3.Przemienniki-czestotliwosci.pdf

3 Przemienniki częstotliwości

Od późnych lat sześćdziesiątych naszego stulecia, przemienniki częstotliwości

przechodziły nadzwyczaj szybkie zmiany. W wielkiej mierze było to zasługą

burzliwego rozwoju technologii półprzewodnikowej i mikroprocesorowej oraz

związanych z tym redukcji cen elementów półprzewodnikowych. Pomimo to,

podstawowe zasady pracy i schemat blokowy w ogólnym zarysie pozostały bez

zmian.

Przemiennik częstotliwości możemy podzielić na cztery główne komponenty:

Prostownik

Układ

pośredni

falownik

Układ sterowania i zabezpieczeń

Rys. 3.01 Schemat blokowy przemiennika częstotliwości

1. Prostownik, jest podłączony do jednej lub trzech faz zasilających napięcia

przemiennego (ang. AC voltage) i na jego wyjściu generowane jest pulsacyjne

napięcie stałe (ang. DC voltage). Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje

prostowników:

a) niesterowane (diodowe np. 1f4D, 3f6D, 3f12D),

b) sterowane (tyrystorowe i tyrystorowo - diodowe).

2. Układ pośredni. Występują trzy rodzaje układów pośrednich:

a) zamieniający napięcie wyprostowane na prąd stały,

b) stabilizujący i wygładzający pulsujące napięcie stałe (odfiltrowuje składową

przemienną z napięcia wyprostowanego),

c) zamieniający stałe napięcie na napięcie stałe o regulowanej wartości.

3. Falownik, który generuje częstotliwość napięcia zasilania silnika. Niektóre

falowniki przekształcają napięcie stałe na napięcie przemienne trójfazowe o

regulowanej wartości i częstotliwości.

4. Układ elektroniczny sterowania i zabezpieczeń, który nadzoruje pracą

przemiennika, wysyłając i otrzymując sygnały sterujące do i od prostownika,

układu pośredniego i falownika. Budowa układów sterowania i zabezpieczeń

przemienników zależy od indywidualnych cech przyjętego rozwiązania obwodu

mocy przemiennika częstotliwości, rys. 3.02.

Rozdział 3: Przemienniki częstotliwości

Wspólną cechą wszystkich przemienników częstotliwości jest posiadanie układu

sterowania, który wykorzystuje sygnały sterujące do załączania i wyłączania

zaworów półprzewodnikowych falownika (praca dwustanowa). Przemienniki

częstotliwości można podzielić ze względu na przyjętą metodę wzorca przełączania

zaworów do kształtowania przemiennego napięcia wyjściowego.

Na rys. 3.02 przedstawiono klasyfikację przemienników częstotliwości w

zależności od budowy i metody kształtowania napięcia wyjściowego.

Poszczególne podzespoły oznaczono odpowiednio:

1. Prostownik sterowany.

2. Prostownik niesterowany.

3. Układ pośredni przekształcający pulsujące napięcie stałe na stały prąd.

4. Układ pośredni z nieregulowanym wyprostowanym napięciem stałym.

5. Układ pośredni z regulowaną wartością napięcia stałego (ang. chopper).

6. Falownik prądowy.

7. Falownik napięciowy.

Prostownik

Układ

pośredni

Falownik

Przemienniki częstotliwości z falownikami prądowymi - CSI (Current Source Inverter): (1+3+6)

Przemienniki częstotliwości z falownikami napięciowymi i modulacją

amplitudy - PAM (Pulse Ampitude Modulation):

(1+4+7),(2+5+7)

Przemienniki częstotliwości z falownikami napięciowymii modulacjami:

szerokości impulsu - PWM i jej odmianami: VVC / VVC plus

(Pulse With Modulation / Vector Voltage Control)

oraz bezpośredniego sterowania momentem - DTC (Direct Torque Control)

(2+4+7)

Rys. 3.02 Klasyfikacja przemienników częstotliwości w zależności od budowy i metody kształtowania

napięcia wyjściowego

Na świecie występują także przemienniki częstotliwości, które nie posiadają

układu (- stopnia) pośredniego. Są to przemienniki, które bezpośrednio przetwarzają

napięcie z sieci przemysłowej 50-60Hz i wykorzystywane są do napędów o bardzo

R OZDZIAŁ 3: P RZEMIENNIKI CZĘSTOTLIWOŚCI

dużych mocach (rzędu megawatów), ale o małych częstotliwościach wyjściowych.

Ich maksymalne częstotliwości są rzędu 30 Hz.

3.1 Prostowniki

Napięcie do prostownika dostarczane jest z trzech faz lub z jednej fazy źródła

napięcia przemiennego o stałej amplitudzie i częstotliwości (np. 3 x 400 V/50 Hz lub

1 x 240 V/50 Hz), a ich charakterystyczne własności można zilustrować jak niżej:

Rys. 3.03 Jednofazowe i trójfazowe napięcie prądu przemiennego.

Jak pokazuje powyższy rysunek trzy fazy napięcia przemieszczają się stale w

czasie zmieniając swój kierunek, zaś częstotliwość określana jest przez liczbę

okresów na sekundę. Częstotliwość 50Hz oznacza, że występuje 50 okresów na

sekundę tj. jeden okres trwa 20 milisekund.

Prostownik przemiennika składa się z diod, tyrystorów lub ich kombinacji.

Prostownik składający się z diod jest niesterowalny, a prostownik tyrystorowy jest

określany jako sterowany. Jeśli prostownik zbudowany jest z obydwu rodzajów tych

elementów to wówczas jest on nie w pełni sterowany - półsterowany.

⇒

Prostowniki niesterowalne

Rys. 3.04 Zasada działania diody.

Diody umożliwiają przepływ prądu tylko w jednym kierunku od anody A do

katody K przepływ w innym kierunku jest niemożliwy ze względu na budowę diody.

Kontrolowanie przepływu mocy nie jest możliwe jak w przypadku innych

Rozdział 3: Przemienniki częstotliwości

półprzewodników. Napięcie prądu przemiennego na wyjściu zasilania prostownika

diodowego jest zamieniane na napięcie stałe pulsujące. Jeżeli trójfazowe napięcie

prądu przemiennego jest dostarczane do niesterowalnego prostownika trójfazowego,

to na jego wyjściu uzyskamy napięcie stałe o mniejszych pulsacjach.

Rys. 3.05 Trójfazowy prostownik niesterowalny - 3f6D.

Rysunek 3.05 przedstawia niesterowalny prostownik trójfazowy składający się

z dwóch grup diod. Jedna grupa składa się z: D 1 , D 3 i D 5 , a druga grupa z diod

D 2 , D 4 , D 6 . Każda dioda z danej grupy przewodzi przez 1/3 okresu (120º).

Poszczególne diody obu grup diod przewodzą kolejno. Po rozpoczęciu przewodzenia

przez diodę danej grupy w drugiej grupie nastąpi przełączenie komutacyjne między

przewodzącymi diodami po czasie 1/6 okresu (60º). Np.: gdy przewodzi D 1 przez

1/3T, wtedy przewodzi D 4 przez 1/6T następne D 6 przez 1/6T i odwrotnie: D 4 - 1/3T,

to D 5 - 1/6T i D 1 - 1/6T

Diody D 1 , 3 , 5 przewodzą, gdy amplituda napięcia jest dodatnia. Jeśli napięcie

fazy L 1 osiąga dodatnią wartość maksymalną, wtedy napięcie na zacisku A osiąga

także maksymalną wartość. Dwie pozostałe diody tej grupy mają wtedy wsteczne

napięcie polaryzacji wynosi U L2-2 i U L3-3 .

Podobna sytuacja występuje przy przewodzeniu grupy diod D 2 , 4 , 6 . Napięcie na

zacisku B otrzymuje ujemną polaryzację fazową. Jeśli w danej chwili czasowej L 3

osiąga ujemną wartość szczytową napięcia, dioda D 6 przewodzi. Dwie pozostałe

diody tej grupy mają wtedy wsteczną polaryzację o wartości U L1-2 i U L2-4 .

Napięcie wyjściowe prostownika niesterowanego ma inną wartość niż napięcie

tych dwóch grup diod. Wartość średnia pulsującego napięcia wyprostowanego dla

prostownika typu 3F6D wynosi 1,35 wartości skutecznej napięcia międzyfazowego

sieci zasilającej.

R OZDZIAŁ 3: P RZEMIENNIKI CZĘSTOTLIWOŚCI

Rys. 3.06 Przebiegi napięć wyjściowych niesterowalnego prostownika trójfazowego - 3f6D.

⇒

Prostowniki sterowalne

W prostownikach sterowalnych diody zastąpione są przez tyrystory. Tyrystor

podobnie jak dioda pozwala przewodzić prąd od anody A do katody K z tą różnicą,

że tyrystor ma dodatkową bramkę G, na którą podawany jest sygnał sterujący pracą

tyrystora. Na bramkę trzeba podać sygnał sterujący, aby tyrystor przewodził prąd.

Jeśli przez tyrystor płynie prąd to znaczy, że jest on w stanie przewodzenia i

pozostanie w tym stanie do momentu, aż płynący przez niego prąd osiągnie wartość

zerową.

Przewodzenie tyrystora nie może być przerwane tylko przez zanik sygnału

sterującego podawanego na bramkę. Tyrystory są nie tylko używane w

prostownikach, ale również w falownikach.

Układ sterujący bramką tyrystora opóźnia podanie impulsu sterującego przez

określony czas w stosunku do fazy napięcia przemiennego dołączonego do obwodu

głównego tyrystora.

określającym czas między

przejściem przez zero napięcia przemiennego, a rozpoczęciem przewodzenia przez

tyrystor. Czas ten wyrażany jest w stopniach kątowych wynikających z okresu

napięcia przemiennego. Tyrystory są nie tylko wykorzystywane w prostownikach, ale

również w falownikach.

Opóźnienie to opisane jest parametrem

Rys. 3.07 Zasada działania tyrystora.

Rozdział 3: Przemienniki częstotliwości

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: