أنواع محولات التردد

تستخدم الأجهزة التي تسمى محولات التردد لتحويل جهد التيار المتردد للتيار المتردد بتردد صناعي 50/60 هرتز إلى جهد تيار متردد بتردد مختلف. يمكن أن يختلف تردد خرج محول التردد بشكل كبير ، عادةً من 0.5 إلى 400 هرتز. الترددات العالية غير مقبولة للمحركات الحديثة بسبب طبيعة المواد التي يتكون منها الجزء الثابت والعضو الدوار.

أي نوع تحويل التردد يتضمن جزئين رئيسيين: التحكم وإمدادات الطاقة. جزء التحكم عبارة عن دائرة لدائرة كهربائية دقيقة توفر التحكم في مفاتيح وحدة الطاقة ، كما تعمل على التحكم في محرك الأقراص والمحول نفسه وتشخيصهما وحمايتهما.

يشتمل قسم الإمداد بالطاقة مباشرة على المفاتيح - الترانزستورات القوية أو الثايرستور. في هذه الحالة ، تكون محولات التردد من نوعين: مع قسم مميز من التيار المباشر أو مع الاتصال المباشر. تصل كفاءة المحولات المقترنة مباشرة إلى 98٪ ويمكن أن تعمل بجهد وتيارات كبيرة.بشكل عام ، كل نوع من نوعي محولات التردد المذكورين له مزايا وعيوب فردية ، وقد يكون من المنطقي تطبيق أحدهما أو الآخر لتطبيقات مختلفة.

الاتصال المباشر

كانت محولات التردد ذات الاتصال الجلفاني المباشر هي الأولى التي ظهرت في السوق ، وقسم الطاقة الخاص بها عبارة عن مقوم ثايرستور متحكم فيه ، حيث يتم فتح مجموعات معينة من الثايرستور المقفل بدوره ، ويتم توصيل ملفات الجزء الثابت بدورها بالشبكة. هذا يعني أنه في النهاية يتم تشكيل الجهد المقدم للجزء الثابت على شكل قطع من موجة جيبية رئيسية يتم تغذيتها في سلسلة إلى اللفات.

يتم تحويل الجهد الجيبي إلى جهد سن المنشار عند الخرج. التردد أقل من التيار الكهربائي - من 0.5 إلى حوالي 40 هرتز. من الواضح أن نطاق هذا النوع من المحولات محدود. يتطلب الثايرستور غير القابل للقفل أنظمة تحكم أكثر تعقيدًا ، مما يزيد من تكلفة هذه الأجهزة.

تولد أجزاء من الموجة الجيبية الخارجة توافقيات أعلى ، وهي خسائر إضافية وارتفاع درجة حرارة المحرك مع انخفاض في عزم دوران العمود ، بالإضافة إلى عدم دخول اضطرابات ضعيفة إلى الشبكة. في حالة استخدام الأجهزة التعويضية ، تزداد التكاليف مرة أخرى ، وتزيد الأبعاد والوزن ، وتنخفض كفاءة المحول.

تشمل مزايا محولات التردد مع اقتران كلفاني مباشر ما يلي:

• إمكانية التشغيل المستمر بجهد وتيارات كبيرة ؛
• مقاومة الحمل الزائد الدافع ؛
• كفاءة تصل إلى 98٪ ؛
• قابلية التطبيق في دوائر الجهد العالي من 3 إلى 10 كيلو فولت وحتى أعلى.

في هذه الحالة ، تعد محولات التردد عالية الجهد ، بالطبع ، أغلى من محولات الجهد المنخفض. في السابق ، كانت تستخدم عند الحاجة - أي محولات الثايرستور المقترنة مباشرة.

مع اتصال DC أبرزت

بالنسبة لمحركات الأقراص الحديثة ، تُستخدم محولات التردد ذات كتلة DC المميزة على نطاق واسع لأغراض تنظيم التردد. هنا ، يتم التحويل في خطوتين. أولاً ، يتم تصحيح جهد التيار الكهربائي الداخل وتصفيته وتنعيمه ثم إدخاله إلى العاكس ، حيث يتم تحويله إلى تيار متناوب بالتردد والجهد المطلوبين بالسعة المطلوبة.

تنخفض كفاءة هذا التحويل المزدوج وتصبح أبعاد الجهاز أكبر قليلاً من تلك الخاصة بالمحولات ذات التوصيل الكهربائي المباشر. يتم إنشاء الموجة الجيبية هنا بواسطة تيار مستقل وعاكس للجهد.

في محولات تردد الارتباط DC ، يتم تثبيت الثايرستور أو الترانزستورات IGBT... تم استخدام قفل الثايرستور بشكل أساسي في أول محولات التردد المصنعة من هذا النوع ، ثم مع ظهور ترانزستورات IGBT في السوق ، كانت المحولات القائمة على هذه الترانزستورات هي التي بدأت بالهيمنة بين الأجهزة منخفضة الجهد.

لتشغيل الثايرستور ، تكون النبضة القصيرة المطبقة على قطب التحكم كافية ، ولإيقاف تشغيله ، من الضروري تطبيق جهد عكسي على الثايرستور أو إعادة ضبط تيار التحويل إلى الصفر. مطلوب مخطط تحكم خاص - معقد وبعيد. تتمتع الترانزستورات ثنائية القطب IGBT بتحكم أكثر مرونة واستهلاك أقل للطاقة وسرعة عالية جدًا.

لهذا السبب ، مكّنت محولات التردد القائمة على ترانزستورات IGBT من توسيع نطاق سرعات التحكم في القيادة: يمكن لمحركات التحكم في ناقل الحركة غير المتزامنة القائمة على ترانزستورات IGBT أن تعمل بأمان بسرعات منخفضة دون الحاجة إلى مستشعرات التغذية المرتدة.

تنتج المعالجات الدقيقة المقترنة بترانزستورات عالية السرعة عددًا أقل من التوافقيات عند الخرج مقارنة بمحولات الثايرستور. نتيجة لذلك ، تصبح الخسائر أصغر ، وتقل درجة حرارة اللفات والدائرة المغناطيسية ، ويتم تقليل نبضات الدوار عند الترددات المنخفضة. خسائر أقل في البنوك المكثفة ، في المحولات - تزداد مدة خدمة هذه العناصر. هناك أخطاء أقل في العمل.

إذا قارنا محول الثايرستور بمحول الترانزستور بنفس طاقة الخرج ، فسيكون وزن الثاني أقل ، ويكون أصغر في الحجم ، وسيكون تشغيله أكثر موثوقية وتوحيدًا. يسمح التصميم المعياري لمفاتيح IGBT بتبديد الحرارة بشكل أكثر كفاءة ويتطلب مساحة أقل لتركيب عناصر الطاقة ، بالإضافة إلى ذلك ، فإن المفاتيح المعيارية محمية بشكل أفضل من ارتفاعات التبديل ، أي أن احتمال التلف أقل.

تعد محولات التردد التي تعتمد على IGBT أكثر تكلفة لأن وحدات الطاقة هي مكونات إلكترونية معقدة لتصنيعها. ومع ذلك ، فإن السعر له ما يبرره من خلال الجودة. في الوقت نفسه ، تُظهر الإحصائيات ميلًا لخفض أسعار ترانزستورات IGBT كل عام.

مبدأ تشغيل محول التردد IGBT

يوضح الشكل مخططًا لمحول التردد ورسوم بيانية للتيارات والجهد لكل عنصر من العناصر. يتم تغذية جهد التيار الكهربائي بسعة وتردد ثابتين إلى المعدل ، والذي يمكن التحكم فيه أو عدم التحكم فيه. بعد المعدل يوجد مكثف - مرشح سعوي. يشكل هذان العنصران - مقوم ومكثف - وحدة تيار مستمر.

من المرشح ، يتم الآن توفير جهد ثابت لعاكس نبض مستقل يعمل فيه الترانزستورات IGBT. يوضح الرسم التخطيطي حلاً نموذجيًا لمحولات التردد الحديثة. يتم تحويل الجهد المباشر إلى نبضة ثلاثية الطور بتردد وسعة قابلة للتعديل.

يعطي نظام التحكم إشارات في الوقت المناسب لكل مفتاح من المفاتيح ، ويتم تحويل الملفات المقابلة بالتسلسل إلى الاتصال الدائم. في هذه الحالة ، يتم تعديل مدة توصيل الملفات بالاتصال إلى الجيب. لذلك ، في الجزء المركزي من نصف الفترة ، يكون عرض النبضة هو الأكبر ، وعند الحواف - الأصغر. إنه يحدث هنا جهد تعديل عرض النبضة على لفات الجزء الثابت للمحرك. عادةً ما يصل تردد PWM إلى 15 كيلو هرتز ، وتعمل الملفات نفسها كمرشح استقرائي ، ونتيجة لذلك تكون التيارات من خلالها شبه جيبية.

إذا تم التحكم في المعدل عند الإدخال ، فسيتم تغيير السعة عن طريق التحكم في المعدل ، ويكون العاكس مسؤولاً فقط عن تحويل التردد. في بعض الأحيان يتم تثبيت مرشح إضافي عند خرج العاكس لتخميد موجات التيار (نادرًا جدًا ما يستخدم هذا في المحولات منخفضة الطاقة).في كلتا الحالتين ، يكون الإخراج عبارة عن جهد ثلاثي الطور وتيار تيار متردد مع معلمات أساسية يحددها المستخدم.