Dodavatel brzdové jednotky s frekvenčním měničem připomíná, že jak proudové, tak napěťové měniče patří do skupiny AC-DC-AC měničů, které se skládají z usměrňovače a střídače.
Vzhledem k tomu, že zátěže jsou obecně indukční, musí mezi jejich zdroji energie docházet k přenosu jalového výkonu. Proto je v mezilehlém stejnosměrném spoji potřeba komponent pro tlumení jalového výkonu.
Pokud se k vyrovnání jalového výkonu používá velký kondenzátor, představuje měnič kmitočtu typu zdroje napětí; pokud se k vyrovnání jalového výkonu používá velká tlumivka, představuje měnič kmitočtu typu zdroje proudu.
Rozdíl mezi napěťovými a proudovými měniči kmitočtu spočívá pouze ve formě mezilehlého stejnosměrného filtru. To však vede k významným rozdílům ve výkonu mezi těmito dvěma typy měničů kmitočtu, jak je uvedeno v následujícím srovnávacím seznamu:
1. Komponenty pro ukládání energie: napěťový frekvenční měnič - kondenzátor; proudový typ - tlumivka.
2. Charakteristiky výstupního tvaru vlny: Tvar vlny napětí je obdélníkový, tvar vlny proudu je přibližně sinusový; Měnič kmitočtu proudového typu má obdélníkový tvar vlny pro proud a přibližně sinusový tvar vlny pro napětí.
3. Charakteristiky složení obvodu zahrnují stejnosměrný napájecí zdroj se zpětnovazební diodou zapojený paralelně s velkokapacitním kondenzátorem (zdroj napětí s nízkou impedancí) jako typ napětí; proudový stejnosměrný napájecí zdroj bez zpětnovazební diody zapojený sériově s velkou indukčností (zdroj proudu s vysokou impedancí) usnadňuje motoru provoz ve čtyřech kvadrantech.
4. Z hlediska charakteristik generuje napěťový typ nadproud při zkratu zátěže a motory s otevřenou smyčkou mohou také pracovat stabilně; proudový typ může potlačit nadproud při zkratu zátěže a pro nestabilní provoz motoru je vyžadováno zpětnovazební řízení.
Měniče s proudovým zdrojem používají jako výkonové spínače přirozeně komutované tyristory, které mají drahou indukčnost na straně stejnosměrného proudu a používají se při dvojitě napájené regulaci otáček. Vyžadují komutační obvody při vyšších než synchronních otáčkách a mají špatný výkon při nízkých skluzových frekvencích.
Strukturální charakteristiky frekvenčního měniče
Stejnosměrný propojovací článek proudového frekvenčního měniče je pojmenován podle použití indukčních komponent, které mají výhodu v možnosti provozu ve čtyřech kvadrantech a umožňují snadné brzdění motoru. Nevýhodou je, že vyžaduje nucenou komutaci můstku měniče a složitá struktura zařízení, což ztěžuje jeho nastavení. Navíc v důsledku použití tyristorového fázově posuvného usměrnění na straně elektrické sítě jsou vstupní proudové harmonické relativně velké, což bude mít při velké kapacitě určitý vliv na elektrickou síť.
2. Napěťový frekvenční měnič je pojmenován podle použití kapacitních součástek ve stejnosměrném meziobvodu frekvenčního měniče. Jeho charakteristikou je, že nemůže pracovat ve čtyřech kvadrantech. Pokud je potřeba brzdit motor zátěže, je nutné instalovat samostatný brzdný obvod. Při vysokém výkonu je nutné na výstup přidat sinusový filtr.
3. Vysokonapěťový frekvenční měnič využívá komponenty GTO, SCR nebo IGCT zapojené v sérii k dosažení přímé vysokonapěťové frekvenční konverze s proudovým napětím až 10 kV. Díky použití indukčních komponent ve stejnosměrném meziobvodu není dostatečně citlivý na proud, takže je méně náchylný k nadproudovým poruchám. Měnič je také spolehlivý v provozu a má dobrý ochranný výkon. Vstupní strana využívá tyristorové fázově řízené usměrnění a vstupní proudové harmonické jsou relativně velké. Při velké kapacitě frekvenčního měniče je třeba zvážit znečištění elektrické sítě a rušení komunikačních elektronických zařízení. Obvod pro vyrovnávání napětí a vyrovnávací paměť je technicky složitý a nákladný. Vzhledem k velkému počtu komponent a objemu zařízení je jeho seřizování a údržba poměrně obtížná. Můstek měniče využívá nucenou komutaci a generuje velké množství tepla, což vyžaduje řešení problému odvodu tepla komponent. Jeho výhodou je schopnost pracovat ve čtyřech kvadrantech a brzdit. Je třeba poznamenat, že tento typ frekvenčního měniče vyžaduje instalaci vysokonapěťových samoopravných kondenzátorů na vstupní i výstupní straně kvůli nízkému vstupnímu účiníku a vysokým vstupním a výstupním harmonickým.
4. Struktura obvodu vysokonapěťového měniče využívá technologii přímého sériového zapojení IGBT, známou také jako sériový vysokonapěťový měnič s přímým zapojením zařízení. Používá vysokonapěťové kondenzátory pro filtrování a akumulaci energie ve stejnosměrném meziobvodu s výstupním napětím až 6 kV. Jeho výhodou je, že může používat výkonová zařízení s nižším napětím a všechny IGBT na sériovém můstkovém rameni mají stejnou funkci, což umožňuje vzájemné zálohování nebo redundantní provedení. Nevýhodou je relativně nízký počet úrovní, pouze dvě úrovně, a také velké výstupní napětí dV/dt, což vyžaduje použití speciálních motorů nebo vysokonapěťových sinusových filtrů, což výrazně zvyšuje náklady. Nemá funkci čtyřkvadrantového provozu a během brzdění je nutné instalovat samostatnou brzdnou jednotku. Tento typ frekvenčního měniče musí také řešit problém vyrovnávání napětí zařízení, což obecně vyžaduje speciální konstrukci budicích obvodů a vyrovnávacích obvodů. Existují také extrémně přísné požadavky na zpoždění budicích obvodů IGBT. Pokud jsou zapínací a vypínací časy IGBT nekonzistentní nebo se sklony náběžné a sestupné hrany příliš liší, způsobí to poškození výkonových zařízení.
Existuje mnoho typů vysokonapěťových střídačů a jejich klasifikační metody se také liší. Podle přítomnosti stejnosměrné části v mezičlánku je možné je rozdělit na frekvenční měniče AC/AC a frekvenční měniče AC-DC-AC. Podle vlastností stejnosměrné složky je lze rozdělit na proudové a napěťové frekvenční měniče.
Měnič kmitočtu proudového typu
Pojmenován podle použití indukčních součástek ve stejnosměrném meziobvodu frekvenčního měniče, má výhodu v možnosti provozu ve čtyřech kvadrantech a snadno dosahuje brzdné funkce motoru. Nevýhodou je, že vyžaduje nucenou komutaci můstku měniče a složitá struktura zařízení, což ztěžuje nastavení. Navíc v důsledku použití tyristorového fázově posuvného usměrnění na straně elektrické sítě jsou vstupní proudové harmonické relativně velké, což bude mít určitý vliv na elektrickou síť při velké kapacitě.
Měnič kmitočtu typu napětí
Pojmenován podle použití kapacitních součástek ve stejnosměrném meziobvodu frekvenčního měniče, jeho charakteristikou je, že nemůže pracovat ve čtyřech kvadrantech. Pokud je třeba brzdit zátěžový motor, je nutné instalovat samostatný brzdný obvod. Při vysokém výkonu je nutné na výstup přidat sinusový filtr.
1. Jaký je rozdíl mezi napěťovým a proudovým typem?
Hlavní obvod frekvenčního měniče lze zhruba rozdělit do dvou kategorií: napěťový typ je frekvenční měnič, který převádí stejnosměrný proud zdroje napětí na střídavý proud a jeho filtrem stejnosměrného obvodu je kondenzátor; proudový typ je frekvenční měnič, který převádí stejnosměrný proud zdroje proudu na střídavý proud a jeho filtrem stejnosměrného obvodu je induktor.
2. Proč se napětí a proud frekvenčního měniče mění proporcionálně?
Točivý moment asynchronního motoru je generován interakcí mezi magnetickým tokem motoru a proudem protékajícím rotorem. Pokud je při jmenovité frekvenci konstantní napětí a snižuje se pouze frekvence, bude magnetický tok příliš velký, magnetický obvod se nasytí a v závažných případech dojde k vyhoření motoru. Proto by se frekvence a napětí měly měnit proporcionálně, tj. při změně frekvence by se mělo řídit výstupní napětí frekvenčního měniče tak, aby se udržel určitý magnetický tok motoru a zabránilo se vzniku slabého magnetismu a magnetické saturace. Tato metoda řízení se běžně používá pro energeticky úsporné frekvenční měniče ve ventilátorech a čerpadlech.