Principiul de funcționare al convertizoarele de frecvență

Sunt folosite multe denumiri pentru a descrie dispozitivul care controlează viteza motorului: convertizoare de frecvență, invertoare de frecvență, variatoare de turație, variatoare de viteză, regulatoare de turație, regulatoare de viteză sunt cele mai comune.

Simularea electronică a unei unde sinusoidale este de fapt foarte dificilă. Înaintea apariției microprocesoarelor, circuitele electronice erau complexe și ofereau performanțe scăzute. Dispozitivele de putere erau limitate, sporind astfel provocările tehnice. Pentru a înțelege complet funcționarea motorului sunt necesare câteva noțiuni elementare.

Un controler de curent alternativ trebuie să varieze tensiunea și frecvența statorului pentru a obține viteză variabilă.

La viteză nominală (de obicei 50 sau 60 Hz), motorul are nevoie de tensiune nominală. Pentru a obține jumătate din viteză va fi nevoie de jumătatea frecvenței și jumătatea tensiunii.

Tensiunea furnizată de distribuitorii de energie electrică este obținută cu ajutorul generatoarelor rotative. Este nevoie de un controler foarte sofisticat pentru a oferi toate funcțiile necesare asigurării funcționării normale a motorului în timpul reglării vitezei acestuia.

Când utilizăm o unitate de control, curba cuplului de pornire nu mai este valabilă. Rotorul se învârte cu viteza corespunzătoare frecvenței aplicate (nu apar niciodată alunecări mari). Curenții de pornire dispar iar cuplul este proporțional cu intensitatea curentului absorbit de motor. Fiecare frecvență are o nouă curba a cuplului.

Cu un variator de viteză care utilizează tranzistori, cuplul este de asemenea limitat de curentul nominal al dispozitivului. O nouă curba a vitezei este valabilă, așa cum se vede mai jos.

Linia îngroșată reprezintă puterea disponibilă. La jumătate din viteză, cu toate că este furnizat cuplu constant, motorul dezvoltă doar jumătate din putere.

Pentru perioade scurte de timp, un motor poate livra un cuplu mai mare de 100%. Mărimea cuplului și timpul depind de motor și, în mod obișnuit, sunt limitate de încălzire.

Controlerul motorului poate de asemenea limita mărimea cuplului. Pentru a proteja componentele de putere, curentul este de obicei limitat la 150%, ceea ce înseamnă limitarea cuplului la 150%.

Cuplul începe să scadă liniar după atingerea frecvenței nominale deoarece convertizorul nu poate continua creșterea tensiunii și astfel nu poate fi menținut raportul corespunzător tensiune/frecvență (V/Hz). Aceasta se numește funcționare la putere constantă. La un moment dat, în funcție de concepția motorului, funcționarea la putere constantă nu este posibilă, iar cuplul scade dramatic la viteze mari.

Diagrama bloc de mai jos arată cum majoritatea convertizoarelor transformă curentul alternativ în curent continuu. Un anumit tip de filtru netezește curentul continuu, care este apoi livrat motorului în impulsuri simulând curentul alternativ.

Convertizoare de frecvență PWM – Pulse Width Modulation

Tehnologiile vechi care utilizau SCR sau dispozitive de putere cu tiristoare au împiedicat obținerea unor performanțe optime pentru motoarele de curent alternativ. Prima introducere a convertizoarelor PWM utilizând noile tranzistoare de mare putere dezvoltate de Toshiba a oferit industriei promisiunea că variatoarele de frecvență vor controla motoarele de curent alternativ cu aceleași performanțe ca în cazul motoarelor de curent continuu.

Convertizoarele PWM au înlăturat complexitatea intrării convertizoarelor cu tiristoare. Acestea folosesc diode pentru a transforma curentul alternativ în curent continuu. Condensatoarele au fost folosite pentru a filtra curentul continuu, iar tensiunea a fost apoi tăiată în impulsuri la înaltă frecvență, tensiune cu care era alimentat motorul. Lățimea pulsului este modificată pentru a modifica tensiunea către motor. Pulsurile largi oferă tensiuni mari, iar pulsurile înguste oferă tensiuni mici. Regulatorul Toshiba comandat prin microprocesor codifică unda PWM pentru a genera un curent aproape sinusoidal.

Tranzistoarele pentru tensiune mare și comutare rapidă au fost lansate pe piață în 1980.

Problemele de comunicatie au dispărut, iar fiabilitatea a crescut considerabil. Motoarele mici de curent alternativ puteau lucra în game largi de viteză, oferind un cuplu lin. Anumite caracteristici ale tranzistoarelor existente încă limitau performanțele, în special la motoare de putere mare, mai mari de 75 de kW. Dispozitivele cu tranzistoare erau dificil de conectat în paralel pentru a obține curenți nominali mai mari și a fost necesar un nou dispozitiv de putere pentru a obține puteri mai mari.

Toshiba a lansat primul convertizor cu IGBT în 1988. Acest progres pe piața convertizoarelor a permis comutarea mai eficientă a tranzistoarelor și a făcut posibilă conectarea în paralel a dispozitivelor pentru obținerea unor puteri mai mari. Comutarea mai rapidă a permis un control mai bun al curentului și a crescut aplicabilitatea convertizoarelor de frecvență.

Sursa: Toshiba

Gama de convertizoare de frecvență o găsiți aici: https://www.braistore.ro/convertizoare-de-frecventa