다양한 상황에서 소스 전류의 주파수를 조정 가능한 주파수의 전압으로 변환해야 할 수도 있습니다. 이것은 예를 들어 비동기 모터를 작동하여 회전 속도를 변경할 때 필요합니다. 이 기사에서는 주파수 변환기의 목적과 원리에 대해 설명합니다.
주파수 변환기 란 무엇입니까?
주파수 변환기(FC) - 주파수가 1~800Hz인 유사한 유형의 전류에서 주파수가 50Hz인 단상 또는 삼상 교류를 변환하고 원활하게 조절하는 전기 장치입니다. 이러한 장치는 예를 들어 속도를 변경하기 위해 다양한 비동기식 전기 기계의 작동을 제어하는 데 널리 사용됩니다. 산업용 고전압 네트워크에 사용되는 장치도 있습니다.
간단한 변환기는 V/f 특성에 따라 주파수와 전압을 조절하고 복잡한 장치는 벡터 제어를 사용합니다.
주파수 변환기는 기술적으로 복잡한 장치이며 주파수 변환기로 구성될 뿐만 아니라 과전류, 과전압 및 단락 보호 기능도 갖추고 있습니다.이러한 장비에는 신호 모양을 개선하기 위한 초크와 다양한 전자기 간섭을 줄이기 위한 필터가 있을 수도 있습니다. 전자 변환기와 전기 기계 장치는 구별됩니다.
주파수 변환기의 작동 원리
전자 변환기는 정류기, 필터, 마이크로 프로세서 및 인버터와 같은 몇 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.
정류기 변환기에 대한 입력에서 초기 전류를 정류하는 다이오드 또는 사이리스터 묶음이 있습니다. 다이오드 인버터는 리플이 전혀 없는 것이 특징이며 저렴하지만 안정적인 장치입니다. 사이리스터 기반 인버터는 전류가 양방향으로 흐르도록 하고 모터가 제동될 때 전기 에너지가 계통으로 반환되도록 합니다.
필터 전압 리플을 줄이거나 제거하기 위해 사이리스터 장치에 사용됩니다. 평활화는 용량성 또는 유도 용량성 필터로 수행됩니다.
마이크로프로세서 - 인버터의 제어 및 평가 장치입니다. 센서로부터 신호를 수신하고 처리하여 인버터의 출력 신호가 통합 PID 컨트롤러에 의해 제어되도록 합니다. 이 구성요소는 또한 이벤트 데이터를 기록 및 저장하고 과부하, 단락으로부터 장치를 등록 및 보호하고 작동 모드를 분석하고 비상 작동 시 장치를 종료합니다.
인버터 전압 및 전류는 전기 기계를 제어하는 데 사용됩니다. 즉, 전류 주파수를 원활하게 조절합니다. 이러한 장치는 "순수 사인"을 출력하므로 많은 산업 분야에서 사용할 수 있습니다.
전자 주파수 변환기(인버터)의 작동 원리는 다음과 같습니다.
- 입력 정현파 AC 단상 또는 삼상 전류는 다이오드 브리지 또는 사이리스터에 의해 정류됩니다.
- 전압 리플을 줄이거나 제거하기 위해 신호를 필터링하는 데 특수 필터(커패시터)가 사용됩니다.
- 전압은 미세 회로와 트랜지스터 브리지를 통해 특정 매개변수를 사용하여 3상 파동으로 변환됩니다.
- 인버터의 출력에서 직사각형 펄스는 지정된 매개변수를 사용하여 정현파 전압으로 변환됩니다.
주파수 변환기의 종류
현재 생산 및 사용에 가장 일반적으로 사용되는 몇 가지 유형의 주파수 변환기가 있습니다.
전기 기계(전기 유도) 변환기: 전자 주파수 변환기를 사용하는 것이 불가능하거나 비실용적일 때 사용됩니다. 구조적으로 이러한 장치는 발전기 변환기 모드에서 작동하는 위상 권선 회전자가 있는 비동기식 모터입니다.
이러한 장치는 스칼라 제어가 가능한 변환기입니다. 이 장치의 출력에서 고정자 권선의 특정 자속을 유지하기 위해 주어진 진폭과 주파수의 전압이 생성됩니다. 부하(펌프, 팬 및 기타 장비)에 따라 로터 속도를 유지할 필요가 없을 때 사용됩니다.
전자 변환기: 다양한 장비의 모든 작동 조건에서 널리 사용됩니다. 이러한 장치는 벡터 장치이며 고정자와 회전자 자기장의 상호 작용을 자동으로 계산하고 부하에 관계없이 일정한 회전자 속도 값을 제공합니다.
- 사이클로인버터;
- 사이클로인버터;
- DC 중간 링크가 있는 DC 주파수 인버터:
- 전류원 주파수 변환기;
- 전압 소스의 주파수 변환기(진폭 또는 펄스 폭 변조 포함).
적용 측면에서 장비는 다음과 같습니다.
- 최대 315kW 장비의 경우;
- 최대 500kW의 전력용 벡터 변환기;
- 폭발 및 먼지가 많은 조건에서 사용하기 위한 방폭 장치;
- 전기 모터에 장착된 주파수 변환기;
각 유형의 주파수 변환기에는 특정 장단점이 있으며 다양한 장비와 부하, 작업 조건에 적용할 수 있습니다.
주파수 변환기는 수동으로 또는 외부에서 제어할 수 있습니다.수동 제어는 속도를 조정하거나 작동을 중지할 수 있는 주파수 변환기의 제어판에서 수행됩니다. 외부 제어는 장치의 모든 매개변수를 제어하고 회로 또는 작동 모드(주파수 변환기 또는 바이패스를 통해)를 전환할 수 있는 자동 제어 시스템(ACS)을 통해 수행됩니다. 또한 외부 제어를 통해 작동 조건, 부하, 시간에 따라 컨버터 작동을 프로그래밍할 수 있어 자동 모드에서 작동할 수 있습니다.
전기 모터에 주파수 변환기가 필요한 이유
주파수 변환기를 적용하면 에너지 비용, 모터 및 장비의 감가상각비를 줄일 수 있습니다. 농형 로터가 있는 저렴한 모터에 사용할 수 있어 생산 비용이 절감됩니다.
많은 전기 모터는 자주 변경되는 작동 모드(빈번한 시작 및 중지, 다양한 부하) 조건에서 작동합니다. 주파수 변환기는 전기 모터의 원활한 시동을 허용하고 장비의 최대 시동 토크와 가열을 줄입니다. 이것은 예를 들어 호이스팅 기계에서 중요하며 갑작스러운 출발의 부정적인 영향을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 정지할 때 부하의 흔들림과 저크를 제거하는 데 도움이 됩니다.
FC의 도움으로 송풍기, 펌프의 작업을 원활하게 조절할 수 있으며 기술 프로세스(보일러, 광산, 석유 생산 및 정제소, 급수소 및 기타 공장에서 사용)를 자동화할 수 있습니다.
컨베이어, 컨베이어, 엘리베이터에 주파수 변환기를 사용하면 장비의 시동 및 정지 시 저크, 충격 및 기타 부정적인 요소가 줄어들기 때문에 장치의 서비스 수명을 늘릴 수 있습니다. 그들은 모터 회전의 주파수를 부드럽게 증가 및 감소시킬 수 있으며 많은 고정밀 산업 장비에 중요한 역방향 운동을 수행합니다.
주파수 변환기의 장점:
- 에너지 비용 절감: 돌입 전류를 줄이고 부하에 따라 모터 전력을 조정합니다.
- 장비 신뢰성 및 내구성 향상: 서비스 수명을 연장하고 유지 보수 기간을 연장할 수 있습니다.
- 원격 컴퓨터 장치에서 장비의 외부 제어 및 관리를 도입하고 자동화 시스템에 내장할 수 있습니다.
- 주파수 변환기는 모든 부하 전력(1킬로와트에서 수십 메가와트)으로 작동할 수 있습니다.
- 주파수 변환기에 특수 부품이 있으면 과부하, 결상 및 단락으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 비상 시 장비의 안전한 작동 및 종료를 보장할 수 있습니다.
물론 이러한 장점 목록을 보면 왜 기업의 모든 모터에 사용되지 않는지 궁금할 수 있습니다. 대답은 분명하지만 주파수 변환기, 설치 및 시운전의 높은 비용입니다. 모든 기업이 이러한 비용을 감당할 수 있는 것은 아닙니다.
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