Konverter frekuensi adalah perangkat yang mengubah daya frekuensi industri (50Hz atau 60Hz) menjadi daya AC berbagai frekuensi untuk mewujudkan pengoperasian kecepatan variabel motor, di mana rangkaian kontrol melengkapi kendali rangkaian utama, rangkaian penyearah mengubah daya AC menjadi daya DC, rangkaian perantara DC memperhalus dan menyaring keluaran rangkaian penyearah, dan rangkaian inverter membalikkan daya DC kembali menjadi listrik AC. Untuk inverter kontrol vektor, yang memerlukan banyak perhitungan, terkadang diperlukan CPU untuk perhitungan torsi dan beberapa sirkuit yang sesuai. Pengaturan kecepatan inverter dicapai dengan mengubah frekuensi suplai daya ke belitan stator motor.
Ada banyak cara untuk mengkategorikan konverter frekuensi, menurut klasifikasi mode kerja rangkaian utama, dapat dibagi menjadi konverter frekuensi tipe-tegangan dan konverter frekuensi tipe-arus; menurut klasifikasi mode peralihan, dapat dibagi menjadi PAM-konverter frekuensi terkontrol, PWM-konverter frekuensi terkontrol dan-frekuensi beban tinggi PWM-konverter frekuensi terkontrol; menurut klasifikasi prinsip kerjanya, dapat dibagi menjadi konverter frekuensi terkontrol V/f-, konverter frekuensi kontrol frekuensi rotasi dan konverter frekuensi kontrol vektor, dll.; menurut penggunaannya Menurut klasifikasi prinsip kerja, dapat dibagi menjadi inverter-umum, inverter khusus-berkinerja tinggi, inverter-frekuensi tinggi, inverter-fase tunggal, dan inverter-fase tiga.
VVVF:ubah tegangan, ubah frekuensi CVCF: tegangan konstan, frekuensi konstan. Catu daya AC yang digunakan di berbagai negara, baik untuk rumah maupun pabrik, memiliki tegangan dan frekuensi 400V/50Hz atau 200V/60Hz (50Hz), dan seterusnya. Umumnya perangkat yang mengubah arus bolak-balik dengan tegangan dan frekuensi tetap menjadi arus bolak-balik dengan tegangan atau frekuensi variabel disebut “inverter”. Untuk menghasilkan tegangan dan frekuensi variabel, perangkat terlebih dahulu mengubah arus bolak-balik dari catu daya menjadi arus searah (DC).
Inverter yang digunakan untuk mengontrol motor dapat mengubah tegangan dan frekuensi.
Cara Kerja Konverter Frekuensi
Kita tahu bahwa ekspresi kecepatan sinkron bit motor AC:
n = 60 f (1-s)/p (1)
Dalam rumusnya
n --- kecepatan motor asinkron;
f --- frekuensi motor asinkron;
s --- kecepatan putaran motor;
p---jumlah pasangan kutub motor.
Dari persamaan (1) terlihat bahwa kecepatan putaran n berbanding lurus dengan frekuensi f, selama frekuensi f dapat diubah untuk mengubah kecepatan putaran motor, bila frekuensi f diubah pada rentang 0 sampai 50Hz maka rentang pengaturan kecepatan motor sangat lebar. Konverter frekuensi adalah dengan mengubah frekuensi catu daya motor untuk mewujudkan pengaturan kecepatan, merupakan cara ideal untuk pengaturan kecepatan efisiensi tinggi dan kinerja tinggi.
Mode kontrol konverter frekuensi
Tegangan keluaran inverter-umum-tujuan umum bertegangan rendah adalah 380-650V, daya keluaran 0,75-400kW, frekuensi kerja 0-400Hz, dan rangkaian utamanya semuanya menggunakan rangkaian AC-DC-AC. Mode kendalinya telah melewati empat generasi berikutnya.
Mode kontrol modulasi lebar pulsa sinusoidal (SPWM) 1U/f=C
Ditandai dengan struktur rangkaian kontrol yang sederhana, biaya lebih rendah, karakteristik mekanis kekerasan juga lebih baik untuk memenuhi persyaratan kecepatan transmisi umum yang halus, telah banyak digunakan di berbagai bidang industri. Namun, metode kontrol ini pada frekuensi rendah, karena tegangan keluaran yang lebih rendah, penurunan tegangan resistansi stator torsi lebih signifikan, sehingga torsi maksimum keluaran berkurang. Selain itu, karakteristik mekaniknya tidak sekeras motor DC, kapasitas torsi dinamis dan kinerja kecepatan statis tidak memuaskan, dan kinerja sistem tidak tinggi, kurva kendali akan berubah seiring dengan beban, respon torsi lambat, pemanfaatan torsi motor tidak tinggi, kecepatan rendah karena resistansi stator dan adanya efek zona mati inverter dan penurunan kinerja, penurunan stabilitas dan sebagainya. Oleh karena itu, regulasi kecepatan konversi frekuensi pengendalian vektor telah dipelajari.
Metode pengendalian vektor ruang tegangan (SVPWM).
Hal ini didasarkan pada premis dari keseluruhan efek pembangkitan bentuk gelombang tiga-fasa, untuk memperkirakan lintasan medan magnet berputar melingkar yang ideal dari celah udara motor untuk tujuan menghasilkan bentuk gelombang termodulasi tiga-fasa sekaligus, dan mengontrol cara pendekatan poligon tangen dalam lingkaran. Ini telah diperbaiki setelah penggunaan praktis, yaitu diperkenalkannya kompensasi frekuensi, yang dapat menghilangkan kesalahan kontrol kecepatan; amplitudo rangkaian magnet diperkirakan menggunakan umpan balik, yang menghilangkan pengaruh resistansi stator pada kecepatan rendah; dan tegangan serta arus keluaran ditutup-dilingkarkan untuk meningkatkan akurasi dan stabilitas dinamika. Namun, rangkaian kontrol memiliki lebih banyak tautan dan tidak menerapkan pengaturan torsi, sehingga kinerja sistem tidak meningkat secara mendasar.
Metode pengendalian vektor (VC).
Praktek kontrol frekuensi kontrol vektor adalah dengan mengubah arus stator Ia, Ib, Ic, dari motor asinkron dalam sistem koordinat tiga-fasa menjadi arus AC Ia1Ib1 dalam sistem koordinat stasioner dua-fasa melalui transformasi tiga-fasa - dua-fasa, dan kemudian melalui transformasi transformasi putar sesuai dengan orientasi medan magnet rotor, yang setara dengan arus DC Im1, It1 dalam sistem koordinat putar sinkron (Im1 setara dengan (Im1 setara dengan arus eksitasi motor DC; It1 setara dengan arus jangkar yang sebanding dengan torsi), lalu meniru metode kendali motor DC untuk mendapatkan besaran kendali motor DC, dan mewujudkan kendali motor asinkron setelah transformasi koordinat terbalik yang sesuai. Intinya, motor AC setara dengan motor DC, dan kedua komponen kecepatan dan medan magnet dikontrol secara independen. Dengan mengendalikan rantai magnet rotor, kemudian menguraikan arus stator untuk mendapatkan komponen torsi dan medan magnet, melalui transformasi koordinat, untuk mewujudkan kontrol ortogonal atau terpisah. Metode pengendalian vektor yang diusulkan adalah zaman-membuat signifikansi. Namun, dalam aplikasi praktis, karena rantai magnet rotor sulit untuk diamati secara akurat, karakteristik sistem sangat dipengaruhi oleh parameter motor, dan transformasi rotasi vektor yang digunakan dalam proses kontrol motor DC setara lebih rumit, sehingga menyulitkan efek kontrol aktual untuk mencapai hasil analisis ideal.
Metode kontrol torsi langsung (DTC).
Pada tahun 1985, Prof. DePenbrock dari Universitas Ruhr di Jerman pertama kali mengusulkan teknologi konversi frekuensi kontrol torsi langsung. Teknologi ini sebagian besar telah mengatasi kekurangan pengendalian vektor di atas, dan telah berkembang pesat dengan ide pengendalian baru, struktur sistem yang ringkas dan jelas, serta kinerja dinamis dan statis yang sangat baik. Saat ini, teknologi ini telah berhasil diterapkan pada-penggerak AC berdaya tinggi untuk traksi lokomotif listrik. Kontrol torsi langsung menganalisis model matematika motor AC secara langsung dalam sistem koordinat stator untuk mengontrol rantai magnetik dan torsi motor. Tidak perlu menyamakan motor AC dengan motor DC, sehingga menghilangkan banyak perhitungan rumit dalam transformasi putaran vektor; tidak perlu meniru pengendalian motor DC, juga tidak perlu menyederhanakan model matematis motor AC untuk decoupling.
Matriks AC-Metode kontrol AC
Inverter VVVF, inverter kontrol vektor, dan inverter kontrol torsi langsung adalah semua jenis inverter AC-DC-AC. Kerugian umumnya adalah faktor daya masukan yang rendah, arus harmonik yang tinggi, kebutuhan kapasitor penyimpan energi yang besar di sirkuit DC, dan energi regeneratif tidak dapat diumpankan kembali ke jaringan, yaitu, operasi empat-kuadran tidak dapat dilakukan. Karena alasan ini, matriks inverter AC-AC muncul. Karena inverter AC-AC matriks menghilangkan tautan DC perantara, sehingga menghilangkan kapasitor elektrolitik berukuran besar dan mahal. Dapat mewujudkan faktor daya l, arus masukan sinusoidal dan dapat beroperasi di empat kuadran, kepadatan daya sistem besar. Teknologinya yang belum matang, namun masih menarik banyak sarjana untuk mengkajinya secara mendalam. Esensinya bukan untuk mengontrol arus, rantai magnet, dan besaran lainnya secara tidak langsung, tetapi untuk mewujudkan torsi secara langsung sebagai besaran yang dikendalikan. Metode spesifiknya adalah:
--Kontrol rantai magnet stator untuk memperkenalkan pengamat rantai magnet stator untuk mewujudkan metode tanpa sensor kecepatan;
--Identifikasi otomatis (ID) mengandalkan model matematika motor yang akurat untuk secara otomatis mengidentifikasi parameter motor;
--Hitung nilai aktual yang sesuai dengan impedansi stator, induktansi timbal balik, faktor saturasi magnet, inersia, dll. Hitung torsi aktual, rantai magnet stator, kecepatan rotor untuk kontrol waktu nyata;
--Mewujudkan kontrol Band-Band untuk menghasilkan sinyal PWM sesuai dengan kontrol Band-Band rantai magnetik dan torsi untuk mengontrol status peralihan inverter.
Matriks AC-Inverter AC memiliki respons torsi yang cepat (＜2ms), akurasi kecepatan tinggi (±2%, tanpa umpan balik PG), akurasi torsi tinggi (＜+3%); ia juga memiliki torsi awal yang tinggi dan akurasi torsi yang tinggi, terutama pada kecepatan rendah (termasuk kecepatan 0), dapat menghasilkan torsi 150%-200%.