مبدل فرکانس چگونه کار می کند؟

اولین مرحله درایو AC فرکانس متغیر مبدل فرکانس است. این مبدل از شش دیود تشکیل شده است، مشابه شیرهای چک مورد استفاده در سیستم های لوله کشی. آنها اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت جریان یابد: جهتی که با فلش در نماد دیود نشان داده شده است. به عنوان مثال، هر گاه ولتاژ فاز A (ولتاژ مشابه فشار در لوله کشی) مثبت تر از ولتاژ فاز B یا C باشد، دیود باز می شود و اجازه می دهد جریان جریان پیدا کند. وقتی فاز B مثبت تر از فاز A شود، دیود فاز B باز می شود و دیود فاز A بسته می شود. همین امر در مورد 3 دیود در سمت منفی اتوبوس نیز صدق می کند. بنابراین با روشن و خاموش شدن هر دیود شش پالس جریان دریافت می کنیم. این VFD شش پالس نامیده می شود و در مبدل های فرکانس فعلی استاندارد است.

ما می توانیم موج AC را در گذرگاه DC با اضافه کردن یک خازن حذف کنیم. خازن ها به روشی مشابه با مخازن یا انباشته ها در سیستم های لوله کشی عمل می کنند. این خازن موج AC را جذب می کند و یک ولتاژ DC صاف را فراهم می کند. موج AC در باس DC معمولا کمتر از 3 ولت است. بنابراین، ولتاژ در باس DC حدود 650VDC می شود. ولتاژ واقعی به سطح ولتاژ وارد شده به خط AC توسط درایو فرکانس متغیر، سطح عدم تعادل ولتاژ در سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت و هر راکتور یا فیلتر هارمونیک روی مبدل فرکانس بستگی دارد.

مبدل پل دیودی که AC را به DC تبدیل می کند، گاهی اوقات فقط مبدل نامیده می شود. مبدلی که DC را به AC تبدیل می کند نیز یک مبدل است، اما برای تشخیص آن از مبدل دیود اغلب به آن اینورتر می گویند. در صنعت رایج شده است که به هر مبدل DC-AC به عنوان یک اینورتر اشاره شود.

وقتی یکی از کلیدهای بالای اینورتر را می بندیم، فاز موتور به باس DC مثبت وصل می شود و ولتاژ آن فاز مثبت می شود. وقتی یکی از کلیدهای پایین مبدل را می بندیم، آن فاز به باس DC منفی متصل می شود و منفی می شود. بنابراین ما می‌توانیم هر فاز موتور را مثبت یا منفی کنیم و در نتیجه هر فرکانسی را که می‌خواهیم تولید کنیم. بنابراین، می توانیم هر مرحله ای را مثبت، منفی یا صفر کنیم.

خروجی VFD یک شکل موج مستطیلی است. VFD ها خروجی سینوسی تولید نمی کنند. این شکل موج مستطیلی انتخاب خوبی برای یک سیستم توزیع برق عمومی نیست، اما برای یک موتور الکتریکی کاملاً مناسب است.

اگر بخواهیم فرکانس موتور را به 30 هرتز کاهش دهیم، به سادگی ترانزیستورهای خروجی اینورتر را آهسته تر تغییر می دهیم. با این حال، اگر فرکانس را به 30 هرتز کاهش دهیم، برای حفظ نسبت V/Hz باید ولتاژ را نیز به 240 ولت کاهش دهیم.

به این مدولاسیون عرض پالس یا PWM می گویند. تصور کنید بتوانیم فشار لوله های آب را با روشن و خاموش کردن شیرها با سرعت بالا کنترل کنیم. در حالی که این برای سیستم های لوله کشی چندان کاربردی نیست، اما برای VFD ها به خوبی کار می کند. توجه داشته باشید که در نیم سیکل اول، ولتاژ نیمی از زمان روشن و نیمی از زمان خاموش است. بنابراین میانگین ولتاژ نصف 480 ولت یا 240 ولت است. با خروجی پالس می توانیم هر ولتاژ متوسطی را در خروجی VFD بدست آوریم.