Зателефонуйте нам: 095 820 5556; 067 177 8308

Зелений тариф

Електрична тепла підлога Nexans

СТЕМ - продаж та монтаж сучасного електрообладнання.

Хочете придбати товар, який вам сподобався по найкращій ціні - відвідайте наш

інтернет магазин

ВКПП АНОЯ Статті по електриці Untitled Document

Новини

 

Сонячні батареї

Комплекти для зеленого тарифу

 

ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЧАСТОТИ: СТРУКТУРА, ПРИНЦИП РОБОТИ



Перетворювач частоти - це пристрій, призначений для перетворення змінного струму (напруги) однієї частоти в змінний струм (напругу) іншої частоти.

Вихідна частота в сучасних перетворювачах може змінюватися в широкому діапазоні й бути як вище, так і нижче частоти живильної мережі.

Схема будь-якого перетворювача частоти складаєтьсяз силової та керуючої частин. Силова частина перетворювачів зазвичай виконана на тиристорах або транзисторах, які працюють в режимі електронних ключів. Керуюча частина виконується на цифрових мікропроцесорах і забезпечує управління силовими електронними ключами, а також рішення великої кількості допоміжних завдань (контроль, діагностика, захист).

Перетворювачі частоти, застосовувані в регульованому електроприводі, залежно від структури й принципу роботи силової частини розділяються на два класи:

1. Перетворювачі частоти з явно вираженим проміжною ланкою постійного струму.

2. Перетворювачі частоти з безпосереднім зв'язком (без проміжної ланки постійного струму).

Кожен з існуючих класів перетворювачів має свої достоїнства й недоліки, які визначають область раціонального застосування кожного з них.

Історично першими з'явилися перетворювачі з безпосереднім зв'язком (рис. 4.), В яких силова частина являє собою керований випрямляч і виконана на не замикаються тиристорах. Система управління черзі відмикає групи тиристотрів і підключає статорні обмотки двигуна до живильної мережі.

Простий перетворювач частотиСинусохда перетворювача частоти


Таким чином, вихідна напруга перетворювача формується з вирізаних ділянок синусоїд вхідної напруги. На рис.5. показаний приклад формування вихідної напруги для однієї з фаз навантаження. На вході перетворювача діє трифазна синусоїдальна напруга uа, UВ, uс. Вихідна напруга Uвих має несинусоїдальну «пилкоподібну» форму, яку умовно можна апроксимувати синусоїдою (стовщена лінія). З малюнка видно, що частота вихідної напруги не може дорівнювати або бути вище частоти живильної мережі. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц. Як наслідок малий діапазон управління частоти обертання двигуна (не більше 1: 10). Це обмеження не дозволяє застосовувати такі перетворювачі в сучасних частотно регульованих приводах із широким діапазоном регулювання технологічних параметрів.

Використання тиристорів, що не замикаються, вимагає відносно складних систем керування, які збільшують вартість перетворювача.

«Різана» синусоїда на виході перетворювача є джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрів електричної машини, зниження моменту, дуже сильні перешкоди в живильній мережі. Застосування компенсаторів, приводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниженню к.к.д. системи в цілому.

Поряд з перерахованими недоліками перетворювачів з безпосереднім зв'язком, вони мають певні достоїнства. До них відносяться:

- Практично найвищий ККД щодо інших перетворювачів (98,5% і вище),

- Здатність працювати з великими напругами і струмами, що робить можливим їх використання в потужних високовольтних приводах,

- Відносна дешевизна, незважаючи на збільшення абсолютної вартості за рахунок схем керування і додаткового обладнання.

Подібні схеми перетворювачів використовуються в старих приводах і нові конструкції їх практично не розробляються.

Найбільш широке застосування в сучасних частотно регульованих приводах знаходять перетворювачі з явно вираженим ланкою постійного струму (рис. 6.)

Частотні перетворювачі івано-Франківськ

У перетворювачах цього класу використовується подвійне перетворення електричної енергії: вхідна синусоїдальна напруга з постійною амплітудою і частотою випрямляється у випрямлячі (В), фільтрується фільтром (Ф), згладжується, а потім знову перетвориться інвертором (І) у змінну напругу змінюваної частоти й амплітуди. Подвійне перетворення енергії приводить до зниження к.к.д. і до деякого погіршення масогабаритних показників по відношенню до перетворювачів з безпосереднім зв'язком.

Для формування синусоїдальної змінної напруги використовуються автономні інвертори напруги і автономні інвертори струму.

В якості електронних ключів в інверторах застосовуються тиристори, що замикаються, GTO і їх вдосконалені модифікації GCT, IGCT, SGCT, і біполярні транзистори з ізольованим затвором IGBT.

Головним достоїнством тиристорних перетворювачів частоти, як і в схемі з безпосереднім зв'язком, є здатність працювати з великими струмами й напругами, витримуючи при цьому тривале навантаження й імпульсні впливи.

Вони мають більш високий ККД (до 98%) по відношенню до перетворювачів на IGBT транзисторах (95 - 98%).

Перетворювачі частоти на тиристорах в даний час займають домінуюче положення у високовольтному приводі в діапазоні потужностей від сотень кіловатів і до десятків мегават з вихідною напругою 3 - 10 кВ і вище. Однак їх ціна на один кВт вихідної потужності найбільша в класі високовольтних перетворювачів.

До недавнього минулого перетворювачі частоти на GTO становили основну частку й у низьковольтному частотно регульованому приводі. Але з появою IGBT транзисторів відбувся "природний добір" і сьогодні перетворювачі на їх базі загальновизнані лідери в області низьковольтного частотно регульованого приводу.

Тиристор є напівкерованим приладом: для його включення досить подати короткий імпульс на керуючий вивід, але для вимикання необхідно або прикласти до нього зворотну напругу, або знизити комутований струм до нуля. Для цього в тиристорних перетворювачів частоти потрібна складна і громіздка система управління.

Біполярні транзистори з ізольованим затвором IGBT відрізняють від тиристорів повна керованість, проста неенергоємна система управління, найвища робоча частота.

Внаслідок цього перетворювачі частоти на IGBT дозволяють розширити діапазон управління швидкості обертання двигуна, підвищити швидкодію приводу в цілому.

Для асинхронного електроприводу з векторним керуванням перетворювачі на IGBT дозволяють працювати на низьких швидкостях без датчика зворотного зв'язку.

Застосування IGBT з більш високою частотою перемикання в сукупності з мікропроцесорною системою управління в перетворювачах частоти знижує рівень вищих гармонік, характерних для тиристорних перетворювачів. Як наслідок менші додаткові втрати в обмотках і магнітопроводі електродвигуна, зменшення нагрівання електричної машини, зниження пульсацій моменту й виключення так званого «Крокування» ротора в області малих частот. Знижуються втрати в трансформаторах, конденсаторних батареях, збільшується їх термін служби й ізоляції проводів, зменшуються кількість помилкових спрацьовувань пристроїв захисту й погрішності індукційних вимірювальних приладів.

Перетворювачі на транзисторах IGBT в порівнянні з тиристорними перетворювачами при однаковій вихідній потужності відрізняються меншими габаритами, масою, підвищеною надійністю в силу модульного виконання електронних ключів, кращого тепловідводу з поверхні модуля і меншої кількості конструктивних елементів.

Вони дозволяють реалізувати більш повний захист від кидків струму і від перенапруги, що істотно знижує ймовірність відмов і пошкоджень електроприводу.

На даний момент низьковольтні перетворювачі на IGBT мають більш високу ціну на одиницю вихідної потужності, внаслідок відносної складності виготовлення транзисторних модулів. Однак за співвідношенням ціна / якість, виходячи з перерахованих достоїнств, вони явно виграють у тиристорних перетворювачів, крім того, протягом останніх років спостерігається неухильне зниження цін на IGBT модулі.

Головною перешкодою на шляху їх використання у високовольтному приводі із прямим перетворенням частоти й при потужностях вище 1 - 2 МВт на даний момент є технологічні обмеження. Збільшення комутованої напруги і робочого струму приводить до збільшення розмірів транзисторного модуля, а також вимагає більш ефективного відводу тепла від кремнієвого кристала.

Нові технології виробництва біполярних транзисторів спрямовані на подолання цих обмежень, і перспективність застосування IGBT дуже висока також й у високовольтному приводі. В даний час IGBT транзистори застосовуються у високовольтних перетворювачах у вигляді послідовно з'єднаних декількох одиничних модулів.

 
Структура та принцип роботи низьковольтного перетворювача частоти на IGBT транзисторах

Типова схема низьковольтного перетворювача частоти представлена на рис. 7. У нижній частині рисунка зображені графіки напруг і струмів на виході кожного елемента перетворювача.

Змінна напруга живильної мережі (uвх.) з постійною амплітудою і частотою (U вх = const, f вх = const) надходить на керований або некерований випрямляч (1).

Для згладжування пульсацій випрямленої напруги (uвипр.) використовується фільтр (2). Випрямляч і ємнісний фільтр (2) утворять ланку постійного струму.

З виходу фільтра постійна напруга ud надходить на вхід автономного імпульсного інвертора (3).

Автономний інвертор сучасних низьковольтних перетворювачів, як було відзначено, виконується на основі силових біполярних транзисторів з ізольованим затвором IGBT. На даному малюнку зображена схема перетворювача частоти з автономним інвертором напруги як отримала найбільше розповсюдження.

Частотний перетворювач Івано-Франківськ

 
У інверторі здійснюється перетворення постійної напруги ud в трифазну (або однофазну) імпульсна напруга u і змінюваної амплітуди і частоти. За сигналами системи управління кожна обмотка електричного двигуна приєднується через відповідні силові транзистори інвертора до позитивного і негативного полюсів ланки постійного струму. Тривалість підключення кожної обмотки в межах періоду проходження імпульсів модулюється за синусоїдальним законом. Найбільша ширина імпульсів обеспечіваетсяв середині напівперіоду, а до початку і кінця напівперіоду зменшується. Таким чином, система управління забезпечує широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ) напруги, що прикладається до обмоток двигуна .Амплітуда і частота напруги визначаються параметрами модулюючої синусоїдальної функції.

При високій несучій частоті ШІМ (2 ... 15 кГц) обмотки двигуна внаслідок їхньої високої індуктивності працюють як фільтр. Тому в них протікають практично синусоїдальні струми.

У схемах перетворювачів з керованим випрямлячем (1) зміна амплітуди напруги uі може досягатися регулюванням величини постійної напруги ud, а зміна частоти - режимом роботи інвертора.

При необхідності на виході автономного інвертора встановлюється фільтр (4) для згладжування пульсацій струму. (У схемах перетворювачів на IGBT в силу низького рівня вищих гармонік у вихідній напрузі потреба у фільтрі практично відсутній.)

Таким чином, на виході перетворювача частоти формується трифазна (або однофазна) змінна напруга

Ми відправляємо службами доставки в будь-який куточок України

Кабельний підігрів трубопроводів

стабілізатор напруги Частотний перетворювач

Кабельний обіргів, альтернативна енергетика - 095 820 5556

Електромонтаж 050 373 9418 Інтернет-магазин - 067 177 8308