Frekvencijski pretvarač je uređaj koji pretvara struju industrijske frekvencije (50 Hz ili 60 Hz) u izmjeničnu struju različitih frekvencija kako bi se ostvario rad motora s promjenjivom brzinom, u kojem upravljački krug dovršava kontrolu glavnog kruga, ispravljački krug pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu struju, istosmjerni međukrug uglađuje i filtrira izlaz ispravljačkog kruga, a inverterski krug preokreće istosmjernu snagu natrag u izmjeničnu struju. Za pretvarače s vektorskim upravljanjem, koji zahtijevaju mnogo proračuna, ponekad je potreban CPU za proračun momenta i neki odgovarajući sklopovi. Regulacija brzine pretvarača postiže se promjenom frekvencije napajanja namota statora motora.
Postoji mnogo načina za kategorizaciju frekvencijskog pretvarača, prema klasifikaciji načina rada glavnog kruga, može se podijeliti na naponski-frekvencijski pretvarač i strujni-frekvencijski pretvarač; prema klasifikaciji načina prebacivanja, može se podijeliti na PAM-upravljani pretvarač frekvencije, PWM-upravljani frekvencijski pretvarač i visoki-frekvencijski pretvarač opterećenja PWM-upravljani frekvencijski pretvarač; prema klasifikaciji principa rada, može se podijeliti na V/f-upravljani pretvarač frekvencije, pretvarač frekvencije upravljanja rotacijskom frekvencijom i pretvarač frekvencije vektorskog upravljanja, itd.; prema upotrebi Prema klasifikaciji principa rada, može se podijeliti na-inverter opće namjene,-posebni inverter visokih-učinkovitosti, visoko{10}}frekventni inverter, jednofazni-inverter i tro-fazni inverter.
VVVF:promjena napona, promjena frekvencije CVCF: konstantan napon, konstantna frekvencija. AC napajanje koje se koristi u raznim zemljama, bilo za domove ili tvornice, ima napon i frekvenciju od 400 V/50 Hz ili 200 V/60 Hz (50 Hz), i tako dalje. Općenito, uređaj koji pretvara izmjeničnu struju s fiksnim naponom i frekvencijom u izmjeničnu struju s promjenjivim naponom ili frekvencijom naziva se "inverter". Kako bi proizveo promjenjivi napon i frekvenciju, uređaj prvo pretvara izmjeničnu struju napajanja u istosmjernu struju (DC).
Pretvarači koji se koriste za upravljanje motorom mogu mijenjati i napon i frekvenciju.
Kako rade pretvarači frekvencije
Znamo da je izraz sinkrone brzine bita AC motora:
n = 60 f (1-s)/p (1)
U formuli
n --- brzina asinkronog motora;
f --- frekvencija asinkronog motora;
s --- brzina vrtnje motora;
p---broj pari polova motora.
Iz jednadžbe (1) može se vidjeti da je brzina vrtnje n izravno proporcionalna frekvenciji f, sve dok se frekvencija f može mijenjati kako bi se promijenila brzina vrtnje motora, kada se frekvencija f mijenja u rasponu od 0 do 50 Hz, raspon podešavanja brzine motora je vrlo širok. Frekvencijski pretvarač mijenja frekvenciju napajanja motora za realizaciju regulacije brzine, idealno je sredstvo za visoku učinkovitost i regulaciju brzine visokih performansi.
Način upravljanja pretvaračem frekvencije
Niskonaponski-izlazni napon-pretvarača opće namjene je 380-650V, izlazna snaga je 0,75-400kW, radna frekvencija je 0-400Hz, a svi njegovi glavni krugovi koriste AC-DC-AC krugove. Njegov način upravljanja prošao je kroz sljedeće četiri generacije.
1U/f=C način upravljanja sinusoidnom modulacijom širine pulsa (SPWM).
Karakteriziran jednostavnom strukturom upravljačkog kruga, nižom cijenom, mehaničkim karakteristikama tvrdoće također je bolje zadovoljiti opće zahtjeve prijenosa glatke brzine, naširoko se koristi u raznim područjima industrije. Međutim, ova metoda upravljanja na niskoj frekvenciji, zbog nižeg izlaznog napona, okretni moment zbog pada napona otpora statora je značajniji, tako da je maksimalni izlazni moment smanjen. Osim toga, njegove mehaničke karakteristike nisu tako teške kao DC motor, kapacitet dinamičkog zakretnog momenta i performanse statičke brzine nisu zadovoljavajuće, a performanse sustava nisu visoke, krivulja upravljanja će se mijenjati s opterećenjem, odziv zakretnog momenta je spor, iskorištenje zakretnog momenta motora nije visoko, mala brzina zbog otpora statora i postojanja učinka mrtve zone pretvarača i degradacije performansi, pogoršanja stabilnosti i tako dalje. Stoga je proučavana regulacija brzine pretvorbe frekvencije vektorskog upravljanja.
Metoda upravljanja vektorom prostornog napona (SVPWM).
Temelji se na premisi ukupnog učinka generiranja tro-faznih valnih oblika, kako bi se aproksimirala idealna kružna rotirajuća putanja magnetskog polja zračnog raspora motora u svrhu generiranja tro-fazno moduliranih valnih oblika u isto vrijeme, i kontrola na način aproksimacije unutarnjeg tangentnog poligona kruga. Unaprijeđen je nakon praktične uporabe, tj. uvedena je frekvencijska kompenzacija, koja može eliminirati pogrešku kontrole brzine; amplituda magnetskog lanca procjenjuje se povratnom spregom, što eliminira utjecaj otpora statora pri malim brzinama; a izlazni napon i struja su zatvorene-petlje kako bi se poboljšala točnost i stabilnost dinamike. Međutim, upravljački krug ima više veza i ne uvodi regulaciju momenta, tako da performanse sustava nisu bitno poboljšane.
Metoda vektorske kontrole (VC).
Praksa vektorske kontrole frekvencije je pretvaranje statorskih struja Ia, Ib, Ic, asinkronog motora u trofaznom-faznom koordinatnom sustavu u izmjenične struje Ia1Ib1 u dvo-faznom stacionarnom koordinatnom sustavu kroz tro-faznu - dvo-faznu transformaciju, i zatim kroz rotacijsku transformaciju prema orijentaciji magnetskog polja rotora, što je ekvivalentno istosmjernim strujama Im1, It1 u sinkronom rotirajućem koordinatnom sustavu (Im1 je ekvivalentno (Im1 je ekvivalentno struji pobude istosmjernog motora; It1 je ekvivalentno struji armature koja je proporcionalna zakretnom momentu), a zatim oponašajte metodu upravljanja istosmjernim motorom da biste dobili kontrolu količinu istosmjernog motora i ostvariti upravljanje asinkronim motorom nakon odgovarajuće inverzne transformacije koordinata. U biti, AC motor je ekvivalentan istosmjernom motoru, a dvije komponente brzine i magnetskog polja kontroliraju se neovisno. Upravljanjem magnetskog lanca rotora, a zatim razlaganjem struje statora da bi se dobile komponente zakretnog momenta i magnetskog polja, kroz transformaciju koordinata, kako bi se ostvarila ortogonalna ili razdvojena kontrola. Predložena metoda kontrole vektora je epohalnog-značaja. Međutim, u praktičnim primjenama, zbog teškog preciznog promatranja magnetskog lanca rotora, parametri motora uvelike utječu na karakteristike sustava, a vektorska rotacijska transformacija koja se koristi u procesu upravljanja ekvivalentnog istosmjernog motora je kompliciranija, što otežava postizanje rezultata idealne analize za stvarni upravljački učinak.
Metoda izravne kontrole momenta (DTC).
Godine 1985. prof. DePenbrock sa Sveučilišta Ruhr u Njemačkoj prvi je predložio tehnologiju pretvorbe frekvencije izravne kontrole momenta. Ova je tehnologija uvelike riješila nedostatke gore navedene vektorske kontrole i brzo se razvila s novim idejama upravljanja, sažetom i jasnom strukturom sustava i izvrsnim dinamičkim i statičkim performansama. Trenutačno se ova tehnologija uspješno primjenjuje na-izmjenične pogone velike snage za vuču električnih lokomotiva. Izravna kontrola momenta analizira matematički model AC motora izravno u koordinatnom sustavu statora za kontrolu magnetskog lanca i momenta motora. Ne treba izjednačavati AC motor s DC motorom, čime se eliminiraju mnogi složeni izračuni u transformaciji vektorske rotacije; ne treba oponašati upravljanje istosmjernim motorom, niti treba pojednostaviti matematički model AC motora za odvajanje.
Matrix AC-AC metoda upravljanja
VVVF pretvarač, pretvarač s vektorskom kontrolom i pretvarač s izravnom kontrolom zakretnog momenta sve su vrste AC-DC-AC pretvarača. Njihovi zajednički nedostaci su nizak ulazni faktor snage, visoke harmoničke struje, potreba za velikim kondenzatorima za pohranu energije u istosmjernom krugu, a regenerativna energija ne može se vratiti u mrežu, tj. rad u četiri-kvadranta nije moguć. Iz tog razloga je nastao matrični AC-AC inverter. Budući da matrični AC-AC pretvarač eliminira međukolo istosmjerne struje, čime se eliminiraju veliki, skupi elektrolitski kondenzatori. Može ostvariti faktor snage l, ulazna struja je sinusoidalna i može raditi u četiri kvadranta, gustoća snage sustava je velika. Tehnologija još nije zrela, ali još uvijek privlači mnoge znanstvenike na dubinsko proučavanje. Njegova suština nije neizravno upravljanje strujom, magnetskim lancem i drugim veličinama, već izravno ostvarenje momenta kao kontrolirane veličine. Specifične metode su:
--Kontrola magnetskog lanca statora za uvođenje promatrača magnetskog lanca statora radi realizacije metode bez senzora brzine;
--Automatska identifikacija (ID) oslanja se na točan matematički model motora za automatsku identifikaciju parametara motora;
--Izračunajte stvarnu vrijednost koja odgovara impedanciji statora, međusobnoj induktivnosti, faktoru magnetskog zasićenja, inerciji itd. Izračunajte stvarni moment, magnetski lanac statora, brzinu rotora za kontrolu u stvarnom vremenu;
--Ostvarite kontrolu pojas-pojas za generiranje PWM signala u skladu s kontrolom pojas-pojas magnetskog lanca i zakretnog momenta za kontrolu stanja prekapčanja pretvarača.
Matrix AC-AC inverter ima brz odziv zakretnog momenta (<2ms), veliku točnost brzine (±2%, bez PG povratne informacije), visoku točnost zakretnog momenta (<+3%); također ima visok startni moment i visoku točnost momenta, posebno pri niskim brzinama (uključujući 0 brzina), može proizvesti 150%-200% momenta.