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Seit dem Aufkommen der automatischen Induktionsmotoren existiert der Wechselrichterbetrieb in Form von Generatoren.Vor dem Aufkommen der HochgeschwindigkeitstransistorenDies war eine der wichtigsten Möglichkeiten, die Drehzahl eines Motors zu ändern, aber da die Generatordrehzahl die Ausgangsfrequenz anstelle der Spannung reduzierte, war die Frequenzänderung begrenzt.

Werfen wir einen Blick auf die Komponenten des Wechselrichters und sehen wir, wie sie tatsächlich zusammenarbeiten, um die Frequenz und die Drehzahl des Motors zu ändern.

01 Inverterkomponente - Richter

Da es schwierig ist, die Frequenz der AC-Sinuswelle im AC-Modus zu ändern, besteht die erste Aufgabe des Wechselrichters darin, die Wellenform in Gleichstrom umzuwandeln.Die erste Komponente aller Frequenzumrichter ist ein Gerät, das als Richter oder Umrichter bezeichnet wird, wie nachstehend dargestellt:

Ein Geradlinerschaltkreis wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um und funktioniert ähnlich wie ein Batterieladegerät oder ein Bogenschweißer.Es verwendet eine Diodenbrücke, um die AC-Sinuswelle nur in eine Richtung zu bewegenDas Ergebnis ist, dass die vollständig rektifizierte Wechselstromwellenform von der Gleichstromschaltung als lokale Gleichstromwellenform interpretiert wird.Ein Dreiphasenumrichter nimmt drei separate Wechselstrom-Eingangsphasen und wandelt sie in einen einzigen Gleichstrom-Ausgang um.

Die meisten dreiphasigen Wechselrichter können auch eine einphasige (230V oder 460V) Stromversorgung akzeptieren, da jedoch nur zwei Eingangszweige vorhanden sind, können die drei Phasen umgekehrt mit einerdie Wechselrichterleistung (HP) muss abgeschwächt werden, da der erzeugte Gleichstrom proportional reduziert wirdAuf der anderen Seite verwendet ein echter Einphasenumrichter (der Einphasenumrichter, der einen Einphasenmotor steuert) einen Einphasen-Eingang und erzeugt eine Gleichstromleistung, die proportional zum Eingang ist.

Bei variabler Geschwindigkeit werden Dreiphasenmotoren aus zwei Gründen häufiger verwendet als Einphasenzählerkomponenten. Erstens haben sie einen größeren Leistungsbereich.auf der anderen Seite, erfordern in der Regel einen äußeren Eingriff, um mit dem Drehen zu beginnen.

02 Komponenten für Wechselrichter - Gleichstrombus

Die zweite Komponente des Gleichspannungsbusses (gezeigt durch den Gleichspannungsbuss in der Abbildung) ist in allen Konvertern nicht sichtbar, da sie den Frequenzumrechnungsvorgang nicht direkt beeinflusst.Es ist immer in hochwertigen allgemein genutzten Laufwerken vorhandenDer Gleichspannungsbus verwendet Kondensatoren und Induktoren, um die Wechselstromspannung in der umgewandelten Gleichspannung und dann in den Wechselrichterbereich zu filtern.Es enthält auch einen Filter, der harmonische Verzerrungen blockiert und kann zurück an die Wechselrichter-StromversorgungFür den Abschluss dieses Prozesses sind ältere Wechselrichter und separate Leitungsfilter erforderlich.

03 Komponenten für Inverter - Inverter

Rechts auf der Abbildung befinden sich die "Eingeweide" des Wechselrichters (im Wechselrichter gezeigt).Der Wechselrichter verwendet drei Sätze von Hochgeschwindigkeits-Schalttransistoren (im IGBT gezeigt), um einen Gleichspannungspuls zu erzeugen, der alle drei Phasen der AC-Sinuswelle simuliertDiese Impulse bestimmen nicht nur die Spannung der Welle, sondern auch ihre Frequenz.Moderne Wechselrichter verwenden eine Technik namens "Impulsbreitenmodulation" (PWM), um Spannung und Frequenz zu regulieren.

Dann sprechen wir über die IGBT, die für "isolierter Bipolartransistor" steht, der die Schaltkomponente (oder Puls) des Wechselrichters ist.Transistoren (anstelle von Vakuumröhren) erfüllen in unserer elektronischen Welt zwei FunktionenEs kann als Verstärker fungieren, wie ein Verstärker und das Signal erhöhen, oder es kann als Schalter fungieren, indem es einfach das Signal ein- und ausschaltet.Die IGBT ist eine moderne Version, die höhere Schaltgeschwindigkeiten (3000-16000 Hz) und eine geringere Wärmeerzeugung bietetEine höhere Schaltgeschwindigkeit kann die Genauigkeit der Simulation von Wechselstromwellen verbessern und das Motorlärm reduzieren.also hat der Frequenzwandler einen kleineren Fußabdruck.

04 PWM-Wellenform des Inverters

Die folgende Abbildung zeigt die Wellenform, die von einem Wechselrichter mit einem PWM-Wandler erzeugt wird, verglichen mit einer echten AC-Sinuswelle.Der Wechselrichter besteht aus einer Reihe von rechteckigen Impulsen mit einer festen Höhe und einer verstellbaren BreiteIn diesem speziellen Fall gibt es drei Pulssätze - eine breite in der Mitte und eine schmale am Anfang und Ende der positiven und negativen Teile des Wechselstromzyklus.

Die Summe der Pulsflächen entspricht der Wirkungsspannung der realen Wechselstromwelle.Wenn man die Impulse über (oder unter) der realen AC-Wellenform herausschneiden und füllen Sie den leeren Raum unter der Kurve mit ihnenDer Wechselrichter kann die Spannung des Motors so steuern.

Die Summe der Pulsbreiten und der leeren Breiten zwischen ihnen bestimmt die Frequenz der Wellenform, die vom Motor gesehen wird (daher PWM oder Pulsbreitenmodulation).Es gibt keine Lücken), wird die Frequenz immer noch korrekt sein, aber die Spannung wird viel größer sein als eine wahre AC-Sinuswelle.Der Frequenzwandler ändert die Höhe und Breite des Impulses und die Breite des leeren Raums zwischen ihnen.

Manche Leute fragen sich vielleicht, wie dieser "falsche" Wechselstrom (tatsächlich Gleichstrom) einen Wechselstrom-Induktionsmotor antreibt.Benötigen Sie einen Wechselstrom, um den Strom im Rotor eines Motors und sein entsprechendes Magnetfeld zu "empfinden"?? Dann wird AC natürlich Induktion verursachen, weil es ständig die Richtung ändert, auf der anderen Seite, wird DC nicht normal handeln, sobald die Schaltung aktiviert wird.

Für ältere Fahrzeuge hatten Zündsysteme (vor der Solidstate-Zündung) früher eine Reihe von Punkten im Verteiler.Zweck dieser Punkte ist es, von der Batterie zur Spule (Transformator) zu "impulsieren"Dies erzeugt eine elektrische Ladung in der Spule, die dann die Spannung auf ein Niveau erhöht, das es dem Zündkerz erlaubt, zu feuern.Die breiten Gleichspannungspulse, die in der obigen Abbildung zu sehen sind, bestehen eigentlich aus Hunderten einzelner Impulse., und diese Ein- und Ausschaltbewegung der Wechselrichterleistung ermöglicht dies durch Gleichstrominduktion.

05 Wirkungsspannung

Ein Faktor, der Wechselstrom kompliziert macht, ist, dass er die Spannung ständig ändert, von null zu einer maximalen positiven Spannung, dann zurück zu null, dann zu einer maximalen negativen Spannung,und dann wieder auf Null.. Wie kann die tatsächliche Spannung, die auf die Schaltung angewendet wird, bestimmt werden? Die folgende Abbildung zeigt eine 60Hz, 120V Sinuswelle. Beachten Sie jedoch, dass ihre Spitzenspannung 170V beträgt.Wie können wir es eine 120V Welle nennen?

In einem Zyklus beginnt es bei 0V, steigt auf 170V und fällt dann wieder auf 0.Die Fläche des ursprünglichen grünen Rechtecks mit der oberen Grenze bei 120V ist gleich der Summe der Flächen der positiven und negativen Teile der Kurve120 V ist also der Durchschnitt?

Nun, wenn man den Durchschnitt aller Spannungswerte an jedem Punkt des Zyklus machen würde, wäre das Ergebnis ungefähr 108V, also kann es nicht die Antwort sein.Es hat mit dem zu tun, was wir "effektive Spannung" nennen."

Würde man die Wärme messen, die durch den durch den Widerstand fließenden Gleichstrom erzeugt wird, so würde man feststellen, daß sie größer ist als die Wärme, die durch den entsprechenden Wechselstrom erzeugt wird.Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Wechselstrom während des gesamten Zyklus keinen konstanten Wert beibehält.Wenn im Labor unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt wird, wird festgestellt, daß ein bestimmter Gleichstrom einen 100-Grad-Wärmeanstieg erzeugt, dessen Wechselstrom-Äquivalent einen 70-Grad-Wärmeanstieg erzeugt.7 Grad oder 70Also der effektive Wert von AC ist 70,7% von DC.Es kann auch gesehen werden, dass der effektive Wert der Wechselspannung gleich der Quadratwurzel der Summe der Quadratspannungen der ersten Hälfte der Kurve ist.

Wenn die Spitzenspannung 1 beträgt und die einzelnen Spannungen von 0° bis 180° gemessen werden sollen, beträgt die effektive Spannung die Spitzenspannung von 0-707,0.707 mal die Spitzenspannung von 170 in der Abbildung ist gleich 120VDiese Effektivspannung wird auch als Quadratwurzel-Mittelspannung oder RMS-Spannung bezeichnet. Daher beträgt die Spitzenspannung immer 1,414 der Effektivspannung.Der 230V Wechselstrom hat eine Spitzenspannung von 325V, während der 460 eine Spitzenspannung von 650V hat.

Neben Frequenzänderungen muss der Wechselrichter auch die Spannung ändern, selbst wenn die Spannung unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit des Wechselstrommotors ist.

Das Diagramm zeigt zwei 460V AC Sinuswellen. Rot ist eine 60hz Kurve, blau ist 50hz. Beide haben eine Spitzenspannung von 650V, jedoch ist 50hz viel breiter.Sie können leicht sehen, dass die Fläche innerhalb der ersten Hälfte der 50Hz-Kurve (0-10ms) größer ist als die erste Hälfte der 60hz-Kurve (0-8Da die Fläche unter der Kurve proportional zur Wirkungsspannung ist, ist die Wirkungsspannung höher.Der Anstieg der Wirkungsspannung wird dramatischer.

Wenn 460-Volt-Motoren bei diesen höheren Spannungen betrieben werden dürfen, kann ihre Lebensdauer erheblich verkürzt werden.Der Wechselrichter muss die "Peak"-Spannung in Bezug auf die Frequenz ständig ändern, um eine konstante Wirkungsspannung zu erhalten.Je niedriger die Betriebsfrequenz, desto niedriger die Spitzenspannung und umgekehrt.

Sie sollten nun ein gutes Verständnis dafür haben, wie der Wechselrichter funktioniert und wie die Drehzahl des Motors gesteuert wird.Die meisten Antriebe ermöglichen es dem Benutzer, die Drehzahl des Motors manuell mit einem Multiposition-Schalter oder einer Tastatur einzustellen, oder den Prozess mit Sensoren (Druck, Durchfluss, Temperatur, Niveau usw.) automatisieren.