의 출력에 설치되어 전류 파동을 약화시킵니다(저전력 변환기에서는 거의 사용되지 않음).어느 쪽이든 출력은 사용자 정의 기본 매개변수가 있는 3상 전압 및 AC 전류입니다.