Princípy návrhu systému VFD DC Link

V systéme pohonu s premenlivou frekvenciou (VFD) je jednosmerný medziobvod ako hlavný komponent spájajúci prednú -jednotku usmerňovača a zadnú -invertorovú jednotku navrhnutý tak, aby zahŕňal vyrovnávanie energie, stabilizáciu napätia, potláčanie harmonických a spoľahlivosť systému. Tvorí fyzický základ pre dosiahnutie presného riadenia otáčok motora a efektívneho riadenia energie. Tento systém prostredníctvom synergických efektov usmerňovania, filtrovania, uchovávania energie a dynamického nastavenia premieňa striedavý prúd siete na regulovateľný jednosmerný prúd, čím poskytuje stabilnú podporu pre invertorový stupeň, čím sa prispôsobuje zmenám zaťaženia a zložitým prevádzkovým podmienkam.

Návrh jednosmerného medziobvodu začína premenou a stabilizáciou formy energie. Obvod predného usmerňovača zvyčajne využíva buď neriadenú usmerňovaciu diódu alebo riadenú tyristorovú/IGBT rektifikáciu: prvá z nich má jednoduchú štruktúru a nízku cenu a je vhodná pre scenáre so všeobecnými požiadavkami na vstupný účinník; ten môže aktívne upravovať priebeh vstupného prúdu prostredníctvom fázového riadenia, čím sa zlepšuje účinník a potláča harmonické, ale zvyšuje sa zložitosť riadenia. Pulzujúci výstup jednosmerného napätia z usmerňovača obsahuje výrazné zvlnenie, ktoré je potrebné filtrovať kondenzátorom jednosmernej zbernice alebo jednotkou na ukladanie energie induktora, aby sa obmedzili kolísania napätia v rámci prijateľných limitov, čím sa vytvorí relatívne stabilné napätie jednosmernej zbernice na zabezpečenie energie pre invertorový mostík.

Ukladanie energie je jednou zo základných funkcií medziobvodu. Pretože tok energie sa obráti, keď motor prepne medzi stavom motorizácie a rekuperačného brzdenia (napr. motor pri brzdení dodáva energiu späť do medziobvodu), kondenzátor DC zbernice musí mať dostatočnú kapacitu a odolávať napätiu, aby absorboval alebo uvoľnil okamžité rozdiely vo výkone, čím sa zabráni vážnym výkyvom napätia zbernice, ktoré by mohli spôsobiť poškodenie modulu meniča prepätím alebo nedostatočný výstupný krútiaci moment. Jeho kapacitný návrh musí komplexne zohľadňovať zotrvačnosť záťaže, brzdnú frekvenciu, amplitúdu kolísania sieťového napätia a prípustný koeficient zvlnenia napätia zbernice, aby bola zabezpečená stabilita napätia aj v tých najnáročnejších prevádzkových podmienkach.

Harmonické potlačenie a optimalizácia kvality napájania sú dôležitými rozšíreniami návrhu jednosmerného spoja. Nekontrolované usmerňovacie obvody generujú veľké množstvo nízkych- harmonických (ako je 5. a 7. harmonická), ktoré nielen znečisťujú elektrickú sieť, ale môžu tiež spôsobiť straty vo vedení a poruchy zariadení. Zavedením vstupných tlmiviek, jednosmerných vyhladzovacích tlmiviek alebo využitím topológií multi-pulzných usmerňovačov (napríklad 12-impulzných alebo 24-pulzných) je možné efektívne potlačiť vstrekovanie harmonického prúdu do siete. Pre náročné scenáre, aktívna front-end (AFE) rektifikačná technológia, prostredníctvom plne riadených výkonových elektronických zariadení a pokročilých riadiacich algoritmov, dosahuje sínusový vstupný prúd a jednotný účinník, čo výrazne zlepšuje kvalitu napájania systému.

Dynamické nastavovacie a ochranné mechanizmy sú rozhodujúce pre zabezpečenie spoľahlivosti konštrukčných princípov. Napätie DC zbernice je potrebné monitorovať v reálnom čase. Keď napätie prekročí prahovú hodnotu (prepätie alebo podpätie), riadiaci systém by mal spustiť zodpovedajúce ochranné stratégie: v prípade prepätia môže byť prebytočná energia rozptýlená v brzdovom odpore cez brzdný chopper alebo premenená späť na striedavý prúd cez spätnoväzbovú jednotku a privedená späť do siete; v prípade podpätia je potrebné obmedziť výstupný výkon alebo vypnúť systém, aby sa predišlo poškodeniu invertorového modulu v dôsledku nedostatku energie. Okrem toho parazitná indukčnosť a kapacita v jednosmernom medziobvode môžu vytvárať rezonančné obvody; preto sa pri návrhu musia použiť tlmiace odpory alebo optimalizované zapojenie, aby sa potlačili vysoko-frekvenčné oscilácie a zabránilo sa interferencii s riadiacimi signálmi.

Z topologického hľadiska možno prepojenia jednosmerného prúdu kategorizovať na typy s jednou zbernicou jednosmerného prúdu a viac{0}}úrovňovou zbernicou jednosmerného prúdu. Štruktúry jednosmernej zbernice sú jednoduché a nízke-náklady a sú vhodné pre aplikácie s malým až stredným výkonom. Viac{4}}úrovňové jednosmerné zbernice prostredníctvom napäťových{5}}deliacich kondenzátorov alebo kaskádových H-mostíkových štruktúr môžu znížiť odolnosť zariadenia voči namáhaniu a výstupným harmonickým, vďaka čomu sú vhodné pre scenáre vysoko-napäťových a vysokonapäťových{8}}pohonov. Musí sa zvážiť aj návrh odvodu tepla, pretože nárast teploty kondenzátorov zbernice DC a výkonových zariadení priamo ovplyvňuje životnosť a výkon. Správne usporiadanie, účinné chladiče alebo systémy chladenia kvapalinou sú potrebné na riadenie prevádzkovej teploty.

Princíp návrhu systémov jednosmerného prepojenia VFD je celkovo zameraný na premenu energie a stabilitu. Prostredníctvom synergickej optimalizácie výberu topológie usmerňovača, konfigurácie jednotky na ukladanie energie, technológie potláčania harmonických zložiek a mechanizmov dynamickej ochrany je skonštruovaný flexibilný energetický kanál spájajúci rozvodnú sieť a motor. Jeho kvalita dizajnu priamo určuje presnosť regulácie rýchlosti, prevádzkovú spoľahlivosť a účinnosť využitia energie VFD, vďaka čomu je nevyhnutným technologickým základným kameňom moderného priemyselného prenosu a riadenia úspory energie-.