Sagedusmuunduri piduriseadme tarnija tuletab meelde, et nii voolu- kui ka pingetüüpi sagedusmuundurid kuuluvad AC-DC-AC sagedusmuundurite hulka, mis koosnevad alaldist ja inverterist.
Kuna koormused on üldiselt induktiivsed, peab nende toiteallikate vahel toimuma reaktiivvõimsuse ülekanne. Seetõttu on vahepealses alalisvooluühenduses vaja komponente reaktiivvõimsuse puhverdamiseks.
Kui reaktiivvõimsuse puhverdamiseks kasutatakse suurt kondensaatorit, moodustab see pingeallika tüüpi sagedusmuunduri; kui reaktiivvõimsuse puhverdamiseks kasutatakse suurt reaktorit, moodustab see vooluallika tüüpi sagedusmuunduri.
Pinge- ja voolutüüpi sagedusmuundurite erinevus seisneb ainult vahepealse alalisvooluühenduse filtri näol. See aga põhjustab kahe sagedusmuunduri tüübi vahel olulisi jõudluserinevusi, nagu on näidatud järgmises võrdlusloendis:
1. Energia salvestamise komponendid: pingetüüpi sagedusmuundur – kondensaator; voolutüüpi – reaktor.
2. Väljundlainekuju omadused: Pinge lainekuju on ristkülikukujuline, voolu lainekuju on ligikaudu siinuslaine; Voolutüüpi sagedusmuunduril on voolu jaoks ristkülikukujuline lainekuju ja pinge jaoks ligikaudne siinuslaine.
3. Vooluahela koostise omaduste hulka kuulub tagasisidedioodiga alalisvoolutoiteallikas, mis on paralleelselt ühendatud suure mahtuvusega kondensaatoriga (madala impedantsiga pingeallikas); voolutüüpi tagasisideta dioodiga alalisvoolutoiteallikas, mis on järjestikku ühendatud suure induktiivsusega (kõrge impedantsiga vooluallikas), võimaldab mootoril hõlpsalt töötada neljas kvadrandis.
4. Omaduste poolest tekitab pingetüüp koormuse lühise korral ülevoolu ja avatud ahelaga mootorid võivad samuti stabiilselt töötada; voolutüüp suudab koormuse lühise korral ülevoolu summutada ja mootori ebastabiilse töö korral on vaja tagasiside juhtimist.
Vooluallika inverterid kasutavad võimsuslülititena loomulikult kommuteeritavaid türistore, millel on kallis alalisvoolupoolne induktiivsus ja mida kasutatakse kahekordse toitega kiiruse reguleerimiseks. Need vajavad kommutatsiooniahelaid üle sünkroonsete kiiruste korral ja neil on halb jõudlus madalatel libisemissagedustel.
Sagedusmuunduri struktuurilised omadused
Voolutüüpi sagedusmuunduri alalisvooluühendus on nime saanud induktiivsete komponentide kasutamise järgi, mille eeliseks on nelja kvadrandi töövõime ja mis võimaldab hõlpsalt saavutada mootori pidurdusfunktsiooni. Puuduseks on see, et see nõuab invertersilla sundkommuteerimist ja seadme keerukas struktuur muudab reguleerimise keeruliseks. Lisaks on türistori faasinihkega alaldi kasutamise tõttu elektrivõrgu poolel sisendvoolu harmoonilised suhteliselt suured, mis avaldab suure võimsuse korral elektrivõrgule teatud mõju.
2. Pingetüüpi sagedusmuundur on nime saanud sagedusmuunduri alalisvooluühenduses kasutatavate mahtuvuslike komponentide järgi. Selle eripäraks on see, et see ei saa töötada neljas kvadrandis. Koormusmootori pidurdamiseks on vaja paigaldada eraldi pidurdusahel. Suure võimsuse korral tuleb väljundisse lisada siinusfilter.
3. Suure voolutugevusega sagedusmuundur kasutab otsese kõrgepinge sagedusmuundamise saavutamiseks järjestikku ühendatud GTO, SCR või IGCT komponente, mille voolupinge on kuni 10 kV. Induktiivsete komponentide kasutamise tõttu alalisvooluühenduses ei ole see voolu suhtes piisavalt tundlik, mistõttu on see vähem altid ülevooluvigade suhtes. Inverter on ka töökindel ja hea kaitsega. Sisendpoolel kasutatakse türistori faasiga juhitavat alaldit ja sisendvoolu harmoonilised on suhteliselt suured. Kui sagedusmuunduri võimsus on suur, tuleks arvestada elektrivõrgu saastumise ja sideelektroonikaseadmete häiretega. Pinge ühtlustamise ja puhverdamise ahel on tehniliselt keeruline ja kulukas. Komponentide suure arvu ja seadme mahu tõttu on reguleerimine ja hooldus suhteliselt keeruline. Inverteri sild kasutab sundkommutatsiooni ja tekitab suure hulga soojust, mis nõuab komponentide soojuse hajumise probleemi lahendamist. Selle eeliseks on võime töötada neljas kvadrandis ja pidurdada. Tuleb märkida, et seda tüüpi sagedusmuundur nõuab oma sisend- ja väljundpoolele kõrgepinge iseparanevate kondensaatorite paigaldamist madala sisendvõimsusteguri ja kõrgete sisend- ja väljundharmooniliste tõttu.
4. Kõrgepinge inverteri vooluahela struktuur kasutab IGBT otseseeria tehnoloogiat, mida tuntakse ka otseseadmete seeria kõrgepinge inverterina. See kasutab filtreerimiseks ja energia salvestamiseks alalisvooluühenduses kõrgepinge kondensaatoreid, mille väljundpinge on kuni 6 kV. Selle eeliseks on see, et see võimaldab kasutada madalama pingega vastupidavaid toiteseadmeid ja kõigil jadaühenduse sillaharul olevatel IGBT-del on sama funktsioon, mis võimaldab vastastikust varundust või redundantset disaini. Puuduseks on suhteliselt väike tasemete arv, ainult kaks taset, ja samuti on suur väljundpinge dV/dt, mis nõuab spetsiaalsete mootorite või kõrgepinge siinuslaine filtrite kasutamist, mis suurendab oluliselt kulusid. Sellel puudub nelja kvadrandi tööfunktsioon ja pidurdamise ajal tuleb paigaldada eraldi piduriseade. Seda tüüpi sagedusmuundur peab lahendama ka seadme pinge ühtlustamise probleemi, mis üldiselt nõuab ajamiahelate ja puhverahelate spetsiaalset konstruktsiooni. Samuti on IGBT ajamiahelate viivitusele kehtestatud äärmiselt ranged nõuded. Kui IGBT-transistoride sisse- ja väljalülitusajad on ebajärjekindlad või tõusvate ja langevate servade nõlvad on liiga erinevad, kahjustab see toiteseadmeid.
Kõrgepinge invertereid on mitut tüüpi ja ka nende klassifitseerimismeetodid on mitmekesised. Vastavalt sellele, kas vahelülis on alalisvooluosa, saab need jagada vahelduvvoolu/vahelduvvoolu sagedusmuunduriteks ja vahelduvvoolu-alalisvoolu-vahelduvvoolu sagedusmuunduriteks; alalisvoolukomponendi omaduste järgi saab need jagada voolu- ja pingetüüpi sagedusmuunduriteks.
Voolutüübi sagedusmuundur
Sagedusmuunduri alalisvooluühenduses induktiivsete komponentide kasutamise järgi nime saanud seadmel on eeliseks nelja kvadrandi töövõime ja see võimaldab hõlpsalt saavutada mootori pidurdusfunktsiooni. Puuduseks on see, et see nõuab invertersilla sundkommuteerimist ja seadme keeruline struktuur muudab reguleerimise keeruliseks. Lisaks on türistori faasinihkega alaldi kasutamise tõttu elektrivõrgu poolel sisendvoolu harmoonilised suhteliselt suured, mis avaldab suure võimsuse korral elektrivõrgule teatud mõju.
Pinge tüüpi sagedusmuundur
Sagedusmuunduri alalisvooluühenduses kasutatavate mahtuvuslike komponentide järgi nime saanud pidurdusseade on iseloomulik sellele, et see ei saa töötada neljas kvadrandis. Koormusmootori pidurdamiseks on vaja paigaldada eraldi pidurdusahel. Suure võimsuse korral tuleb väljundisse lisada siinusfilter.
1. Mis vahe on pingetüübil ja voolutüübil?
Sagedusmuunduri peaahelat saab laias laastus jagada kahte kategooriasse: pingemuundur on sagedusmuundur, mis muundab pingeallika alalisvoolu vahelduvvooluks ja alalisvooluahela filtriks on kondensaator; voolumuundur on sagedusmuundur, mis muundab vooluallika alalisvoolu vahelduvvooluks ja selle alalisvooluahela filter on induktiivpool.
2. Miks muutuvad sagedusmuunduri pinge ja vool proportsionaalselt?
Asünkroonmootori pöördemoment tekib mootori magnetvoo ja rootorit läbiva voolu vastastikmõjul. Nimisagedusel, kui pinge on konstantne ja ainult sagedus väheneb, on magnetvoog liiga suur, magnetahel küllastub ja rasketel juhtudel mootor läbi põleb. Seetõttu tuleks sagedust ja pinget proportsionaalselt muuta, st sageduse muutmisel tuleks juhtida sagedusmuunduri väljundpinget, et säilitada mootori teatud magnetvoog ja vältida nõrga magnetismi ja magnetilise küllastuse nähtuste teket. Seda juhtimismeetodit kasutatakse tavaliselt energiasäästlike sagedusmuundurite puhul ventilaatorites ja pumpades.