تفاوت بین مبدل‌های فرکانس نوع-نوع و جریان- چیست؟

مبدل های فرکانس به عنوان یک دستگاه حیاتی در فناوری الکترونیک قدرت، به طور گسترده در کاربردهای کنترل صنعتی استفاده می شوند. عملکرد اصلی آن‌ها تبدیل-فرکانس و{2}}قدرت متناوب ولتاژ ثابت به متغیر-فرکانس و توان متناوب ولتاژ متغیر-است. مبدل‌های فرکانس را می‌توان بر اساس نوع مولفه ذخیره‌سازی انرژی در پیوند DC به طور کلی به انواع-نوع و جریان- ولتاژ دسته‌بندی کرد. این دو نوع تفاوت های قابل توجهی در ساختار مدار، اصول عملیاتی، ویژگی های عملکرد و سناریوهای کاربردی نشان می دهند. درک کامل این تمایزات برای انتخاب و استفاده مناسب مبدل های فرکانس ضروری است.

I. ساختار مدار و تفاوت اجزای ذخیره انرژی

اینورترهای نوع ولتاژ{0}}از خازن های با ظرفیت{{1}بالا به عنوان اجزای ذخیره انرژی در پیوندهای DC خود استفاده می کنند. شکل موج‌های ولتاژ جانبی DC-آنها مسطح هستند و ویژگی‌های امپدانس پایین- را نشان می‌دهند. این ساختار اینورترهای نوع ولتاژ{6}}را قادر می‌سازد تا اساساً ولتاژ DC را در طول کار ثابت نگه دارند، از این رو آنها را به عنوان "مبدل منبع ولتاژ{{7}" نامگذاری می‌کنند. یک مدار معمولی شامل سه جزء است: یکسو کننده، خازن فیلتر و اینورتر. خازن‌ها نه تنها ولتاژ را فیلتر می‌کنند، بلکه انرژی آنی را در طول بار گذرا فراهم می‌کنند.

اینورترهای نوع فعلی از سلف های بزرگ به عنوان عناصر ذخیره انرژی در پیوند DC استفاده می کنند. شکل موج جریان جانبی DC{2}}آنها مسطح است و ویژگی های امپدانس بالایی را نشان می دهد. ویژگی های ذخیره انرژی سیم پیچ القایی جریان DC نسبتاً پایداری را حفظ می کند، از این رو به عنوان "اینورتر نوع منبع{4} فعلی" نامگذاری شده است. در ساختار مدار خود، سلف به صورت سری در داخل حلقه DC متصل می شود و انتقال انرژی را با حفظ جریان ثابت امکان پذیر می کند. این پیکربندی به شدت نوسانات جریان را سرکوب می کند، و به ویژه برای برنامه هایی که نیاز به کنترل جریان ثابت دارند مناسب است.

II. اصل کار و مکانیسم انتقال انرژی

اصل کار اینورترهای منبع ولتاژ بر اساس مفهوم "اینورتر منبع ولتاژ{{1}" است. پس از اینکه یکسو کننده جریان متناوب را به DC تبدیل کرد، خازن ها ولتاژ باس DC را ثابت نگه می دارند. اینورتر از فناوری PWM (مدولاسیون عرض پالس) برای تبدیل DC به فرکانس متناوب متناوب، با شکل موج ولتاژ خروجی که توسط سوئیچینگ دستگاه های نیمه هادی کنترل می شود، استفاده می کند. هنگامی که تغییرات بار رخ می دهد، خازن به سرعت شارژ و تخلیه می شود تا پایداری ولتاژ را حفظ کند و پاسخ سریع به اضافه شدن بار ناگهانی را ممکن می کند.

اینورترهای{0}نوع فعلی از اصل "وارونگی منبع فعلی" استفاده می کنند. جریان DC تولید شده توسط مدار یکسو کننده قبل از تبدیل شدن به خروجی AC توسط اینورتر توسط یک سلف صاف می شود. هسته کنترل آن جریان DC را ثابت نگه می دارد و زاویه هدایت دستگاه های سوئیچ اینورتر را تنظیم می کند تا فرکانس و دامنه جریان خروجی را تغییر دهد. به دلیل مقاومت سلف در برابر تغییرات جریان، سیستم نسبتاً آهسته به تغییرات بار ناگهانی پاسخ می‌دهد، اما در هنگام خطاهایی مانند اتصال کوتاه، مقاومت بالایی در برابر ضربه نشان می‌دهد.

III. تحلیل مقایسه ای ویژگی های عملکرد

1. ویژگی های پاسخ پویا:اینورترهای{0}}نوع ولتاژ، که از قابلیت شارژ/دشارژ سریع خازن‌ها بهره می‌برند، معمولاً سرعت پاسخ دینامیکی را 3-5 برابر سریع‌تر از اینورترهای{4} نوع فعلی نشان می‌دهند، و به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به شتاب و کاهش مکرر دارند مناسب هستند. اینورترهای نوع جریان، به دلیل اینرسی سلف، کندتر پاسخ می دهند اما عملکرد نرم تری ارائه می دهند.

2. قابلیت ترمز احیا کننده:اینورترهای{0}نوع فعلی ذاتاً دارای قابلیت بازخورد انرژی هستند. هنگامی که موتور در حالت ژنراتور کار می کند، انرژی می تواند به طور طبیعی بدون نیاز به واحدهای ترمز اضافی به شبکه بازگردانده شود. اینورترهای نوع{3} ولتاژ نیاز به نصب مقاومت های ترمز یا واحدهای بازخورد برای اتلاف انرژی دارند.

3. ویژگی‌های حفاظت از مدار کوتاه:در طول اتصال کوتاه خروجی، اینورترهای نوع-جریان، افزایش ناگهانی جریان را از طریق اندوکتانس محدود می‌کنند. سیستم به سرعت جریان های خطا را با تغییر پل یکسو کننده به حالت اینورتر قطع می کند. اینورترهای نوع ولتاژ{3}}ممکن است به دلیل تخلیه خازن، جریان‌های مدار کوتاه{4} عظیمی ایجاد کنند که نیاز به اتکا به مدارهای حفاظتی سریع دارد.

4. خصوصیات هارمونیک:اینورترهای نوع{0} ولتاژ محتوای هارمونیک ولتاژ خروجی کمتری را نشان می‌دهند (معمولا<5%), but higher input current harmonics (THD up to 30-50%), necessitating input reactors. Current-type inverters have relatively lower input harmonics (THD approx. 10-15%), but more pronounced output current waveform distortion.

5. کارایی و ضریب قدرت:اینورترهای نوع ولتاژ{0}}در بارهای سبک ضریب توان کمتری را نشان می‌دهند (حدود 0.7{3}}0.8)، که در بار کامل به بالای 0.95 می‌رسد. اینورترهای نوع{5} فعلی، ضریب توان نسبتاً پایداری را حفظ می‌کنند، اگرچه راندمان کلی 2-3 درصد کمتر از نوع ولتاژ است.

IV. تفاوت در سناریوهای کاربردی معمولی

اینورترهای نوع{0} ولتاژ به دلیل مزایای ساختاری ساده، هزینه کمتر و کنترل انعطاف پذیر، به جریان اصلی بازار تبدیل شده اند و بیش از 90 درصد کاربردهای صنعتی را تشکیل می دهند. آنها به ویژه برای موارد زیر مناسب هستند:

● بارهای گشتاور مربعی مانند فن ها و پمپ ها.
● درایوهای دوک ماشین ابزار که به کنترل دقیق سرعت نیاز دارند.
● سیستم های نوار نقاله با چندین موتور که به صورت موازی کار می کنند.
● کنترل سروو نیازمند پاسخ دینامیکی بالا.

اینورترهای نوع فعلی موقعیت‌های غیرقابل تعویض را در برنامه‌های خاص حفظ می‌کنند:

● تجهیزات سنگین{0}}که نیاز به عملکرد مکرر رو به جلو/عقب دارند، مانند کارخانه‌های نورد با قدرت- و بالابرهای معدن.

● کنترل شروع نرم-برای فن های فوق{{1} بزرگ (قدرت > 2000 کیلووات).

● بارهای انرژی بالقوه که نیاز به بازخورد انرژی دارند، مانند سانتریفیوژها و نوار نقاله های سراشیبی.

● کاربردهای ویژه مانند دستگاه های جبران توان راکتیو (SVG) در سیستم های قدرت.

V. روندهای تکنولوژیکی و توصیه های انتخاب

با پیشرفت‌ها در دستگاه‌های قدرت جدید مانند IGBT، اینورترهای نوع{0} ولتاژ به تدریج بر چالش‌های کاربردی در حوزه‌های-ولتاژ بالا{{2} از طریق فناوری‌هایی مانند توپولوژی‌های چند سطحی و تصحیح مجازی غلبه کرده‌اند. در همین حال، اینورترهای نوع فعلی، پیشرفت‌هایی در بهینه‌سازی توپولوژی (مثلاً مبدل‌های منبع جریان چند سطحی مدولار-) و بهبود الگوریتم کنترل (مانند کنترل جریان پیش‌بینی‌کننده) داشته‌اند.

هنگام انتخاب اینورترها برای کاربردهای عملی، عوامل زیر را در نظر بگیرید:

1. ویژگی های بار:نوع ولتاژ-برای بارهای گشتاور مربعی ترجیح داده می شود. نوع- فعلی باید برای بارهای انرژی ثابت-قدرت یا بالقوه-در نظر گرفته شود.
2. رتبه بندی قدرت:نوع{0}}ولتاژ ترجیح داده می شود<500kW; evaluate current-type solutions for >2000 کیلو وات
3. الزامات ترمز:نوع فعلی در برنامه‌هایی با ترمز مکرر هزینه-کارآمدی بیشتری را ارائه می‌دهد.
4. شرایط شبکه:نوع- کنونی در مناطقی با شرایط شبکه ضعیف، ایمنی اختلال قوی‌تری را ارائه می‌کند.

5. هزینه های نگهداری:واحدهای نوع ولتاژ{0}} قابلیت تعویض قطعات یدکی بهتر و تعمیر و نگهداری آسان تر را ارائه می دهند.

در آینده، زمانی که دستگاه‌های نیمه‌رسانای باندگپ گسترده‌تر-روی می‌کنند، مرزهای عملکرد بین این دو نوع اینورتر ممکن است بیشتر محو شود. با این حال، درک تفاوت های اساسی آنها برای کاربرد مناسب ضروری است. در مهندسی عملی، توپولوژی‌های ترکیبی گاهی اوقات استفاده می‌شوند-مانند افزودن سلف‌های DC به اینورترهای نوع ولتاژ{4}}برای ترکیب مزیت‌های هر دو نوع-و چنین طرح‌های نوآورانه‌ای نیز توجه را ضروری می‌کند.