درایو فرکانس چگونه کار می کند؟ (صفر تا صد اصول کار درایو فرکانس)

اصول کار اینورتر فرکانس

1. بخش یکسو کننده: معمولاً به عنوان بخش اینورتر سمت شبکه نیز شناخته می شود، برای یکسو کردن جریان متناوب سه فاز یا تک فاز به جریان مستقیم و از طریق یکسوسازی مجدد (یعنی قسمت اینورتر) به جریان متناوب. بخش یکسو کننده ولتاژ پایین متداول از یک مدار پل سه فاز غیرقابل کنترل دیودی یا یک مدار پل سه فاز قابل کنترل متشکل از تریستورها تشکیل شده است. برای ولتاژ متوسط، بخشی از یکسو کننده ظرفیت بزرگ برای ضرب 12 پالس یا مبدل بیشتر استفاده می شود.
2. لینک دی سی: به عنوان بار از اینورتر برق یک موتور ناهمزمان است که متعلق به بار القایی است، همیشه هیچ تبادل توانی بین قسمت DC میانی و موتور وجود ندارد و این تبادل انرژی به طور کلی برای بافر پیوند DC میانی اجزای ذخیره‌سازی انرژی (مانند خازن‌ها) مورد نیاز است. یا سلف ها). مدار میانی DC خروجی مدار یکسو کننده برای فیلتر صاف، ذخیره انرژی DC و توان راکتیو بافر.
3. بخش اینورتر: اغلب به عنوان بخش اینورتر سمت بار نیز نامیده می شود، خاموش شدن و هدایت منظم عناصر اینورتر از طریق توپولوژی های مختلف برای به دست آوردن یک خروجی AC سه فاز در هر فرکانس را متوجه می شود. یک بخش رایج اینورتر یک مدار اینورتر پل سه فازی است که از شش دستگاه سوئیچینگ اصلی نیمه هادی تشکیل شده است و خروجی آن یک شکل موج PWM است.
4. لینک ترمز یا بازخورد: از آنجایی که انرژی احیا کننده تشکیل شده توسط ترمز در سمت موتور به راحتی به پیوند DC اینورتر جمع می شود تا پمپاژ ولتاژ باس DC ایجاد شود، نیاز به آزاد شدن به موقع انرژی به شکل گرما از طریق پیوند ترمز یا تبدیل به شبکه AC از طریق پیوند بازخورد. پیوندهای ترمز در اینورترهای مختلف روش‌های متفاوتی دارند. با توجه به قدرت، اندازه می تواند یک واحد ترمز داخلی و یک واحد ترمز خارجی باشد. لینک بازخورد بیشتر متعلق به مدار خارجی اینورتر فرکانس است.

روش های ترمز برای اینورترهای فرکانس

ترمز مصرف انرژی: هنگامی که ولتاژ پمپ بالا از مقدار معینی تجاوز می کند، V. هدایت می کند، بنابراین انرژی برگشتی توسط بار روی R را مصرف می کند.

ترمز بازخورد انرژی: هنگامی که بار انرژی را پس می دهد، مبدل قابل کنترل در حالت اینورتر فعال کار می کند و انرژی را به شبکه برمی گرداند.

حالت کنترل اینورتر فرکانس

5 حالت کنترل اینورتر فرکانس وجود دارد.

1- کنترل V/F

کنترل V/f برای بدست آوردن ویژگی های ایده آل گشتاور-سرعت، بر اساس تغییر فرکانس توان برای تنظیم سرعت در همان زمان، اما برای اطمینان از عدم تغییر شار موتور و ارائه ایده مبدل فرکانس همه منظوره است. ساختار مبدل فرکانس کنترل v/f بسیار ساده است، اما انواعی دارد اینورتر درایو فرکانس حالت کنترل حلقه باز را اتخاذ می کند و نمی تواند به عملکرد کنترل بالاتری دست یابد، علاوه بر این، در فرکانس پایین، باید جبران گشتاور برای تغییر ویژگی های گشتاور فرکانس پایین وجود داشته باشد.

2- کنترل فرکانس دیفرانسیل

کنترل فرکانس دیفرانسیل نوعی کنترل مستقیم گشتاور است، بر اساس کنترل V/f، با توجه به دانستن سرعت واقعی موتور ناهمزمان مربوط به فرکانس منبع تغذیه، و با توجه به گشتاور مورد نظر برای تنظیم فرکانس خروجی مبدل فرکانس، می توانید کاری کنید که موتور دارای گشتاور خروجی مربوطه باشد. در این نوع کنترل، نصب سنسور سرعت در سیستم کنترل ضروری است و گاهی اوقات بازخورد جریانی نیز برای کنترل فرکانس و جریان وجود دارد، بنابراین نوعی روش کنترل حلقه بسته است که می تواند مبدل فرکانس پایداری خوبی دارد و پاسخ خوبی به شتاب و کاهش سرعت و تغییر بار دارد.

3- کنترل برداری

کنترل برداری عبارت است از کنترل مقدار و فاز جریان استاتور موتور از طریق مدار مختصات برداری برای کنترل جریان تحریک موتور و جریان گشتاور به طور جداگانه و سپس دستیابی به هدف کنترل گشتاور موتور. با کنترل ترتیب و زمان عمل هر بردار و زمان عمل بردار صفر می توان امواج PWM مختلفی را برای دستیابی به اهداف کنترلی مختلف تشکیل داد. در حال حاضر روش های کنترل برداری که در اینورتر اعمال می شود عمدتاً شامل روش کنترل برداری مبتنی بر کنترل فرکانس چرخشی و روش کنترل برداری بدون سنسور سرعت می باشد.

4- کنترل مستقیم گشتاور

کنترل گشتاور مستقیم از مفهوم مختصات بردار فضایی برای تجزیه و تحلیل مدل ریاضی موتور AC تحت سیستم مختصات استاتور برای کنترل زنجیره مغناطیسی و گشتاور موتور استفاده می کند و با تشخیص زنجیره مغناطیسی استاتور به هدف مشاهده می شود. مقاومت استاتور، بنابراین محاسبات پیچیده تبدیل، مانند کنترل برداری را حذف می کند و سیستم بصری و مختصر است و سرعت محاسبه و دقت هر دو در مقایسه با روش کنترل برداری بهبود یافته است. این سیستم می تواند 100% گشتاور نامی را حتی در حالت حلقه باز تولید کند و عملکرد متعادل کننده بار برای درگ های متعدد را دارد.

5- کنترل بهینه

کاربرد کنترل بهینه در عمل با توجه به نیازهای مختلف متفاوت است و پارامترهای فردی را می توان با توجه به تئوری کنترل بهینه برای یک نیاز کنترل خاص بهینه کرد. به عنوان مثال، در کنترل اینورترهای ولتاژ بالا، دو استراتژی کنترل تقسیم بندی زمانی و کنترل تغییر فاز با موفقیت برای تحقق شکل موج بهینه ولتاژ تحت شرایط خاص اتخاذ شده است.

فرآیند کار اینورتر فرکانس

• تنظیم پارامتر: قبل از راه اندازی اینورتر، لازم است پارامترهای آن را تنظیم کنید. این پارامترها شامل توان نامی، ولتاژ نامی و جریان نامی موتور است. تنظیم پارامترها به طور مستقیم بر عملکرد خروجی اینورتر تأثیر می گذارد.
• برق ورودی: اینورتر فرکانس برق AC را از طریق یکسوساز ورودی دریافت می کند و آن را به برق DC تبدیل می کند. پیوند DC میانی برق DC را برای اطمینان از پایداری منبع تغذیه صاف می کند.
• خروجی اینورتر: اینورتر فرکانس برق DC را به توان AC فرکانس قابل تنظیم تبدیل می کند و آن را به موتور خروجی می دهد. از طریق کنترل اینورتر می توان به تنظیم دقیق سرعت موتور پی برد.
• تنظیم سیستم کنترل: سیستم کنترل خروجی اینورتر را با توجه به پارامترهای نظارت شده در زمان واقعی مانند جریان، ولتاژ و سرعت تنظیم می کند. سیستم کنترل حلقه بسته می تواند باعث شود که موتور تحت بارها و شرایط کاری مختلف به طور پایدار کار کند.
• بازخورد در زمان واقعی: سیستم کنترل اینورتر می تواند بازخورد بلادرنگ در مورد وضعیت کارکرد موتور ارائه دهد و از طریق نظارت و تنظیم اطمینان حاصل کند که موتور مطابق با سرعت و گشتاور از پیش تعیین شده کار می کند.

خلاصه اصول کار اینورتر فرکانس

اینورتر فرکانس به‌عنوان جزء اصلی سیستم‌های کنترل موتور مدرن، نه تنها نقش کلیدی در زمینه صنعتی، بلکه در زمینه انرژی، حمل‌ونقل و سایر زمینه‌ها برای نشان دادن چشم‌انداز کاربرد گسترده ایفا می‌کند. در آینده، با توسعه مداوم فناوری، مبدل های فرکانس هوشمندتر و کارآمدتر خواهند بود و راه حل های قابل اعتمادتر و انعطاف پذیرتری برای کنترل موتور برای صنایع مختلف ارائه می دهند.