Načela načrtovanja VFD DC Link sistema

V sistemu pogona s spremenljivo frekvenco (VFD) je vmesni tok kot osrednja komponenta, ki povezuje sprednjo-usmerniško enoto in zadnjo-invertersko enoto, zasnovan glede na medpomnilnik energije, stabilizacijo napetosti, dušenje harmonikov in zanesljivost sistema. Tvori fizično osnovo za doseganje natančnega nadzora hitrosti motorja in učinkovitega upravljanja z energijo. Ta sistem s sinergističnimi učinki popravljanja, filtriranja, shranjevanja energije in dinamičnega prilagajanja pretvarja omrežno izmenično moč v nadzorovano enosmerno moč, s čimer zagotavlja stabilno moč za pretvorniško stopnjo in se tako prilagaja spremembam obremenitve in zapletenim pogojem delovanja.

Zasnova enosmernega vmesnega toka se začne s pretvorbo in stabilizacijo oblike energije. -Sprednje usmerniško vezje običajno uporablja usmerjanje z nenadzorovano diodo ali usmerjanje z nadzorovanim tiristorjem/IGBT: prvo ima preprosto zgradbo in nizko ceno ter je primerno za scenarije s splošnimi zahtevami glede faktorja vhodne moči; slednji lahko aktivno prilagodi valovno obliko vhodnega toka s faznim nadzorom, izboljša faktor moči in zaduši harmonike, vendar poveča kompleksnost krmiljenja. Pulzirajoča izhodna enosmerna napetost iz usmernika vsebuje znatno valovanje, ki ga je treba filtrirati s kondenzatorjem enosmernega vodila ali induktorsko enoto za shranjevanje energije, da se omejijo nihanja napetosti v sprejemljivih mejah, s čimer se tvori relativno stabilna napetost enosmernega vodila, ki zagotavlja energijo za pretvorniški most.

Medpomnilnik energije je ena od osrednjih funkcij vmesnega toka. Ker se tok energije obrne, ko motor preklaplja med stanjem motorja in regenerativnim zaviranjem (npr. motor med zaviranjem dovaja energijo nazaj v vmesni tok enosmernega toka), mora imeti kondenzator vodila enosmernega toka zadostno kapaciteto in vzdržati napetost, da absorbira ali sprosti trenutne razlike v moči, s čimer prepreči močna nihanja napetosti vodila, ki bi lahko povzročila prenapetostno škodo na inverterskem modulu ali nezadosten izhodni navor. Njegova zasnova zmogljivosti mora celovito upoštevati vztrajnost bremena, frekvenco zaviranja, amplitudo nihanja napetosti v omrežju in dovoljen koeficient valovanja napetosti vodila, da se zagotovi stabilnost napetosti tudi v najzahtevnejših delovnih pogojih.

Zatiranje harmonikov in optimizacija kakovosti električne energije sta pomembni razširitvi zasnove enosmernega vmesnega toka. Nenadzorovana usmerniška vezja ustvarjajo veliko število-harmonikov nizkega reda (kot sta 5. in 7. harmonik), ki ne le onesnažujejo električno omrežje, ampak lahko povzročijo tudi izgube v liniji in okvare opreme. Z uvedbo vhodnih reaktorjev, reaktorjev za izravnavo enosmernega toka ali uporabo topologij usmernikov z več-impulzi (kot je 12-impulz ali 24-pulz) je mogoče učinkovito zatreti vbrizgavanje harmoničnega toka v omrežje. Za zahtevne scenarije tehnologija aktivnega sprednjega dela (AFE) prek popolnoma nadzorovanih napajalnih elektronskih naprav in naprednih nadzornih algoritmov doseže delovanje sinusnega vhodnega toka in enotnega faktorja moči, kar znatno izboljša kakovost napajanja sistema.

Dinamično prilagajanje in zaščitni mehanizmi so ključnega pomena za zagotavljanje zanesljivosti v načelih načrtovanja. Napetost enosmernega vodila je treba spremljati v realnem času. Ko napetost preseže prag (prenapetost ali prenizka napetost), mora nadzorni sistem sprožiti ustrezne zaščitne strategije: v primeru prenapetosti se lahko odvečna energija razprši v zavornem uporu prek zavornega sekalnika ali pretvori nazaj v izmenični tok prek povratne enote in vrne nazaj v omrežje; v primeru prenizke napetosti je treba omejiti izhodno moč ali pa sistem zaustaviti, da preprečite poškodbe inverterskega modula zaradi nezadostne energije. Poleg tega lahko parazitska induktivnost in kapacitivnost v vmesnem tokokrogu tvorita resonančna vezja; zato je treba pri načrtovanju uporabiti dušilne upore ali optimizirano ožičenje za zatiranje visoko{3}}frekvenčnih nihanj in izogibanje motnjam krmilnih signalov.

S topološkega vidika je mogoče povezave enosmernega toka razvrstiti v enosmerno vodilo in več{0}}ravni enosmernega vodila. Strukture enosmernega vodila so enostavne in nizke-cenovne, primerne za aplikacije z majhno do srednje močjo. Več{4}}ravni enosmernih vodil prek napetostnih-kondenzatorjev ali kaskadnih H-mostičnih struktur lahko zmanjša vzdržljivost naprave in izhodne harmonike, zaradi česar so primerne za visoko-napetostne in-pogonske scenarije. Upoštevati je treba tudi zasnovo odvajanja toplote, saj dvig temperature kondenzatorjev DC vodila in napajalnih naprav neposredno vpliva na življenjsko dobo in zmogljivost. Za nadzor delovne temperature so potrebni pravilna postavitev, učinkoviti toplotni odvodi ali sistemi za hlajenje s tekočino.

Na splošno je načelo načrtovanja sistemov VFD DC link osredotočeno na pretvorbo energije in stabilnost. S sinergijsko optimizacijo izbire topologije usmernika, konfiguracije enote za shranjevanje energije, tehnologije dušenja harmonikov in dinamičnih zaščitnih mehanizmov je zgrajen prilagodljiv energetski kanal, ki povezuje električno omrežje in motor. Kakovost njegove zasnove neposredno določa natančnost regulacije hitrosti, zanesljivost delovanja in učinkovitost izrabe energije VFD, zaradi česar je nepogrešljiv tehnološki temelj v sodobnem industrijskem prenosu in-nadzoru varčevanja z energijo.