การเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่างตัวแปลงความถี่ชนิดแรงดันและชนิดกระแสไฟฟ้า

ซัพพลายเออร์ของชุดเบรกตัวแปลงความถี่ขอเตือนคุณว่าตัวแปลงความถี่ทั้งประเภทกระแสและประเภทแรงดันไฟเป็นตัวแปลงความถี่ AC-DC-AC ซึ่งประกอบด้วยเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าและอินเวอร์เตอร์

เนื่องจากโหลดโดยทั่วไปเป็นแบบเหนี่ยวนำ จึงจำเป็นต้องมีการถ่ายโอนกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟระหว่างแหล่งจ่ายไฟ ดังนั้น ในการเชื่อมต่อกระแสตรงระดับกลาง จึงจำเป็นต้องมีส่วนประกอบเพื่อบัฟเฟอร์กำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ

หากใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เพื่อบัฟเฟอร์กำลังปฏิกิริยา จะถือว่าเป็นตัวแปลงความถี่ชนิดแหล่งแรงดันไฟฟ้า หากใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เพื่อบัฟเฟอร์กำลังปฏิกิริยา จะถือว่าเป็นตัวแปลงความถี่ชนิดแหล่งกระแสไฟฟ้า

ความแตกต่างระหว่างตัวแปลงความถี่ชนิดแรงดันและตัวแปลงความถี่ชนิดกระแสอยู่ที่ตัวกรอง DC เชื่อมโยงระดับกลางเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของตัวแปลงความถี่ทั้งสองชนิดแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ดังที่แสดงในรายการเปรียบเทียบต่อไปนี้:

1. ส่วนประกอบในการกักเก็บพลังงาน: ตัวแปลงความถี่ประเภทแรงดันไฟฟ้า - ตัวเก็บประจุ ประเภทกระแสไฟฟ้า - รีแอคเตอร์

2. ลักษณะของรูปคลื่นเอาต์พุต: รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม รูปคลื่นกระแสไฟฟ้าเป็นคลื่นไซน์โดยประมาณ ตัวแปลงความถี่ประเภทกระแสไฟฟ้ามีรูปคลื่นสี่เหลี่ยมสำหรับกระแสไฟฟ้าและรูปคลื่นไซน์โดยประมาณสำหรับแรงดันไฟฟ้า

3. ลักษณะเฉพาะของการประกอบวงจร ได้แก่ แหล่งจ่ายไฟ DC แบบไดโอดป้อนกลับแบบขนานพร้อมตัวเก็บประจุความจุขนาดใหญ่ (แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าความต้านทานต่ำ) เป็นประเภทแรงดันไฟฟ้า แหล่งจ่ายไฟ DC แบบไดโอดไม่ป้อนกลับชนิดกระแสแบบอนุกรมพร้อมเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ (แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าความต้านทานสูง) ทำให้มอเตอร์ทำงานได้ง่ายในสี่ควอแดรนต์

4. ในแง่ของคุณลักษณะ ประเภทแรงดันไฟฟ้าจะสร้างกระแสเกินเมื่อโหลดเกิดไฟฟ้าลัดวงจร และมอเตอร์แบบวงเปิดก็สามารถทำงานได้อย่างเสถียรเช่นกัน ประเภทกระแสไฟฟ้าสามารถระงับกระแสเกินได้เมื่อโหลดเกิดไฟฟ้าลัดวงจร และจำเป็นต้องมีการควบคุมป้อนกลับสำหรับการทำงานของมอเตอร์ที่ไม่เสถียร

อินเวอร์เตอร์แหล่งกระแสใช้ไทริสเตอร์แบบสับเปลี่ยนตามธรรมชาติเป็นสวิตช์ไฟฟ้า ซึ่งมีค่าเหนี่ยวนำด้านกระแสตรงสูง และใช้ในการควบคุมความเร็วแบบป้อนคู่ อินเวอร์เตอร์เหล่านี้ต้องการวงจรสับเปลี่ยนที่ความเร็วซิงโครนัสสูงเกินไป และประสิทธิภาพการทำงานต่ำที่ความถี่สลิปต่ำ

ลักษณะโครงสร้างของตัวแปลงความถี่

ตัวแปลงความถี่ชนิดกระแสตรง (DC) นี้มีชื่อตามการใช้ส่วนประกอบแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งมีข้อดีคือสามารถทำงานแบบสี่ควอแดรนท์ได้ และสามารถเบรกมอเตอร์ได้อย่างง่ายดาย ข้อเสียคือต้องใช้อินเวอร์เตอร์บริดจ์แบบบังคับสับเปลี่ยน และโครงสร้างอุปกรณ์มีความซับซ้อน ทำให้ปรับแต่งได้ยาก นอกจากนี้ เนื่องจากการใช้ไทริสเตอร์แบบปรับเฟสแบบเลื่อน (phase-shifting rectification) ในด้านโครงข่ายไฟฟ้า ฮาร์มอนิกของกระแสอินพุตจึงค่อนข้างสูง ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อโครงข่ายไฟฟ้าในระดับหนึ่งเมื่อมีกำลังไฟฟ้าสูง

2. ตัวแปลงความถี่ชนิดแรงดันไฟฟ้าได้รับการตั้งชื่อตามการใช้ส่วนประกอบแบบคาปาซิทีฟในการเชื่อมต่อ DC ของตัวแปลงความถี่ ลักษณะเด่นคือไม่สามารถทำงานแบบสี่ควอแดรนต์ได้ เมื่อมอเตอร์โหลดจำเป็นต้องเบรก จำเป็นต้องติดตั้งวงจรเบรกแยกต่างหาก เมื่อกำลังไฟฟ้าสูง จำเป็นต้องเพิ่มตัวกรองคลื่นไซน์ให้กับเอาต์พุต

3. ตัวแปลงความถี่กระแสสูงใช้ส่วนประกอบ GTO, SCR หรือ IGCT แบบอนุกรมเพื่อแปลงความถี่แรงดันสูงโดยตรง โดยมีแรงดันกระแสสูงสุด 10 กิโลโวลต์ เนื่องจากใช้ส่วนประกอบแบบเหนี่ยวนำในการเชื่อมต่อกระแสตรง จึงไม่ไวต่อกระแสไฟฟ้าเพียงพอ จึงลดโอกาสเกิดความผิดพลาดจากกระแสเกิน อินเวอร์เตอร์ยังมีความน่าเชื่อถือในการทำงานและมีประสิทธิภาพการป้องกันที่ดี ด้านอินพุตใช้วงจรเรียงกระแสแบบควบคุมเฟสไทริสเตอร์ และฮาร์มอนิกกระแสอินพุตค่อนข้างสูง เมื่อความจุของตัวแปลงความถี่สูง ควรพิจารณาถึงมลภาวะต่อระบบไฟฟ้าและสัญญาณรบกวนต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สื่อสาร วงจรปรับแรงดันไฟฟ้าและบัฟเฟอร์มีความซับซ้อนทางเทคนิคและมีค่าใช้จ่ายสูง เนื่องจากมีจำนวนส่วนประกอบและปริมาณอุปกรณ์จำนวนมาก การปรับและบำรุงรักษาจึงค่อนข้างยาก อินเวอร์เตอร์บริดจ์ใช้การสับเปลี่ยนแบบบังคับและสร้างความร้อนจำนวนมาก ซึ่งจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาการกระจายความร้อนของส่วนประกอบ ข้อดีของอินเวอร์เตอร์บริดจ์คือความสามารถในการทำงานแบบสี่ควอดแรนท์และเบรก ควรสังเกตว่าตัวแปลงความถี่ประเภทนี้จำเป็นต้องติดตั้งตัวเก็บประจุซ่อมแซมแรงดันไฟฟ้าสูงที่ด้านอินพุตและเอาต์พุต เนื่องจากมีปัจจัยกำลังอินพุตต่ำและฮาร์มอนิกอินพุตและเอาต์พุตสูง

4. โครงสร้างวงจรของอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงใช้เทคโนโลยี IGBT แบบอนุกรมตรง หรือที่เรียกว่าอินเวอร์เตอร์แรงดันสูงแบบอนุกรมอุปกรณ์โดยตรง ใช้ตัวเก็บประจุแรงดันสูงในการกรองและกักเก็บพลังงานในวงจร DC ที่มีแรงดันเอาต์พุตสูงสุด 6 กิโลโวลต์ ข้อดีคือสามารถใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทนแรงดันต่ำได้ และ IGBT ทั้งหมดบนแขนบริดจ์แบบอนุกรมมีฟังก์ชันเดียวกัน ทำให้สามารถสำรองหรือออกแบบให้ซ้ำซ้อนได้ ข้อเสียคือจำนวนระดับค่อนข้างต่ำ มีเพียงสองระดับ และแรงดันเอาต์พุต dV/dt ก็สูงเช่นกัน จำเป็นต้องใช้มอเตอร์พิเศษหรือตัวกรองคลื่นไซน์แรงดันสูง ซึ่งจะเพิ่มต้นทุนอย่างมาก ไม่มีฟังก์ชันการทำงานแบบสี่ควอแดรนท์ และต้องติดตั้งชุดเบรกแยกต่างหากในระหว่างการเบรก ตัวแปลงความถี่ประเภทนี้ยังต้องแก้ปัญหาการปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ ซึ่งโดยทั่วไปต้องมีการออกแบบวงจรขับเคลื่อนและวงจรบัฟเฟอร์แบบพิเศษ นอกจากนี้ยังมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากสำหรับการหน่วงเวลาของวงจรขับเคลื่อน IGBT หากเวลาเปิดและปิด IGBT ไม่สม่ำเสมอ หรือความลาดเอียงของขอบขึ้นและลงต่างกันมากเกินไป จะทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า

อินเวอร์เตอร์แรงดันสูงมีหลายประเภท และมีวิธีจำแนกประเภทที่หลากหลาย สามารถแบ่งตามส่วนประกอบของ DC ในวงจรกลางได้เป็นตัวแปลงความถี่ AC/AC และตัวแปลงความถี่ AC-DC-AC ส่วนคุณสมบัติของส่วนประกอบ DC สามารถแบ่งตามชนิดของกระแสและแรงดันไฟฟ้าได้

ตัวแปลงความถี่ชนิดกระแสไฟฟ้า

ตั้งชื่อตามการใช้ส่วนประกอบเหนี่ยวนำในการเชื่อมต่อ DC ของตัวแปลงความถี่ มีข้อได้เปรียบคือความสามารถในการทำงานแบบสี่ควอแดรนท์ และสามารถเบรกมอเตอร์ได้อย่างง่ายดาย ข้อเสียคือต้องใช้การสับเปลี่ยนแบบบังคับของบริดจ์อินเวอร์เตอร์ และโครงสร้างอุปกรณ์มีความซับซ้อน ทำให้ยากต่อการปรับแต่ง นอกจากนี้ เนื่องจากการใช้ไทริสเตอร์แบบเลื่อนเฟสในระบบไฟฟ้า ฮาร์มอนิกของกระแสอินพุตจึงค่อนข้างสูง ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าเมื่อมีกำลังการผลิตสูง

ตัวแปลงความถี่ชนิดแรงดันไฟฟ้า

ตั้งชื่อตามการใช้ส่วนประกอบแบบคาปาซิทีฟในลิงก์ DC ของตัวแปลงความถี่ มีลักษณะเด่นคือไม่สามารถทำงานแบบสี่ควอแดรนต์ได้ เมื่อจำเป็นต้องเบรกมอเตอร์โหลด จำเป็นต้องติดตั้งวงจรเบรกแยกต่างหาก เมื่อกำลังไฟฟ้าสูง จำเป็นต้องเพิ่มตัวกรองคลื่นไซน์ให้กับเอาต์พุต

1. ความแตกต่างระหว่างประเภทแรงดันไฟฟ้าและประเภทกระแสไฟฟ้าคืออะไร?

วงจรหลักของตัวแปลงความถี่สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสองประเภท: ประเภทแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวแปลงความถี่ที่แปลงไฟ DC ของแหล่งแรงดันไฟฟ้าเป็นไฟ AC และการกรองของวงจร DC คือตัวเก็บประจุ ประเภทกระแสไฟฟ้าเป็นตัวแปลงความถี่ที่แปลงไฟ DC ของแหล่งกระแสไฟฟ้าเป็นไฟ AC และตัวกรองวงจร DC คือตัวเหนี่ยวนำ

2. เพราะเหตุใดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าของตัวแปลงความถี่จึงเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน?

แรงบิดของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างฟลักซ์แม่เหล็กของมอเตอร์และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโรเตอร์ ที่ความถี่ที่กำหนด หากแรงดันไฟฟ้าคงที่และมีเพียงความถี่เท่านั้นที่ถูกลดทอน ฟลักซ์แม่เหล็กจะสูงเกินไป วงจรแม่เหล็กจะอิ่มตัว และในกรณีที่รุนแรง มอเตอร์อาจไหม้ได้ ดังนั้น ควรปรับความถี่และแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสม กล่าวคือ ในขณะที่เปลี่ยนความถี่ ควรควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกของตัวแปลงความถี่ให้คงที่เพื่อรักษาฟลักซ์แม่เหล็กของมอเตอร์ และหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์แม่เหล็กอ่อนและแม่เหล็กอิ่มตัว วิธีการควบคุมนี้มักใช้กับตัวแปลงความถี่ประหยัดพลังงานในพัดลมและปั๊ม