اصل کار مبدل فرکانس

مبدل فرکانس دستگاهی است که توان فرکانس صنعتی (50 هرتز یا 60 هرتز) را به توان متناوب فرکانس های مختلف برای تحقق عملکرد سرعت متغیر موتورها تبدیل می کند، که در آن مدار کنترل کنترل مدار اصلی را کامل می کند، مدار یکسو کننده برق متناوب را به برق DC تبدیل می کند، مدار میانی DC مدار برق را صاف و معکوس می کند. به برق AC برای اینورترهای کنترل برداری که نیاز به محاسبات زیادی دارند، گاهی اوقات به یک CPU برای محاسبه گشتاور و برخی مدارهای مربوطه نیاز است. تنظیم سرعت اینورتر با تغییر فرکانس منبع تغذیه به سیم پیچ های استاتور موتور به دست می آید.

روش‌های زیادی برای دسته‌بندی مبدل فرکانس وجود دارد، با توجه به طبقه‌بندی حالت کار مدار اصلی، می‌توان آن را به ولتاژ-مبدل فرکانس نوع و مبدل فرکانس نوع جریان- تقسیم کرد. با توجه به طبقه‌بندی حالت سوئیچینگ، می‌توان آن را به PAM-مبدل فرکانس کنترل‌شده، مبدل فرکانس کنترل‌شده PWM-مبدل فرکانس کنترل‌شده-PWM با فرکانس بار بالا-مبدل فرکانس کنترل‌شده تقسیم کرد. با توجه به طبقه بندی اصل کار، می توان آن را به مبدل فرکانس کنترل شده V/f{6}، مبدل فرکانس کنترل فرکانس چرخشی و مبدل فرکانس کنترل برداری و غیره تقسیم کرد. با توجه به استفاده، طبق طبقه بندی اصل کار، می توان آن را به-اینورتر همه منظوره، اینورتر-با عملکرد بالا، اینورتر{10}}فرکانس بالا، اینورتر تک فاز{11}}و اینورتر سه فاز تقسیم کرد.

VVVF:تغییر ولتاژ، تغییر فرکانس CVCF: ولتاژ ثابت، فرکانس ثابت. منبع تغذیه AC مورد استفاده در کشورهای مختلف چه برای خانه و چه در کارخانه دارای ولتاژ و فرکانس 400V/50Hz یا 200V/60Hz (50Hz) و غیره می باشد. به طور کلی دستگاهی که جریان متناوب با ولتاژ و فرکانس ثابت را به جریان متناوب با ولتاژ یا فرکانس متغیر تبدیل می کند «اینورتر» نامیده می شود. به منظور تولید ولتاژ و فرکانس متغیر، دستگاه ابتدا جریان متناوب منبع تغذیه را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کند.

اینورترهای مورد استفاده برای کنترل موتور می توانند ولتاژ و فرکانس را تغییر دهند.

مبدل های فرکانس چگونه کار می کنند

ما می دانیم که بیان سرعت همزمان یک بیت موتور AC:

n = 60 f (1-s)/p (1)

در فرمول

n --- سرعت موتور ناهمزمان.

f --- فرکانس موتور ناهمزمان.

s --- سرعت چرخش موتور؛

p---تعداد جفت قطب موتور.

از رابطه (1)، می توان دریافت که سرعت چرخش n مستقیماً با فرکانس f متناسب است، تا زمانی که فرکانس f را بتوان برای تغییر سرعت چرخش موتور تغییر داد، هنگامی که فرکانس f در محدوده 0 تا 50 هرتز تغییر می کند، محدوده تنظیم سرعت موتور بسیار گسترده است. مبدل فرکانس با تغییر فرکانس منبع تغذیه موتور برای تحقق تنظیم سرعت، وسیله ای ایده آل برای تنظیم سرعت بالا و کارایی بالا است.

حالت کنترل مبدل فرکانس

ولتاژ خروجی اینورتر کم منظور-ولتاژ پایین-380-650 ولت، توان خروجی 0.75{6}}400 کیلووات، فرکانس کاری 0-400 هرتز است و مدارهای اصلی آن همگی از مدارهای AC-DC-AC استفاده می‌کنند. حالت کنترل آن چهار نسل بعدی را طی کرده است.

1U/f=حالت کنترل مدولاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM)

مشخص شده توسط یک ساختار مدار کنترل ساده، هزینه پایین تر، ویژگی های مکانیکی سختی نیز بهتر است برای دیدار با انتقال کلی نیازهای سرعت صاف، به طور گسترده در زمینه های مختلف صنعت استفاده شده است. با این حال، این روش کنترل در فرکانس پایین، به دلیل ولتاژ خروجی کمتر، گشتاور توسط افت ولتاژ مقاومت استاتور قابل توجه تر است، به طوری که حداکثر گشتاور خروجی کاهش می یابد. علاوه بر این، ویژگی‌های مکانیکی آن به سختی موتور DC نیست، ظرفیت گشتاور دینامیکی و عملکرد سرعت استاتیک رضایت‌بخش نیست، و عملکرد سیستم بالا نیست، منحنی کنترل با بار تغییر می‌کند، پاسخ گشتاور کند است، استفاده از گشتاور موتور بالا نیست، سرعت پایین به دلیل مقاومت استاتور و وجود اثر زوال ناحيه مرده و اثر زوال ناحيه مرده بر انحطاط است. بنابراین، تنظیم سرعت تبدیل فرکانس کنترل برداری بررسی شده است.

روش کنترل بردار فضای ولتاژ (SVPWM).

این مبتنی بر فرض اثر تولید کلی سه-شکل موج فازی است، به منظور تقریب مسیر میدان مغناطیسی دوار دایره‌ای ایده‌آل شکاف هوای موتور به منظور تولید شکل موج مدوله‌شده سه فاز در یک زمان، و کنترل در مسیر مماس داخلی چند ضلعی تقریبی دایره. پس از استفاده عملی بهبود یافته است، به عنوان مثال، جبران فرکانس معرفی شده است که می تواند خطای کنترل سرعت را از بین ببرد. دامنه زنجیره مغناطیسی با بازخورد تخمین زده می شود که تأثیر مقاومت استاتور در سرعت های پایین را از بین می برد. و ولتاژ و جریان خروجی برای بهبود دقت و پایداری دینامیک حلقه-بسته است. با این حال، مدار کنترل پیوندهای بیشتری دارد و تنظیم گشتاور را معرفی نمی کند، بنابراین عملکرد سیستم اساساً بهبود نمی یابد.

روش کنترل برداری (VC).

عمل کنترل فرکانس کنترل برداری، تبدیل جریان‌های استاتور Ia، Ib، Ic، موتور ناهمزمان در سیستم مختصات سه فاز به جریان‌های متناوب Ia1Ib1 در سیستم مختصات ساکن دو فاز از طریق سه-فاز - دو{6}}و سپس از طریق تبدیل فاز دو{6}} تبدیل بر اساس جهت گیری میدان مغناطیسی روتور، که معادل جریان های DC Im1، It1 در سیستم مختصات دوار سنکرون است (Im1 معادل (Im1 معادل جریان تحریک موتور DC است؛ It1 معادل جریان آرمیچر است که متناسب با روش کنترل مقدار گشتاور C است). موتور DC، و کنترل موتور ناهمزمان را بعد از مربوطه درک کنید تبدیل معکوس مختصات در اصل، موتور AC معادل یک موتور DC است و دو جزء سرعت و میدان مغناطیسی به طور مستقل کنترل می شوند. با کنترل زنجیره مغناطیسی روتور، و سپس تجزیه جریان استاتور برای به دست آوردن گشتاور و اجزای میدان مغناطیسی، از طریق تبدیل مختصات، برای تحقق بخشیدن به کنترل متعامد یا جدا شده. روش کنترل برداری پیشنهادی از دوران{15}}اهمیت بخشیدن. با این حال، در کاربردهای عملی، به دلیل دشواری مشاهده دقیق زنجیره مغناطیسی روتور، ویژگی‌های سیستم تا حد زیادی تحت‌تاثیر پارامترهای موتور قرار می‌گیرند، و تبدیل چرخشی برداری که در فرآیند کنترل موتور DC معادل استفاده می‌شود، پیچیده‌تر است، که دستیابی به نتایج تحلیل ایده‌آل را برای اثر کنترل واقعی دشوار می‌کند.

روش کنترل گشتاور مستقیم (DTC).

در سال 1985 پروفسور DePenbrock از دانشگاه روهر آلمان برای اولین بار فناوری تبدیل فرکانس کنترل مستقیم گشتاور را پیشنهاد کرد. این فناوری تا حد زیادی کاستی های کنترل برداری فوق را برطرف کرده است و با ایده های جدید کنترل، ساختار سیستم مختصر و واضح و عملکرد دینامیکی و ایستا عالی به سرعت توسعه یافته است. در حال حاضر، این فناوری با موفقیت برای درایوهای{4} AC با قدرت بالا برای کشش لوکوموتیو الکتریکی به کار گرفته شده است. کنترل مستقیم گشتاور مدل ریاضی موتور AC را مستقیماً در سیستم مختصات استاتور تجزیه و تحلیل می کند تا زنجیره مغناطیسی و گشتاور موتور را کنترل کند. نیازی نیست که موتور AC را با یک موتور DC برابر کند، بنابراین بسیاری از محاسبات پیچیده در تبدیل چرخش برداری حذف می شود. نیازی به تقلید از کنترل موتور DC و همچنین ساده سازی مدل ریاضی موتور AC برای جداسازی نیست.

ماتریس AC{0}}روش کنترل AC

اینورتر VVVF، اینورتر کنترل برداری و اینورتر کنترل گشتاور مستقیم همه انواع اینورتر AC-DC-AC هستند. معایب رایج آن ها ضریب توان ورودی پایین، جریان های هارمونیک بالا، نیاز به خازن های ذخیره انرژی بزرگ در مدار DC است، و انرژی احیا کننده نمی تواند به شبکه بازگردانده شود، به عنوان مثال، عملکرد چهار{5} ربع ممکن نیست. به همین دلیل، اینورتر ماتریسی AC-AC به وجود آمد. از آنجایی که اینورتر AC ماتریسی{9}} پیوند DC میانی را حذف می‌کند، بنابراین خازن‌های الکترولیتی بزرگ و گران قیمت را حذف می‌کند. این می تواند ضریب توان l را درک کند، جریان ورودی سینوسی است و می تواند در چهار ربع عمل کند، چگالی توان سیستم بزرگ است. این فناوری هنوز به بلوغ نرسیده است، اما هنوز بسیاری از محققان را برای مطالعه عمیق جذب می کند. ماهیت آن کنترل غیرمستقیم جریان، زنجیره مغناطیسی و سایر کمیت ها نیست، بلکه درک مستقیم گشتاور به عنوان کمیت کنترل شده است. روش های خاص عبارتند از:

--کنترل زنجیره مغناطیسی استاتور برای معرفی ناظر زنجیره مغناطیسی استاتور برای تحقق روش بدون سنسور سرعت.

- شناسایی خودکار (ID) به یک مدل ریاضی دقیق موتور برای شناسایی خودکار پارامترهای موتور متکی است.

--مقدار واقعی مربوط به امپدانس استاتور، اندوکتانس متقابل، ضریب اشباع مغناطیسی، اینرسی و غیره را محاسبه کنید. گشتاور واقعی، زنجیره مغناطیسی استاتور، سرعت روتور را برای کنترل بلادرنگ محاسبه کنید.

--کنترل Band-Band را برای تولید سیگنال‌های PWM مطابق با کنترل Band-Band زنجیره مغناطیسی و گشتاور برای کنترل وضعیت سوئیچینگ اینورتر درک کنید.

ماتریس AC-اینورتر AC پاسخ گشتاور سریع (2 میلی ثانیه)، دقت سرعت بالا (± 2٪، بدون بازخورد PG)، دقت گشتاور بالا (＜+3%) دارد. همچنین دارای گشتاور راه اندازی بالا و دقت گشتاور بالا است، به خصوص در سرعت های پایین (شامل سرعت صفر)، می تواند 150٪ - 200٪ گشتاور تولید کند.