Frekvenční měnič - elektronické zařízení pro změnu frekvence elektrického proudu ( napětí ) [1] [2] .
Frekvenční asynchronní frekvenční měnič slouží k přeměně síťového třífázového nebo jednofázového střídavého proudu o frekvenci 50 (60) Hz na třífázový nebo jednofázový proud o frekvenci 1 Hz až 800 Hz.
Průmysl vyrábí frekvenční měniče elektroindukčního typu, což je konstrukčně asynchronní motor s fázovým rotorem , pracující v režimu generátor-měnič, a elektronické měniče.
Frekvenční měniče elektronického typu se často používají k plynulé regulaci otáček asynchronního elektromotoru nebo synchronního motoru vytvořením dané frekvence na výstupu z měniče elektrického napětí. V nejjednodušších případech dochází k regulaci frekvence a napětí v souladu se zadanou charakteristikou V/f, u nejpokročilejších měničů je realizováno tzv. vektorové řízení.
Elektronický frekvenční měnič je zařízení sestávající z usměrňovače (stejnosměrného můstku), který převádí průmyslový střídavý proud na stejnosměrný proud, a invertoru (konvertoru) (někdy s PWM ), který převádí stejnosměrný proud na střídavý proud požadované frekvence a amplitudy. . Výstupní tyristory ( GTO ) nebo tranzistory ( IGBT ) poskytují potřebný proud pro napájení motoru.
Pro zlepšení tvaru výstupního napětí je někdy mezi měnič a motor umístěna tlumivka a pro omezení elektromagnetického rušení se používá EMC filtr.
Elektronický frekvenční měnič se skládá z obvodů, které obsahují tyristor nebo tranzistor , které pracují v režimu elektronických klíčů. Srdcem řídicí části je mikroprocesor , který zajišťuje řízení výkonových elektronických klíčů a také řešení velkého množství pomocných úloh (řízení, diagnostika, ochrana).
V závislosti na struktuře a principu činnosti elektrického pohonu se rozlišují dvě třídy frekvenčních měničů:
Každá ze stávajících tříd konvertorů má své výhody a nevýhody, které určují oblast racionálního použití každého z nich.
U měničů s přímou vazbou je elektrický modul řízený usměrňovač. Řídicí systém postupně odblokuje skupiny tyristorů a připojí vinutí motoru k síti.
Výstupní napětí měniče je tedy tvořeno z "odříznutých" úseků sinusoid vstupního napětí. Frekvence výstupního napětí takových měničů nemůže být stejná nebo vyšší než frekvence sítě. Je v rozsahu od 0 do 50 Hz a v důsledku toho - malý rozsah regulace otáček motoru (ne více než 1:10). Toto omezení neumožňuje použití takových měničů v moderních frekvenčně řízených pohonech s širokým rozsahem řízení technologických parametrů.
Použití nevypínacích tyristorů vyžaduje poměrně složité řídicí systémy, které zvyšují cenu měniče. „Uříznutá“ sinusovka na výstupu přímo vázaného měniče je zdrojem vyšších harmonických, které způsobují dodatečné ztráty v elektromotoru, přehřívání elektromotoru, snížení točivého momentu a velmi silné rušení v napájecí síti. Použití kompenzačních zařízení vede ke zvýšení nákladů, hmotnosti, rozměrů a snížení účinnosti systému jako celku.
Nejpoužívanější v moderních frekvenčně řízených modulech jsou měniče s výrazným meziobvodem . Měniče této třídy využívají dvojí přeměnu elektrické energie: vstupní sinusové napětí s konstantní amplitudou a frekvencí je usměrněno v usměrňovači, filtrováno filtrem, vyhlazeno a poté opět měničem převáděno na střídavé napětí s proměnnou frekvencí a amplitudou. . Dvojitá přeměna energie vede k poklesu účinnosti ak určitému zhoršení hmotnostních a rozměrových ukazatelů ve vztahu k měničům s přímým připojením. Nepostradatelná přítomnost výkonových elektrolytických kondenzátorů staví nepřekročitelný limit na odhadovanou životnost měniče: při plném zatížení se obvykle pohybuje v řádu 3000 hodin.
Pro vytvoření sinusového střídavého napětí se používá autonomní střídač , který generuje elektrické napětí daného tvaru na vinutí motoru (obvykle pulzní šířkovou modulací ). Jako elektronické klíče ve střídačích se používají uzamykatelné tyristory GTO a jejich pokročilé modifikace GCT, IGCT, SGCT a bipolární tranzistory s izolovaným hradlem IGBT .
Hlavní výhodou tyristorových frekvenčních měničů, stejně jako v zapojení s přímou vazbou, je schopnost pracovat s vysokými proudy a napětími při trvalé zátěži a impulsním vlivům. Mají vyšší účinnost (až 88 %) ve srovnání s IGBT měniči .
Frekvenční měniče jsou nelineární zátěží, která vytváří vyšší harmonické proudy v napájecí síti, což vede ke zhoršení kvality elektrické energie.