Frekans konvertörlü frenleme ünitesi tedarikçisi, hem akım tipi hem de gerilim tipi frekans konvertörlerinin, bir doğrultucu ve bir invertörden oluşan AC-DC-AC frekans konvertörleri sınıfına girdiğini hatırlatır.
Yükler genellikle endüktif olduğundan, güç kaynakları arasında reaktif güç aktarımı olması gerekir. Bu nedenle, ara DC bağlantısında reaktif gücü tamponlayacak bileşenlere ihtiyaç vardır.
Reaktif gücü tamponlamak için büyük bir kapasitör kullanılıyorsa, bu bir gerilim kaynağı tipi frekans dönüştürücüsünü oluşturur; reaktif gücü tamponlamak için büyük bir reaktör kullanılıyorsa, bu bir akım kaynağı tipi frekans dönüştürücüsünü oluşturur.
Gerilim tipi frekans dönüştürücüler ile akım tipi frekans dönüştürücüler arasındaki fark yalnızca ara DC bağlantı filtresinin biçiminde yatmaktadır. Ancak bu durum, aşağıdaki karşılaştırma listesinde gösterildiği gibi, iki frekans dönüştürücü tipi arasında önemli performans farklılıklarına yol açmaktadır:
1. Enerji depolama bileşenleri: gerilim tipi frekans konvertörü - kondansatör; akım tipi - reaktör.
2. Çıkış dalga formunun özellikleri: Gerilim dalga formu dikdörtgen bir dalgadır, akım dalga formu yaklaşık olarak bir sinüs dalgasıdır; Akım tipi frekans dönüştürücü, akım için dikdörtgen bir dalga formuna ve gerilim için yaklaşık bir sinüs dalga formuna sahiptir.
3. Devre kompozisyonunun özellikleri arasında, gerilim türü olarak büyük kapasiteli bir kapasitörle (düşük empedanslı gerilim kaynağı) paralel bağlı bir geri besleme diyotlu DC güç kaynağı; büyük endüktanslı (yüksek empedanslı akım kaynağı) seri bağlı akım tipi geri beslemesiz diyotlu DC güç kaynağı, motorun dört kadranda çalışmasını kolaylaştırır.
4. Karakteristik olarak, gerilim tipi yük kısa devre olduğunda aşırı akım üretir ve açık devre motorlar da kararlı bir şekilde çalışabilir; akım tipi yük kısa devre olduğunda aşırı akımı bastırabilir ve motorun kararsız çalışması için geri besleme kontrolü gerekir.
Akım kaynaklı invertörler, güç anahtarları olarak pahalı DC yan endüktansa sahip doğal komütasyonlu tristörler kullanır ve çift beslemeli hız regülasyonunda kullanılır. Aşırı senkron hızlarda komütasyon devreleri gerektirirler ve düşük kayma frekanslarında zayıf performans gösterirler.
Frekans dönüştürücünün yapısal özellikleri
Akım tipi frekans dönüştürücünün DC bağlantısı, dört kadranlı çalışma avantajına sahip ve motorun frenleme işlevini kolayca gerçekleştirebilen endüktif bileşenlerin kullanımından dolayı bu adı almıştır. Dezavantajı ise, invertör köprüsünün zorunlu komütasyona tabi tutulmasını gerektirmesi ve cihaz yapısının karmaşık olması, ayarlamayı zorlaştırmasıdır. Ayrıca, elektrik şebekesi tarafında tristör faz kaydırmalı doğrultucu kullanılması nedeniyle, giriş akımı harmonikleri nispeten büyüktür ve bu da kapasite yüksek olduğunda elektrik şebekesi üzerinde belirli bir etkiye sahip olacaktır.
2. Gerilim tipi frekans dönüştürücü, frekans dönüştürücünün DC bağlantısında kapasitif bileşenler kullanılmasından dolayı bu adı almıştır. Özelliği, dört bölgede çalışamamasıdır. Yük motorunun fren yapması gerektiğinde ayrı bir frenleme devresi kurulması gerekir. Güç yüksek olduğunda ise çıkışa bir sinüs dalgası filtresi eklenmesi gerekir.
3. Yüksek akım frekans dönüştürücü, 10 KV'a kadar akımla doğrudan yüksek gerilim frekans dönüşümü elde etmek için seri olarak GTO, SCR veya IGCT bileşenleri kullanır. DC bağlantısında endüktif bileşenler kullanıldığından, akıma karşı yeterince hassas değildir ve bu da aşırı akım arızalarına daha az eğilimli olmasını sağlar. İnverter ayrıca işletimde güvenilirdir ve iyi bir koruma performansına sahiptir. Giriş tarafı tristör faz kontrollü doğrultucu kullanır ve giriş akımı harmonikleri nispeten büyüktür. Frekans dönüştürücünün kapasitesi büyük olduğunda, elektrik şebekesindeki kirlilik ve haberleşme elektronik cihazlarındaki parazit dikkate alınmalıdır. Gerilim dengeleme ve tamponlama devresi teknik olarak karmaşık ve maliyetlidir. Çok sayıda bileşen ve cihaz hacmi nedeniyle, ayarlama ve bakım nispeten zordur. İnverter köprüsü zorlamalı komütasyon kullanır ve büyük miktarda ısı üretir; bu da bileşenlerin ısı yayılımı sorununu çözmeyi gerektirir. Avantajı, dört bölgede çalışabilme ve frenleme yapabilmesidir. Bu tip frekans konvertörlerinin düşük giriş güç faktörü ve yüksek giriş-çıkış harmonikleri nedeniyle giriş ve çıkış taraflarına yüksek gerilimli kendi kendini onaran kapasitörlerin takılmasını gerektirdiği unutulmamalıdır.
4. Yüksek gerilim invertörünün devre yapısı, doğrudan cihaz serisi yüksek gerilim invertörü olarak da bilinen IGBT doğrudan seri teknolojisini benimser. DC bağlantısında filtreleme ve enerji depolama için yüksek gerilim kapasitörleri kullanır ve çıkış gerilimi 6 KV'a kadar çıkar. Avantajı, daha düşük gerilime dayanıklı güç cihazları kullanabilmesi ve seri köprü kolundaki tüm IGBT'lerin aynı işleve sahip olması, karşılıklı yedekleme veya yedekli tasarıma olanak sağlamasıdır. Dezavantajı ise, seviye sayısının nispeten düşük olması (sadece iki seviye) ve çıkış gerilimi dV/dt'nin de büyük olması, özel motorlar veya yüksek gerilimli sinüs dalga filtreleri kullanılmasını gerektirmesi ve bunun da maliyeti önemli ölçüde artırmasıdır. Dört kadranlı çalışma fonksiyonu yoktur ve frenleme sırasında ayrı bir frenleme ünitesinin takılması gerekir. Bu tür bir frekans dönüştürücünün ayrıca, genellikle sürücü devreleri ve tampon devrelerinin özel tasarımını gerektiren cihaz gerilim dengeleme sorununu da çözmesi gerekir. IGBT sürücü devrelerinin gecikmesi için de son derece katı gereklilikler vardır. IGBT'nin açılma ve kapanma zamanları tutarsız olduğunda veya yükselen ve düşen kenarların eğimleri çok farklı olduğunda, güç cihazlarında hasara neden olur.
Yüksek gerilim invertörlerinin birçok çeşidi vardır ve sınıflandırma yöntemleri de çeşitlilik gösterir. Ara bağlantıda DC parça bulunup bulunmamasına göre AC/AC frekans dönüştürücüler ve AC-DC-AC frekans dönüştürücüler olarak sınıflandırılabilirler; DC bileşeninin özelliklerine göre ise akım tipi ve gerilim tipi frekans dönüştürücüler olarak sınıflandırılabilirler.
Akım tipi frekans dönüştürücü
Frekans dönüştürücünün DC bağlantısında endüktif bileşenlerin kullanılmasından adını alan bu sistem, dört bölgeli çalışma kabiliyeti avantajına sahiptir ve motorun frenleme işlevini kolayca gerçekleştirebilir. Dezavantajı ise, invertör köprüsünün zorunlu komütasyona tabi tutulmasını gerektirmesi ve cihaz yapısının karmaşık olması, ayarlamayı zorlaştırmasıdır. Ayrıca, elektrik şebekesi tarafında tristör faz kaydırmalı doğrultucu kullanılması nedeniyle giriş akımı harmonikleri nispeten büyüktür ve bu durum, kapasite büyük olduğunda elektrik şebekesi üzerinde belirli bir etkiye sahip olacaktır.
Gerilim tipi frekans dönüştürücü
Adını frekans dönüştürücünün DC bağlantısında kapasitif bileşenler kullanılmasından alan bu dönüştürücünün özelliği, dört bölgede çalışamamasıdır. Yük motorunun frenlenmesi gerektiğinde ayrı bir frenleme devresi kurulması gerekir. Güç yüksek olduğunda ise çıkışa bir sinüs dalgası filtresi eklenmesi gerekir.
1. Gerilim tipi ile akım tipi arasındaki fark nedir?
Frekans dönüştürücünün ana devresi kabaca iki kategoriye ayrılabilir: Gerilim tipi, gerilim kaynağının DC'sini AC'ye dönüştüren bir frekans dönüştürücüdür ve DC devresinin filtresi bir kondansatördür; Akım tipi, akım kaynağının DC'sini AC'ye dönüştüren bir frekans dönüştürücüdür ve DC devre filtresi bir indüktördür.
2. Frekans konvertörünün voltajı ve akımı neden orantılı olarak değişir?
Asenkron bir motorun torku, motorun manyetik akısı ile rotordan geçen akım arasındaki etkileşimle üretilir. Nominal frekansta, voltaj sabit ve sadece frekans düşürülürse, manyetik akı çok büyük olur, manyetik devre doyar ve ciddi durumlarda motor yanar. Bu nedenle, frekans ve voltaj orantılı olarak değiştirilmelidir; yani, frekans değiştirilirken, frekans dönüştürücünün çıkış voltajı, motorun belirli bir manyetik akısını koruyacak ve zayıf manyetizma ve manyetik doygunluk olaylarının oluşmasını önleyecek şekilde kontrol edilmelidir. Bu kontrol yöntemi, fanlar ve pompalardaki enerji tasarrufu sağlayan frekans dönüştürücülerde yaygın olarak kullanılır.