Principy návrhu systému VFD DC Link

V systému pohonu s proměnnou frekvencí (VFD) je stejnosměrný meziobvod jako hlavní součást spojující přední -jednotku usměrňovače a zadní- invertorovou jednotku navržený s ohledem na ukládání energie, stabilizaci napětí, potlačení harmonických složek a spolehlivost systému. Tvoří fyzický základ pro dosažení přesného řízení otáček motoru a účinného řízení energie. Tento systém prostřednictvím synergických efektů usměrňování, filtrování, ukládání energie a dynamického nastavení přeměňuje střídavý proud sítě na ovladatelný stejnosměrný výkon, který poskytuje stabilní výkonovou podporu pro invertorový stupeň, čímž se přizpůsobuje změnám zatížení a složitým provozním podmínkám.

Návrh stejnosměrného meziobvodu začíná přeměnou a stabilizací formy energie. Obvod předního usměrňovače obvykle využívá buď neřízenou diodovou rektifikaci, nebo řízenou tyristorovou/IGBT rektifikaci: první z nich má jednoduchou strukturu a nízkou cenu a je vhodný pro scénáře s obecnými požadavky na vstupní účiník; ten může aktivně upravovat tvar vlny vstupního proudu pomocí fázového řízení, čímž zlepšuje účiník a potlačuje harmonické, ale zvyšuje složitost řízení. Pulzující stejnosměrné napětí na výstupu z usměrňovače obsahuje značné zvlnění, které je třeba filtrovat kondenzátorem stejnosměrné sběrnice nebo jednotkou pro uchovávání energie induktoru, aby se omezily kolísání napětí v přijatelných mezích a vytvořilo se relativně stabilní napětí stejnosměrné sběrnice, které poskytuje energii pro můstek měniče.

Ukládání energie je jednou ze základních funkcí stejnosměrného meziobvodu. Protože se tok energie obrátí, když motor přepne mezi stavy motorizace a rekuperačního brzdění (např. motor při brzdění dodává energii zpět do stejnosměrného meziobvodu), kondenzátor stejnosměrné sběrnice musí mít dostatečnou kapacitu a odolat napětí, aby absorboval nebo uvolnil okamžité výkonové rozdíly, čímž se zabrání velkým výkyvům napětí sběrnice, které by mohly způsobit poškození modulu měniče přepětím nebo nedostatečný výstupní moment. Jeho kapacitní návrh musí komplexně zohledňovat setrvačnost zátěže, frekvenci brzdění, amplitudu kolísání síťového napětí a přípustný koeficient zvlnění napětí sběrnice, aby byla zajištěna stabilita napětí i za nejnáročnějších provozních podmínek.

Potlačení harmonických a optimalizace kvality napájení jsou důležitými rozšířeními návrhu stejnosměrného meziobvodu. Neřízené obvody usměrňovače generují velké množství nižších- harmonických (jako je 5. a 7. harmonická), které nejen znečišťují elektrickou síť, ale mohou také způsobit ztráty na vedení a poruchy zařízení. Zavedením vstupních tlumivek, stejnosměrných vyhlazovacích tlumivek nebo využitím topologií více-pulzních usměrňovačů (jako je 12-pulzní nebo 24pulzní) lze účinně potlačit vstřikování harmonického proudu do sítě. Pro náročné scénáře, aktivní front-end (AFE) usměrňovací technologie, prostřednictvím plně řízených výkonových elektronických zařízení a pokročilých řídicích algoritmů, dosahuje sinusového vstupního proudu a jednotného účiníku, což výrazně zlepšuje kvalitu napájení systému.

Dynamické seřizovací a ochranné mechanismy jsou klíčové pro zajištění spolehlivosti konstrukčních principů. Napětí stejnosměrné sběrnice je třeba sledovat v reálném čase. Když napětí překročí prahovou hodnotu (přepětí nebo podpětí), řídicí systém by měl spustit odpovídající ochranné strategie: v případě přepětí může být přebytečná energie rozptýlena v brzdném rezistoru prostřednictvím brzdného chopperu nebo přeměněna zpět na střídavý proud přes zpětnovazební jednotku a přiváděna zpět do sítě; v případě podpětí je nutné omezit výstupní výkon nebo vypnout systém, aby nedošlo k poškození invertorového modulu v důsledku nedostatečné energie. Kromě toho parazitní indukčnost a kapacita ve stejnosměrném meziobvodu mohou tvořit rezonanční obvody; proto je nutné při návrhu použít tlumicí odpory nebo optimalizované zapojení, aby se potlačily vysokofrekvenční oscilace a nedocházelo k rušení řídicích signálů.

Z topologického hlediska lze stejnosměrné spoje rozdělit do kategorií s jednou stejnosměrnou sběrnicí a více{0}}úrovňovou stejnosměrnou sběrnicí. Struktury jedné stejnosměrné sběrnice jsou jednoduché a levné-, vhodné pro aplikace s malým až středním výkonem. Více{4}}úrovňové stejnosměrné sběrnice prostřednictvím napěťových-rozdělovacích kondenzátorů nebo kaskádových H-můstkových struktur mohou snížit odolnost zařízení vůči namáhání a výstupním harmonickým, díky čemuž jsou vhodné pro scénáře vysokonapěťových a vysokonapěťových-pohonů. Rovněž je třeba vzít v úvahu návrh odvodu tepla, protože nárůst teploty stejnosměrných sběrnicových kondenzátorů a napájecích zařízení přímo ovlivňuje životnost a výkon. Správné uspořádání, účinné chladiče nebo kapalinové chladicí systémy jsou nezbytné pro řízení provozní teploty.

Celkově je princip návrhu systémů VFD DC spojů zaměřen na přeměnu energie a stabilitu. Prostřednictvím synergické optimalizace výběru topologie usměrňovače, konfigurace jednotky pro ukládání energie, technologie potlačení harmonických složek a dynamických ochranných mechanismů je zkonstruován flexibilní energetický kanál spojující elektrickou síť a motor. Jeho kvalita designu přímo určuje přesnost regulace rychlosti, provozní spolehlivost a účinnost využití energie VFD, což z něj činí nepostradatelný technologický základní kámen moderního průmyslového přenosu a řízení úspory energie-.