Dažnio keitikliai, kaip svarbus prietaisas galios elektronikos technologijoje, plačiai naudojami pramoninio valdymo srityse. Pagrindinė jų funkcija yra paversti fiksuoto-dažnio ir fiksuotos-tampos kintamosios srovės energiją į kintamos-dažnio ir kintamos{4}}tampos kintamosios srovės galią. Atsižvelgiant į nuolatinės srovės grandinės energijos kaupimo komponento tipą, dažnio keitikliai gali būti plačiai suskirstyti į įtampos{6}}tipo ir srovės{7}}tipo variantus. Šių dviejų tipų grandinės struktūra, veikimo principai, veikimo charakteristikos ir taikymo scenarijai labai skiriasi. Norint tinkamai parinkti ir naudoti dažnio keitiklius, būtina nuodugniai suprasti šiuos skirtumus.
I. Grandinės sandaros ir energijos kaupimo komponentų skirtumai
Įtampos{0}}tipo keitikliai naudoja didelės talpos{1}}kondensatorius kaip energijos kaupimo komponentus savo nuolatinės srovės jungtyse. Jų nuolatinės-šoninės įtampos bangos yra plokščios ir pasižymi maža-varža. Ši struktūra leidžia įtampos -tipo keitikliams veikimo metu palaikyti iš esmės pastovią nuolatinę įtampą, todėl jie vadinami „įtampos- šaltinio keitikliais“. Įprastą grandinę sudaro trys komponentai: lygintuvas, filtro kondensatoriai ir keitiklis. Kondensatoriai ne tik filtruoja įtampą, bet ir suteikia momentinę energiją apkrovos pereinamojo laikotarpio metu.
Dabartinio{0}}tipo keitikliuose naudojami dideli induktoriai kaip energijos kaupimo elementai nuolatinės srovės jungtyje. Jų DC-pusinės srovės bangos forma yra plokščia, pasižyminti didelėmis varžos charakteristikomis. Indukcinės ritės energijos kaupimo savybės palaiko santykinai stabilią nuolatinės srovės srovę, todėl vadinama „srovės- šaltinio tipo keitikliu“. Savo grandinės struktūroje induktorius yra nuosekliai sujungtas nuolatinės srovės kilpoje, kad būtų galima perduoti energiją palaikant pastovią srovę. Ši konfigūracija stipriai slopina srovės svyravimus, todėl ypač tinka tais atvejais, kai reikalingas nuolatinis srovės valdymas.
II. Darbo principas ir energijos perdavimo mechanizmas
Įtampos{0}}šaltinio keitiklių veikimo principas pagrįstas „įtampos-šaltinio keitiklio“ koncepcija. Po to, kai lygintuvas kintamąją srovę paverčia nuolatine, kondensatoriai palaiko stabilią nuolatinės srovės magistralės įtampą. Inverteris naudoja PWM (impulso pločio moduliavimo) technologiją, kad DC konvertuotų į kintamo -dažnio kintamąją srovę, o išėjimo įtampos bangos forma valdoma perjungiant puslaidininkinius įrenginius. Pasikeitus apkrovai, kondensatorius greitai įkrauna ir išsikrauna, kad išlaikytų įtampos stabilumą, o tai leidžia greitai reaguoti į staigius apkrovos padidėjimus.
Dabartinio-tipo inverteriuose naudojamas „dabartinis-šaltinio inversijos“ principas. Nuolatinė srovė, kurią sukuria lygintuvo grandinė, yra išlyginama induktoriumi, prieš keitiklio paverčiant ją kintamosios srovės išėjimu. Jo valdymo šerdis palaiko pastovią nuolatinę srovę, reguliuodamas keitiklio perjungimo įtaisų laidumo kampą, kad būtų pakeistas išėjimo srovės dažnis ir amplitudė. Dėl induktoriaus atsparumo srovės pokyčiams sistema gana lėtai reaguoja į staigius apkrovos pokyčius, tačiau demonstruoja puikų atsparumą smūgiams gedimų, pvz., trumpojo jungimo, metu.
III. Veiklos charakteristikų lyginamoji analizė
1. Dinaminio atsako charakteristikos:Įtampos-tipo keitikliai, kuriems būdingas greitas kondensatorių įkrovimas/iškrovimas, paprastai pasižymi 3-5 kartus didesniu dinaminiu atsaku nei dabartinių-tipo keitiklių, todėl jie ypač tinka programoms, kurioms reikalingas dažnas greitinimas ir lėtėjimas. Srovės tipo keitikliai dėl induktoriaus inercijos reaguoja lėčiau, bet veikia sklandžiau.
2. Regeneracinio stabdymo galimybė:Dabartinio{0}}tipo keitikliai iš prigimties turi energijos grįžtamojo ryšio galimybę. Kai variklis veikia generatoriaus režimu, energija gali būti natūraliai grąžinama atgal į tinklą, nereikalaujant papildomų stabdžių. Įtampos-tipo keitikliuose reikia sumontuoti stabdymo rezistorius arba grįžtamojo ryšio blokus, kad būtų išsklaidyta energija.
3. Trumposios-grandinės apsaugos charakteristikos:Išėjimo trumpojo jungimo metu srovės{0}}tipo keitikliai apriboja staigius srovės šuoliais dėl induktyvumo. Sistema greitai nutraukia gedimų sroves, perjungdama lygintuvo tiltelį į inverterio režimą. Įtampos-tipo keitikliai dėl kondensatoriaus iškrovos gali generuoti didžiules trumpojo jungimo{4} sroves, todėl reikia pasikliauti greitomis apsaugos grandinėmis.
4. Harmoninės charakteristikos:Įtampos{0}}tipo keitikliai turi mažesnę išėjimo įtampos harmoniką (paprastai<5%), but higher input current harmonics (THD up to 30-50%), necessitating input reactors. Current-type inverters have relatively lower input harmonics (THD approx. 10-15%), but more pronounced output current waveform distortion.
5. Efektyvumo ir galios koeficientas:Įtampos -tipo keitikliai pasižymi mažesniu galios koeficientu esant nedidelėms apkrovoms (apie 0,7-0,8), pasiekiant daugiau nei 0,95 esant pilnai apkrovai; srovės-tipo keitikliai išlaiko gana stabilų galios koeficientą, nors bendras efektyvumas yra 2–3 procentiniais punktais mažesnis nei įtampos tipo.
IV. Įprastų taikymo scenarijų skirtumai
Dėl paprastos konstrukcijos, mažesnės kainos ir lankstaus valdymo pranašumų įtampos{0}}tipo inverteriai tapo pagrindine rinkos dalimi, sudarantys daugiau nei 90 % pramoninių pritaikymų. Jie ypač tinka:
● Kvadratinės sukimo momento apkrovos, pvz., ventiliatoriai ir siurbliai.
● Staklių suklio pavaros reikalauja tikslaus greičio valdymo.
● Konvejerių sistemos su keliais lygiagrečiai veikiančiais varikliais.
● Servo valdymas reikalauja didelio dinaminio atsako.
Dabartinio{0}}tipo keitikliai išlaiko nepakeičiamas padėtis konkrečiose programose:
● Sunkios{0}}įrangos, kuriai reikia dažnai judėti pirmyn / atgal, pvz., didelės-galios valcavimo staklynai ir minų keltuvai.
● Minkštas -paleidimo valdymas, skirtas itin-didiems ventiliatoriams (galia > 2000 kW).
● Galimos energijos apkrovos, kurioms reikalingas grįžtamasis ryšys, pvz., centrifugos ir juostiniai konvejeriai.
● Specialios programos, pvz., reaktyviosios galios kompensavimo įrenginiai (SVG) energijos sistemose.
V. Technologinės tendencijos ir atrankos rekomendacijos
Tobulėjant naujiems maitinimo įrenginiams, pvz., IGBT, įtampos{0}}tipo keitikliai laipsniškai įveikė taikomųjų programų iššūkius aukštos-įtampos, didelės-galios srityse naudojant tokias technologijas kaip kelių lygių topologijos ir virtualus ištaisymas. Tuo tarpu dabartinio-tipo keitikliai padarė pažangą optimizuodami topologiją (pvz., modulinius kelių lygių srovės{7} šaltinio keitiklius) ir patobulindami valdymo algoritmą (pvz., nuspėjamąjį srovės valdymą).
Renkantis keitiklius praktiniam pritaikymui, atsižvelkite į šiuos veiksnius:
1. Apkrovos charakteristikos:Įtampos-tipas yra pageidaujamas kvadratinėms-sukimo momento apkrovoms; Esant pastoviai-galiai arba galimoms-energijos apkrovoms, reikia atsižvelgti į dabartinį-tipą.
2. Galios įvertinimas:Pirmenybė teikiama įtampos-tipui<500kW; evaluate current-type solutions for >2000 kW.
3. Stabdymo reikalavimai:Dabartinis{0}}tipas siūlo didesnį ekonomiškumą{1}}naudojant dažnai stabdomas programas.
4. Tinklelio sąlygos:Dabartinis{0}}tipas suteikia stipresnį atsparumą trikdžiams srityse, kuriose tinklo sąlygos yra silpnos.
5. Priežiūros išlaidos:Įtampos{0}}tipo blokai siūlo geresnį atsarginių dalių pakeitimą ir lengvesnę priežiūrą.
Ateityje, kai plačiaus{0}}pralaidumo puslaidininkiniai įrenginiai taps labiau paplitę, šių dviejų tipų keitiklių veikimo ribos gali dar labiau susilieti. Tačiau norint tinkamai taikyti, būtina suprasti esminius jų skirtumus. Praktinėje inžinerijoje kartais naudojamos hibridinės topologijos, -pvz., nuolatinės srovės induktorių pridėjimas prie įtampos-tipo keitiklių, siekiant suderinti abiejų tipų pranašumus-, o tokie novatoriški dizainai taip pat reikalauja dėmesio.