Frekvenčni pretvornik je naprava, ki pretvarja industrijsko frekvenčno moč (50 Hz ali 60 Hz) v izmenično moč različnih frekvenc za uresničitev delovanja motorjev s spremenljivo hitrostjo, pri čemer krmilno vezje dokonča krmiljenje glavnega vezja, usmerniško vezje pretvori izmenično moč v enosmerno, enosmerno vmesno vezje zgladi in filtrira izhod usmerniškega vezja, invertersko vezje pa obrne enosmerno moč nazaj v izmenično. moč. Pri pretvornikih vektorskega krmiljenja, ki zahtevajo veliko izračunov, je včasih potrebna CPE za izračun navora in nekaj ustreznih vezij. Regulacija hitrosti pretvornika se doseže s spreminjanjem frekvence napajanja statorskih navitij motorja.
Obstaja veliko načinov za kategorizacijo frekvenčnega pretvornika, glede na klasifikacijo načina delovanja glavnega vezja ga lahko razdelimo na frekvenčni pretvornik napetostnega-tipa in frekvenčni pretvornik-tokovnega tipa; glede na klasifikacijo preklopnega načina ga lahko razdelimo na PAM-krmiljen frekvenčni pretvornik, PWM-krmiljen frekvenčni pretvornik in visoko-obremenjeno frekvenco PWM-frekvenčni pretvornik; glede na klasifikacijo principa delovanja ga lahko razdelimo na V/f-krmiljeni frekvenčni pretvornik, frekvenčni pretvornik za krmiljenje rotacijske frekvence in frekvenčni pretvornik za vektorsko krmiljenje itd.; glede na uporabo Glede na klasifikacijo načela delovanja ga lahko razdelimo na-razsmernik za splošne namene,-visokozmogljiv poseben pretvornik, visoko{10}}frekvenčni pretvornik, eno-fazni pretvornik in tri-fazni pretvornik.
VVVF:spreminjanje napetosti, spreminjanje frekvence CVCF: konstantna napetost, konstantna frekvenca. Napajalnik izmeničnega toka, ki se uporablja v različnih državah, bodisi za domove ali tovarne, ima napetost in frekvenco 400 V/50 Hz ali 200 V/60 Hz (50 Hz) itd. Na splošno se naprava, ki pretvarja izmenični tok s fiksno napetostjo in frekvenco v izmenični tok s spremenljivo napetostjo ali frekvenco, imenuje "pretvornik". Za proizvodnjo spremenljive napetosti in frekvence naprava najprej pretvori izmenični tok napajalnika v enosmerni tok (DC).
Pretvorniki, ki se uporabljajo za krmiljenje motorja, lahko spreminjajo napetost in frekvenco.
Kako delujejo frekvenčni pretvorniki
Vemo, da je izraz sinhrone hitrosti bita AC motorja:
n = 60 f (1-s)/p (1)
V formuli
n --- hitrost asinhronega motorja;
f --- frekvenca asinhronega motorja;
s --- hitrost vrtenja motorja;
p---število parov polov motorja.
Iz enačbe (1) je razvidno, da je vrtilna hitrost n neposredno sorazmerna s frekvenco f, dokler je frekvenco f mogoče spremeniti za spremembo vrtilne hitrosti motorja, ko se frekvenca f spremeni v območju od 0 do 50 Hz, je območje nastavitve hitrosti motorja zelo široko. Frekvenčni pretvornik s spreminjanjem frekvence napajanja motorja za uresničitev regulacije hitrosti je idealno sredstvo za visoko učinkovitost in visoko zmogljivo regulacijo hitrosti.
Način krmiljenja frekvenčnega pretvornika
Nizko{0}}napetostni-izhodna napetost pretvornika za splošne namene je 380-650 V, izhodna moč je 0,75-400 kW, delovna frekvenca je 0–400 Hz, vsa njegova glavna vezja pa uporabljajo vezja AC-DC-AC. Njegov način krmiljenja je šel skozi naslednje štiri generacije.
1U/f=C način krmiljenja s sinusno modulacijo širine impulza (SPWM).
Zanj je značilna preprosta struktura krmilnega vezja, nižja cena, mehanske lastnosti trdote so tudi boljše za izpolnjevanje splošnih zahtev glede gladke hitrosti prenosa, se pogosto uporablja na različnih področjih industrije. Vendar pa je ta način krmiljenja pri nizki frekvenci zaradi nižje izhodne napetosti navor zaradi padca napetosti upora statorja pomembnejši, tako da se največji izhodni navor zmanjša. Poleg tega njegove mehanske lastnosti niso tako trde kot pri enosmernem motorju, zmogljivost dinamičnega navora in zmogljivost statične hitrosti nista zadovoljivi, zmogljivost sistema pa ni visoka, krmilna krivulja se bo spreminjala z obremenitvijo, odziv navora je počasen, izkoristek navora motorja ni visok, nizka hitrost zaradi upora statorja in obstoja učinka mrtve cone pretvornika ter poslabšanja delovanja, poslabšanja stabilnosti in tako naprej. Zato je bila proučena regulacija hitrosti pretvorbe frekvence vektorskega nadzora.
Metoda krmiljenja vektorja napetostnega prostora (SVPWM).
Temelji na predpostavki o splošnem učinku generiranja tri-faznih valovnih oblik, da se približa idealna krožna rotacijska trajektorija magnetnega polja zračne reže motorja za namen generiranja tri-fazno moduliranih valovnih oblik naenkrat in nadzor na način približka notranjega tangentnega poligona kroga. Po praktični uporabi je bil izboljšan, tj. uvedena je frekvenčna kompenzacija, ki lahko odpravi napako pri regulaciji hitrosti; amplituda magnetne verige je ocenjena s povratno informacijo, ki odpravlja vpliv upora statorja pri nizkih vrtljajih; izhodna napetost in tok pa sta zaprt-zanka za izboljšanje natančnosti in stabilnosti dinamike. Vendar ima krmilno vezje več povezav in ne uvaja regulacije navora, zato se delovanje sistema bistveno ne izboljša.
Metoda vektorske kontrole (VC).
Praksa krmiljenja frekvence vektorskega krmiljenja je pretvarjanje statorskih tokov Ia, Ib, Ic asinhronega motorja v tri-faznem koordinatnem sistemu v izmenične tokove Ia1Ib1 v dvo-faznem stacionarnem koordinatnem sistemu s tri-fazno - dvo-fazno transformacijo in nato prek rotacijsko transformacijo glede na orientacijo magnetnega polja rotorja, ki je enakovredna enosmernim tokovom Im1, It1 v sinhronem vrtljivem koordinatnem sistemu (Im1 je enakovredna (Im1 je enakovredna vzbujalnemu toku enosmernega motorja; It1 je enakovredna armaturnemu toku, ki je sorazmeren z navorom), in nato posnemajte krmilno metodo enosmernega motorja, da dobite krmilno količino enosmernega motorja in spoznajte krmiljenje asinhronega motorja po ustrezni inverzni transformaciji koordinat. V bistvu je AC motor enakovreden enosmernemu motorju, dve komponenti hitrosti in magnetnega polja pa se krmilita neodvisno. S krmiljenjem magnetne verige rotorja in nato razgradnjo statorskega toka, da dobimo komponente navora in magnetnega polja, s transformacijo koordinat, da realiziramo ortogonalno ali ločeno krmiljenje. Predlagani metoda vektorskega nadzora je epo{15}}pomembna. Vendar pa je v praktičnih aplikacijah, ker je magnetno verigo rotorja težko natančno opazovati, na značilnosti sistema močno vplivajo parametri motorja, vektorska rotacijska transformacija, ki se uporablja v krmilnem procesu enakovrednega enosmernega motorja, je bolj zapletena, zaradi česar je dejanski krmilni učinek težko doseči rezultate idealne analize.
Metoda neposrednega nadzora navora (DTC).
Leta 1985 je prof. DePenbrock z univerze Ruhr v Nemčiji prvi predlagal tehnologijo frekvenčne pretvorbe neposrednega krmiljenja navora. Ta tehnologija je v veliki meri odpravila pomanjkljivosti zgornjega vektorskega nadzora in je bila hitro razvita z novimi idejami za nadzor, jedrnato in jasno strukturo sistema ter odlično dinamično in statično zmogljivostjo. Trenutno se ta tehnologija uspešno uporablja za-zmogljive AC pogone za vleko električnih lokomotiv. Neposredni nadzor navora analizira matematični model AC motorja neposredno v koordinatnem sistemu statorja za nadzor magnetne verige in navora motorja. Motorja na izmenični tok ni treba enačiti z motorjem na enosmerni tok, s čimer se odpravijo številni zapleteni izračuni v vektorski rotacijski transformaciji; ni mu treba posnemati krmiljenja enosmernega motorja, niti ni treba poenostaviti matematičnega modela motorja na izmenični tok za ločitev.
Matrix AC-AC krmilna metoda
Pretvornik VVVF, pretvornik z vektorskim krmiljenjem in pretvornik z neposrednim krmiljenjem navora so vse vrste pretvornikov AC-DC-AC. Njihove skupne pomanjkljivosti so nizek faktor vhodne moči, visoki harmonični tokovi, potreba po velikih kondenzatorjih za shranjevanje energije v tokokrogu enosmernega toka in regenerativne energije ni mogoče vrniti nazaj v omrežje, tj. štiri-kvadrantno delovanje ni mogoče. Iz tega razloga je nastal matrični AC-AC pretvornik. Ker matrični AC-AC pretvornik odpravlja vmesni enosmerni člen in tako odpravlja velike, drage elektrolitske kondenzatorje. Lahko realizira faktor moči l, vhodni tok je sinusoiden in lahko deluje v štirih kvadrantih, gostota moči sistema je velika. Tehnologija še ni zrela, vendar še vedno privablja številne učenjake k poglobljenemu študiju. Njegovo bistvo ni posredno krmiljenje toka, magnetne verige in drugih veličin, temveč neposredno realizacija navora kot krmiljene veličine. Posebne metode so:
--Nadzor statorske magnetne verige za uvedbo opazovalca statorske magnetne verige za realizacijo metode brez senzorja hitrosti;
--Samodejna identifikacija (ID) temelji na natančnem matematičnem modelu motorja za samodejno prepoznavanje parametrov motorja;
--Izračunajte dejansko vrednost, ki ustreza impedanci statorja, medsebojni induktivnosti, faktorju magnetne nasičenosti, vztrajnosti itd. Izračunajte dejanski navor, magnetno verigo statorja, hitrost rotorja za nadzor v realnem času;
--Uresničite pasovno krmiljenje za generiranje signalov PWM glede na pasovno krmiljenje magnetne verige in navora za nadzor preklopnega stanja pretvornika.
Matrix AC-AC pretvornik ima hiter odziv na navor (<2 ms), natančnost visoke hitrosti (±2 %, brez povratne informacije PG), visoko natančnost navora (<+3 %); ima tudi visok začetni navor in visoko natančnost navora, zlasti pri nizkih vrtljajih (vključno z 0 hitrostmi), lahko ustvari 150%-200% navora.