आवृत्ति कन्वर्टर्स के प्रकार

फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स नामक उपकरणों का उपयोग मुख्य एसी वोल्टेज को 50/60 हर्ट्ज की औद्योगिक आवृत्ति के साथ एक अलग आवृत्ति के एसी वोल्टेज में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। आवृत्ति कनवर्टर की आउटपुट आवृत्ति व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है, आमतौर पर 0.5 से 400 हर्ट्ज तक। स्टेटर और रोटर कोर बनाने वाली सामग्रियों की प्रकृति के कारण आधुनिक मोटरों के लिए उच्च आवृत्तियां अस्वीकार्य हैं।

किसी भी प्रकार का फ्रिक्वेंसी परिवर्तक दो मुख्य भाग शामिल हैं: नियंत्रण और बिजली की आपूर्ति। नियंत्रण भाग एक डिजिटल माइक्रोक्रिकिट का एक सर्किट है जो बिजली इकाई के स्विच का नियंत्रण प्रदान करता है, और चालित ड्राइव और स्वयं कनवर्टर को नियंत्रित करने, निदान करने और उसकी सुरक्षा करने का भी काम करता है।

बिजली आपूर्ति अनुभाग में सीधे स्विच शामिल हैं - शक्तिशाली ट्रांजिस्टर या थाइरिस्टर। इस मामले में, फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स दो प्रकार के होते हैं: डायरेक्ट करंट के हाइलाइट किए गए सेक्शन के साथ या डायरेक्ट कम्युनिकेशन के साथ। डायरेक्ट-युग्मित कन्वर्टर्स की दक्षता 98% तक होती है और यह महत्वपूर्ण वोल्टेज और धाराओं के साथ काम कर सकता है।सामान्य तौर पर, उल्लिखित दो प्रकार के फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स में से प्रत्येक के अलग-अलग फायदे और नुकसान हैं, और विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एक या दूसरे को लागू करना तर्कसंगत हो सकता है।

सीधा संवाद

प्रत्यक्ष गैल्वेनिक कनेक्शन के साथ फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स बाज़ार में आने वाले पहले थे, उनका पावर सेक्शन एक नियंत्रित थाइरिस्टर रेक्टिफायर है, जिसमें लॉकिंग थाइरिस्टर के कुछ समूह बदले में खोले जाते हैं, और स्टेटर वाइंडिंग नेटवर्क से जुड़े होते हैं। इसका मतलब यह है कि अंततः स्टेटर को आपूर्ति की जाने वाली वोल्टेज को मेन साइन वेव के टुकड़ों के रूप में आकार दिया जाता है जो वाइंडिंग्स को श्रृंखला में खिलाया जाता है।

साइनसोइडल वोल्टेज को आउटपुट पर सॉटूथ वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है। आवृत्ति मुख्य से कम है - 0.5 से लगभग 40 हर्ट्ज तक। जाहिर है, इस प्रकार के कनवर्टर की सीमा सीमित है। गैर-लॉकिंग थाइरिस्टर्स को अधिक जटिल नियंत्रण योजनाओं की आवश्यकता होती है, जिससे इन उपकरणों की लागत बढ़ जाती है।

आउटपुट साइन वेव के हिस्से उच्च हार्मोनिक्स उत्पन्न करते हैं, और ये शाफ्ट टॉर्क में कमी के साथ मोटर के अतिरिक्त नुकसान और ओवरहीटिंग हैं, इसके अलावा, कमजोर गड़बड़ी नेटवर्क में प्रवेश नहीं करती है। यदि क्षतिपूर्ति उपकरणों का उपयोग किया जाता है, तो लागत फिर से बढ़ जाती है, आयाम और वजन बढ़ जाता है, और कनवर्टर दक्षता कम हो जाती है।

डायरेक्ट गैल्वेनिक कपलिंग के साथ फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स के फायदों में शामिल हैं:

• महत्वपूर्ण वोल्टेज और धाराओं के साथ निरंतर संचालन की संभावना;
• आवेग अधिभार प्रतिरोध;
• दक्षता 98% तक;
• 3 से 10 केवी और इससे भी अधिक उच्च वोल्टेज सर्किट में प्रयोज्यता।

इस मामले में, उच्च-वोल्टेज आवृत्ति कन्वर्टर्स, निश्चित रूप से, कम-वोल्टेज वाले की तुलना में अधिक महंगे हैं। पहले, जहां जरूरत थी वहां उनका उपयोग किया जाता था - अर्थात् प्रत्यक्ष-युग्मित थाइरिस्टर कन्वर्टर्स।

डीसी कनेक्शन के साथ हाइलाइट किया गया

आधुनिक ड्राइव के लिए, हाइलाइट किए गए DC ब्लॉक वाले फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स फ़्रीक्वेंसी रेगुलेशन उद्देश्यों के लिए अधिक व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। यहाँ, रूपांतरण दो चरणों में किया जाता है। सबसे पहले, इनपुट मेन वोल्टेज को ठीक किया जाता है और फ़िल्टर किया जाता है, चिकना किया जाता है, फिर इन्वर्टर को खिलाया जाता है, जहाँ इसे आवश्यक आयाम के साथ आवश्यक आवृत्ति और वोल्टेज के साथ प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित किया जाता है।

इस तरह के दोहरे रूपांतरण की दक्षता कम हो जाती है और डिवाइस के आयाम प्रत्यक्ष विद्युत कनेक्शन वाले कन्वर्टर्स की तुलना में थोड़े बड़े हो जाते हैं। साइन लहर यहाँ एक स्वायत्त वर्तमान और वोल्टेज इन्वर्टर द्वारा उत्पन्न होती है।

डीसी लिंक फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स में, थाइरिस्टर्स को लैच करना या आईजीबीटी ट्रांजिस्टर… लॉकिंग थाइरिस्टर्स मुख्य रूप से इस प्रकार के पहले निर्मित आवृत्ति कन्वर्टर्स में उपयोग किए गए थे, फिर, बाजार पर आईजीबीटी ट्रांजिस्टर की उपस्थिति के साथ, इन ट्रांजिस्टर पर आधारित कन्वर्टर्स कम वोल्टेज उपकरणों के बीच हावी होने लगे।

थाइरिस्टर को चालू करने के लिए, नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर लागू एक छोटी पल्स पर्याप्त है, और इसे बंद करने के लिए, थाइरिस्टर पर रिवर्स वोल्टेज लागू करना या स्विचिंग करंट को शून्य पर रीसेट करना आवश्यक है। एक विशेष नियंत्रण योजना की आवश्यकता है - जटिल और आयामी। द्विध्रुवीय आईजीबीटी ट्रांजिस्टर में अधिक लचीला नियंत्रण, कम बिजली की खपत और काफी उच्च गति होती है।

इस कारण से, IGBT ट्रांजिस्टर पर आधारित फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स ने ड्राइव नियंत्रण गति की सीमा का विस्तार करना संभव बना दिया है: IGBT ट्रांजिस्टर पर आधारित अतुल्यकालिक वेक्टर नियंत्रण मोटर्स फीडबैक सेंसर की आवश्यकता के बिना कम गति पर सुरक्षित रूप से काम कर सकते हैं।

हाई-स्पीड ट्रांजिस्टर के साथ माइक्रोप्रोसेसर आउटपुट पर थाइरिस्टर कन्वर्टर्स की तुलना में कम उच्च हार्मोनिक्स का उत्पादन करते हैं। नतीजतन, नुकसान छोटे हो जाते हैं, घुमाव और चुंबकीय सर्किट कम गरम हो जाते हैं, कम आवृत्तियों पर रोटर स्पंदन कम हो जाते हैं। ट्रांसफॉर्मर में कैपेसिटर बैंकों में कम नुकसान - इन तत्वों का सेवा जीवन बढ़ता है। कार्य में त्रुटियाँ कम होती हैं।

यदि हम एक थाइरिस्टर कनवर्टर की तुलना समान आउटपुट पावर वाले ट्रांजिस्टर कनवर्टर से करते हैं, तो दूसरा कम वजन करेगा, आकार में छोटा होगा, और इसका संचालन अधिक विश्वसनीय और समान होगा। IGBT स्विच का मॉड्यूलर डिज़ाइन अधिक कुशल गर्मी लंपटता की अनुमति देता है और बढ़ते बिजली तत्वों के लिए कम जगह की आवश्यकता होती है, इसके अलावा, मॉड्यूलर स्विच स्विचिंग सर्ज से बेहतर रूप से सुरक्षित होते हैं, अर्थात क्षति की संभावना कम होती है।

IGBT पर आधारित फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स अधिक महंगे हैं क्योंकि पावर मॉड्यूल निर्माण के लिए जटिल इलेक्ट्रॉनिक घटक हैं। हालांकि, कीमत गुणवत्ता द्वारा उचित है। इसी समय, आंकड़े हर साल आईजीबीटी ट्रांजिस्टर की कीमतों में कमी की प्रवृत्ति दिखाते हैं।

आईजीबीटी आवृत्ति कनवर्टर के संचालन का सिद्धांत

यह आंकड़ा एक आवृत्ति कनवर्टर का आरेख दिखाता है और प्रत्येक तत्व के धाराओं और वोल्टेज का ग्राफ दिखाता है। निरंतर आयाम और आवृत्ति का मेन वोल्टेज रेक्टिफायर को खिलाया जाता है, जिसे नियंत्रित या अनियंत्रित किया जा सकता है। रेक्टिफायर के बाद एक कैपेसिटर होता है - एक कैपेसिटिव फिल्टर। ये दो तत्व- एक रेक्टिफायर और एक कैपेसिटर- एक DC यूनिट बनाते हैं।

फिल्टर से, एक निरंतर वोल्टेज अब एक स्वायत्त पल्स इन्वर्टर को आपूर्ति की जाती है जिसमें आईजीबीटी ट्रांजिस्टर काम करते हैं। आरेख आधुनिक आवृत्ति कन्वर्टर्स के लिए एक विशिष्ट समाधान दिखाता है। प्रत्यक्ष वोल्टेज को समायोज्य आवृत्ति और आयाम के साथ तीन-चरण पल्स में परिवर्तित किया जाता है।

नियंत्रण प्रणाली प्रत्येक कुंजी को समय पर संकेत देती है, और संबंधित कॉइल क्रमिक रूप से स्थायी कनेक्शन में बदल जाती हैं। इस मामले में, कॉइल को कनेक्शन से जोड़ने की अवधि को साइन करने के लिए संशोधित किया जाता है। तो, अर्ध-अवधि के मध्य भाग में, नाड़ी की चौड़ाई सबसे बड़ी है, और किनारों पर - सबसे छोटी। यह यहाँ हो रहा है पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन वोल्टेज मोटर स्टेटर वाइंडिंग्स पर। PWM की आवृत्ति आमतौर पर 15 kHz तक पहुंचती है, और कॉइल स्वयं एक आगमनात्मक फिल्टर के रूप में काम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनके माध्यम से धाराएं लगभग साइनसॉइडल होती हैं।

यदि रेक्टिफायर को इनपुट पर नियंत्रित किया जाता है, तो रेक्टिफायर को नियंत्रित करके आयाम परिवर्तन किया जाता है, और इन्वर्टर केवल आवृत्ति रूपांतरण के लिए जिम्मेदार होता है। कभी-कभी वर्तमान तरंगों को नम करने के लिए इन्वर्टर के आउटपुट पर एक अतिरिक्त फ़िल्टर स्थापित किया जाता है (बहुत कम ही इसका उपयोग कम-शक्ति कन्वर्टर्स में किया जाता है)।किसी भी तरह से, आउटपुट उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित बुनियादी मापदंडों के साथ तीन-चरण वोल्टेज और एसी करंट है।