Taajuusmuuttaja - elektroninen laite, jolla muutetaan sähkövirran taajuutta ( jännite ) [1] [2] .
Taajuusasynkronista taajuusmuuttajaa käytetään verkkovirran kolmivaiheisen tai yksivaiheisen vaihtovirran muuttamiseksi taajuudella 50 (60) Hz kolmivaiheiseksi tai yksivaiheiseksi virraksi, jonka taajuus on 1 Hz - 800 Hz.
Teollisuus valmistaa sähköinduktiotyyppisiä taajuusmuuttajia, jotka on rakenteeltaan asynkroninen vaiheroottori , generaattori-muunnintilassa toimiva moottori ja elektronityyppisiä muuntimia.
Elektronisia taajuusmuuttajia käytetään usein säätämään tasaisesti asynkronisen sähkömoottorin tai synkronisen moottorin nopeutta luomalla tietty taajuus sähköjännitemuuntajan lähtöön. Yksinkertaisimmissa tapauksissa taajuuden ja jännitteen säätö tapahtuu määritetyn ominaiskäyrän V / f mukaisesti, edistyneimmissä muuntimissa toteutetaan niin kutsuttu vektoriohjaus.
Elektroninen taajuusmuuttaja on laite, joka koostuu tasasuuntaajasta (tasasillasta), joka muuntaa teollisuuden taajuuden vaihtovirran tasavirraksi, ja invertteristä (muuntimesta) (joskus PWM ), joka muuntaa tasavirran vaaditun taajuuden ja amplitudin vaihtovirraksi. . Lähtötyristorit ( GTO ) tai transistorit ( IGBT ) antavat tarvittavan virran moottorille.
Lähtöjännitteen muodon parantamiseksi muuntimen ja moottorin väliin sijoitetaan joskus kuristin ja sähkömagneettisten häiriöiden vähentämiseen käytetään EMC-suodatinta.
Elektroninen taajuusmuuttaja koostuu piireistä, jotka sisältävät tyristorin tai transistorin ja jotka toimivat elektronisten avainten tilassa. Ohjausosan ytimessä on mikroprosessori , joka ohjaa sähköisiä virtaavaimia sekä ratkaisee suuren määrän aputehtäviä (ohjaus, diagnostiikka, suojaus).
Sähkökäytön rakenteesta ja toimintaperiaatteesta riippuen erotetaan kaksi taajuusmuuttajien luokkaa:
Jokaisella olemassa olevalla muuntajaluokalla on omat etunsa ja haittansa, jotka määrittävät kunkin niistä järkevän käyttöalueen.
Suorakytketyissä muuntimissa sähkömoduuli on ohjattu tasasuuntaaja. Ohjausjärjestelmä avaa vuorotellen tyristoriryhmät ja kytkee moottorin käämit verkkovirtaan.
Siten muuntimen lähtöjännite muodostuu tulojännitteen siniaaltojen "leikatuista" osista. Tällaisten muuntajien lähtöjännitetaajuus ei voi olla yhtä suuri tai suurempi kuin verkkotaajuus. Se on alueella 0 - 50 Hz, ja sen seurauksena - pieni moottorin nopeuden säätöalue (enintään 1:10). Tämä rajoitus ei salli tällaisten muuntajien käyttöä nykyaikaisissa taajuusohjatuissa taajuusmuuttajissa, joissa on laaja valikoima teknisten parametrien ohjausta.
Sulkeutumattomien tyristorien käyttö vaatii suhteellisen monimutkaisia ohjausjärjestelmiä, mikä nostaa muuntimen kustannuksia. Suorakytketyn muuntimen lähdössä oleva "katkaistu" siniaalto on korkeampien harmonisten lähde, jotka aiheuttavat lisähäviöitä sähkömoottorissa, sähkökoneen ylikuumenemista, vääntömomentin pienenemistä ja erittäin voimakkaita häiriöitä syöttöverkkoon. Tasauslaitteiden käyttö johtaa kustannusten, painon, mittojen nousuun ja koko järjestelmän tehokkuuden laskuun.
Nykyaikaisissa taajuusohjatuissa moduuleissa yleisimmin käytettyjä muuntimia, joissa on selkeä DC- välipiiri . Tämän luokan muuntimissa käytetään sähköenergian kaksinkertaista muuntamista: sisääntulon sinimuotoinen jännite, jolla on vakioamplitudi ja -taajuus, tasasuuntaussuuntaajassa, suodatetaan suodattimella, tasoitetaan ja muunnetaan sitten vaihtosuuntaajalla taajuusmuuttuvaksi ja amplitudiseksi vaihtojännitteeksi. . Energian kaksinkertainen muuntaminen johtaa hyötysuhteen heikkenemiseen ja paino- ja kokoindikaattoreiden heikkenemiseen suoralla kytkennällä varustettuihin muuntimiin verrattuna. Tehoelektrolyyttikondensaattorien välttämätön läsnäolo asettaa ylitsepääsemättömän rajan muuntimen arvioidulle käyttöikään: täydellä kuormituksella tämä on yleensä luokkaa 3000 tuntia.
Sinimuotoisen vaihtojännitteen muodostamiseen käytetään autonomista invertteriä , joka tuottaa tietyn muotoisen sähköjännitteen moottorin käämeille (yleensä pulssinleveysmodulaatiolla ). Inverttereiden elektronisina avaimina käytetään lukittavia tyristoreita GTO ja niiden edistyneitä muunnelmia GCT, IGCT, SGCT sekä eristettyjä hila-bipolaarisia transistoreja IGBT .
Tyristoritaajuusmuuttajien tärkein etu, kuten suorakytketyssä piirissä, on kyky työskennellä suurilla virroilla ja jännitteillä, samalla kun ne kestävät jatkuvaa kuormitusta ja impulssivaikutuksia. Niiden hyötysuhde on korkeampi (jopa 88 %) verrattuna IGBT-muuntimiin .
Taajuusmuuttajat ovat epälineaarinen kuorma, joka luo korkeampia harmonisia virtoja syöttöverkkoon, mikä johtaa sähkön laadun heikkenemiseen.