Principiul de functionare al convertizoarele de frecventa
Sunt folosite multe denumiri pentru a descrie dispozitivul care controleaza viteza motorului: convertizoare de frecventa, invertoare de frecventa, variatoare de turatie, variatoare de viteza , regulatoare de turatie, regulatoare de viteza sunt cele mai comune.
Simularea electronica a unei unde sinusoidale este de fapt foarte dificila. Inaintea aparitiei microprocesoarelor circuitele electronice erau complexe si ofereau perfomante scazute. Dispozitivele de putere erau limitate, sporind astfel provocarile tehnice. Pentru a intelege complet functionarea motorului sunt necesare cateva notiuni elementare.
Un controler de curent alternativ trebuie sa varieze tensiunea si frecventa statorului pentru a obtine viteza variabila.
La viteza nominala (de obicei 50 sau 60 Hz) motorul are nevoie de tensiune nominala. Pentru a obtine jumatate din viteza va fi nevoie de jumatatea frecventei si jumatatea tensiunii.
Tensiunea furnizata de distribuitorii de energie electrica este obtinuta cu ajutorul generatoarelor rotative. Este nevoie de un controler foarte sofisticat pentru a oferi toate functiile necesare asigurarii functionarii normale a motorului in timpul reglarii vitezei motorului.
Cand utilizam o unitate de control, curba cuplului de pornire nu mai este valabila. Rotorul se invarte cu viteza corespunzatoare frecventei aplicate (nu apar niciodata alunecari mari). Curentii de pornire dispar iar cuplul este proportional cu intensitatea curentului absorbit de motor. Fiecare frecventa are o noua curba a cuplului.
Cu un variator de viteza care utilizeaza tranzistori, cuplul este deasemenea limitat de curentul nominal al dispozitivului. O noua curba a vitezei este valabila asa cum se vede mai jos.
Linia ingrosata reprezinta puterea disponibila. La jumate din viteza, cu toate ca este furnizat cuplu constant, motorul dezvolta doar jumatate din putere.
Pentru perioade scurte de timp un motor poate livra un cuplu mai mare de 100%. Marimea cuplului si timpul depind de motor si in mod obisnuit sunt limitate de incalzire.
Controlerul motorului poate de asemenea limita marimea cuplului. Pentru a proteja componentele de putere, curentul este de obicei limitat la 150%, ceea ce inseamna limitarea cuplului la 150%.
Cuplul incepe sa scada liniar dupa atingerea frecventei nominale deoarece convertizorul nu poate continua cresterea tensiunii si astfel nu poate fi mentinut raportul corespunzator tensiune/frecventa (V/Hz). Aceasta se numeste functionare la putere constanta. La un moment dat, in functie de conceptia motorului, functionarea la putere constanta nu este posibila iar cuplul scade dramatic la viteze mari.
Diagrama bloc de mai jos arata cum majoritatea convertizoarelor transforma curentul alternativ in curent continuu. Un anumit tip de filtru netezeste curentul continuu, care este apoi livrat motorului in impulsuri simuland curentul alternativ.
Convertizoare de frecventa PWM – Pulse Width Modulation
Tehnologiile vechi care utilizau SCR sau dispozitive de putere cu tiristoare au impiedicat obtinerea unor performante optime pentru motoarele de curent alternativ. Prima introducere a convertizoarelor PWM utilizand noile tranzistoare de mare putere a oferit industriei promisiunea ca variatoarele de frecventa vor controla motoarele de curent alternativ cu aceeasi performante ca in cazul motoarelor de curent continuu.
Convertizoarele PWM au inlaturat complexitatea intrarii convertizoarelor cu tiristoare. Acestea folosesc diode pentru a transforma curentul alternativ in curent continuu. Condensatoarele au fost folosite pentru a filtra curentul continuu, iar tensiunea a fost apoi taiata in impulsuri la inalta frecventa, tensiune cu care era alimentat motorul.
Latimea pulsului este modificata pentru modifica tensiune catre motor. Pulsurile largi ofera tensiuni mari iar pulsurile inguste ofera tensiuni mici.
Tranzistoarele pentru tensiune mare si comutare rapida au fost lansate pe piata in 1980.
Problemele de comunicatie au disparut iar fiabilitatea a crescut considerabil. Motoarele mici de curent alternativ puteau lucra in game largi de viteza oferind un cuplu lin. Anumite caracteristici ale tranzistoarelor existente inca limitau performantele in special la motore de putere mare, mai mari de 75 de kW.
Dispozitivele cu tranzistoare erau dificil de conectat in paralel pentru a obtine curenti nominali mai mari si a fost necesar un nou dispozitiv de putere pentru a obtine puteri mai mari.
