סוגי ממירי תדרים

מכשירים הנקראים ממירי תדר משמשים להמרת מתח AC ברשת בתדר תעשייתי של 50/60 הרץ למתח AC בתדר שונה. תדר המוצא של ממיר התדר יכול להשתנות מאוד, בדרך כלל בין 0.5 ל-400 הרץ. תדרים גבוהים יותר אינם מקובלים עבור מנועים מודרניים בשל אופי החומרים מהם עשויות ליבות הסטטור והרוטור.

כל סוג ממיר תדרים כולל שני חלקים עיקריים: בקרה ואספקת חשמל. חלק הבקרה הוא מעגל של מיקרו-מעגל דיגיטלי המספק שליטה על מתגי יחידת הכוח, ומשמש גם לשליטה, אבחון והגנה על הכונן המונע והממיר עצמו.

חלק אספקת החשמל כולל ישירות את המתגים - טרנזיסטורים חזקים או תיריסטורים. במקרה זה, ממירי תדר הם משני סוגים: עם קטע מודגש של זרם ישר או עם תקשורת ישירה. לממירים צמודים ישירים יש יעילות של עד 98% ויכולים לפעול עם מתחים וזרמים משמעותיים.באופן כללי, לכל אחד משני סוגי ממירי התדרים שהוזכרו יש יתרונות וחסרונות אישיים, וייתכן שיהיה רציונלי ליישם כזה או אחר עבור יישומים שונים.

תקשורת ישירה

ממירי תדר עם חיבור גלווני ישיר היו הראשונים שהופיעו בשוק, חלק הכוח שלהם הוא מיישר תיריסטורים מבוקר, שבו נפתחות בתורן קבוצות מסוימות של תיריסטורים נעילה, ופיתולי הסטטור מחוברים בתורם לרשת. משמעות הדבר היא שבסופו של דבר המתח המסופק לסטטור מעוצב כחתיכות של גל סינוס ראשי המוזנים בטור לפיתולים.

המתח הסינוסואידי מומר למתח שן מסור במוצא. התדר נמוך מהרשת - מ-0.5 עד כ-40 הרץ. ברור שהטווח של ממיר מסוג זה מוגבל. תיריסטורים לא נעולים דורשים תוכניות בקרה מורכבות יותר, מה שמגדיל את העלות של מכשירים אלה.

חלקים מגל הסינוס המוצא מייצרים הרמוניות גבוהות יותר, ואלה הפסדים נוספים והתחממות יתר של המנוע עם ירידה במומנט הציר, בנוסף, הפרעות לא חלשות נכנסות לרשת. אם משתמשים במכשירי פיצוי, אז שוב העלויות עולות, הממדים והמשקל עולים, ויעילות הממיר יורדת.

היתרונות של ממירי תדר עם צימוד גלווני ישיר כוללים:

• אפשרות של פעולה רציפה עם מתחים וזרמים משמעותיים;
• התנגדות לעומס יתר בדחף;
• יעילות של עד 98%;
• ישימות במעגלי מתח גבוה מ-3 עד 10 קילו וולט ואף יותר.

במקרה זה, ממירי תדר מתח גבוה הם, כמובן, יקרים יותר ממירי מתח נמוך. בעבר, הם שימשו היכן שהיה צריך - כלומר ממירי תיריסטורים מצמדים ישירים.

עם חיבור DC מודגש

עבור כוננים מודרניים, ממירי תדרים עם בלוק DC מודגש נמצאים בשימוש נרחב יותר למטרות ויסות תדר. כאן, ההמרה מתבצעת בשני שלבים. ראשית, מתח רשת הכניסה מתוקן ומסונן, מוחלק, ואז מוזן למהפך, שם הוא מומר לזרם חילופין בתדר הנדרש ובמתח עם המשרעת הנדרשת.

היעילות של המרה כפולה כזו יורדת וממדי המכשיר הופכים מעט גדולים יותר מאלו של ממירים בעלי חיבור ישיר לחשמל. גל הסינוס נוצר כאן על ידי מהפך זרם ומתח אוטונומי.

בממירי תדר קישור DC, תיריסטורים נעילה או טרנזיסטורי IGBT… תיריסטורים נעילה שימשו בעיקר בממירי התדרים הראשונים שיוצרו מסוג זה, ואז, עם הופעת טרנזיסטורי IGBT בשוק, היו אלה ממירים המבוססים על טרנזיסטורים אלו שהחלו לשלוט בקרב התקני מתח נמוך.

כדי להפעיל את התיריסטור, מספיק דופק קצר המופעל על אלקטרודת הבקרה, וכדי לכבות אותו, יש צורך להפעיל מתח הפוך על התיריסטור או לאפס את זרם המיתוג לאפס. נדרשת ערכת בקרה מיוחדת - מורכבת וממדית. טרנזיסטורי IGBT דו-קוטביים בעלי שליטה גמישה יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר ומהירות גבוהה למדי.

מסיבה זו, ממירי תדר המבוססים על טרנזיסטורי IGBT אפשרו להרחיב את טווח מהירויות בקרת הכונן: מנועי בקרת וקטורים אסינכרוניים המבוססים על טרנזיסטורי IGBT יכולים לפעול בבטחה במהירויות נמוכות ללא צורך בחיישני משוב.

מיקרו-מעבדים בשילוב עם טרנזיסטורים מהירים מייצרים פחות הרמוניות גבוהות יותר במוצא מאשר ממירי תיריסטורים. כתוצאה מכך, ההפסדים מתבררים כקטנים יותר, הפיתולים והמעגל המגנטי מתחממים פחות, פעימות הרוטור בתדרים נמוכים מצטמצמות. פחות הפסדים בבנקי קבלים, בשנאים - חיי השירות של אלמנטים אלה גדלים. יש פחות שגיאות בעבודה.

אם נשווה ממיר תיריסטור עם ממיר טרנזיסטור עם אותו הספק מוצא, אז השני ישקול פחות, יהיה קטן יותר בגודלו, ופעולתו תהיה אמינה ואחידה יותר. העיצוב המודולרי של מתגי IGBT מאפשר פיזור חום יעיל יותר ודורש פחות מקום להרכבת גופי כוח, בנוסף, מתגים מודולריים מוגנים טוב יותר מפני נחשולי מיתוג, כלומר, הסבירות לנזק נמוכה יותר.

ממירי תדר המבוססים על IGBTs יקרים יותר מכיוון שמודולי הספק הם רכיבים אלקטרוניים מורכבים לייצור. עם זאת, המחיר מוצדק על ידי האיכות. יחד עם זאת, הסטטיסטיקה מראה נטייה להוזיל את המחירים של טרנזיסטורי IGBT מדי שנה.

עקרון הפעולה של ממיר התדרים IGBT

האיור מציג תרשים של ממיר תדרים וגרפים של זרמים ומתחים של כל אחד מהיסודות. מתח רשת של משרעת ותדר קבועים מוזן למיישר, אשר יכול להיות נשלט או לא מבוקר. אחרי המיישר יש קבל - מסנן קיבולי. שני האלמנטים הללו - מיישר וקבל - יוצרים יחידת DC.

מהפילטר, מסופק כעת מתח קבוע למהפך פולס אוטונומי בו פועלים הטרנזיסטורים של ה-IGBT. התרשים מציג פתרון טיפוסי לממירי תדר מודרניים. המתח הישיר מומר לפולס תלת פאזי עם תדר ואמפליטודה מתכווננים.

מערכת הבקרה נותנת אותות בזמן לכל אחד מהמפתחות, והסלילים המתאימים מועברים ברצף לחיבור הקבוע. במקרה זה, משך חיבור הסלילים לחיבור מאופנן לסינוס. אז, בחלק המרכזי של חצי התקופה, רוחב הדופק הוא הגדול ביותר, ובקצוות - הקטן ביותר. זה קורה כאן מתח אפנון רוחב דופק על פיתולי הסטטור של המנוע. התדר של PWM מגיע בדרך כלל ל-15 קילו-הרץ, והסלילים עצמם פועלים כמסנן אינדוקטיבי, וכתוצאה מכך הזרמים דרכם הם כמעט סינוסואידים.

אם המיישר נשלט בכניסה, אזי שינוי המשרעת נעשה על ידי שליטה במיישר, והמהפך אחראי רק להמרת התדר. לפעמים מותקן מסנן נוסף ביציאה של המהפך כדי לשכך את גלי הזרם (לעיתים רחוקות מאוד משתמשים בזה בממירים בעלי הספק נמוך).כך או כך, הפלט הוא מתח תלת פאזי וזרם AC עם פרמטרים בסיסיים המוגדרים על ידי המשתמש.