ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરના પ્રકાર

ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર તરીકે ઓળખાતા ઉપકરણોનો ઉપયોગ 50/60 હર્ટ્ઝની ઔદ્યોગિક આવર્તન સાથેના મુખ્ય એસી વોલ્ટેજને અલગ આવર્તનના એસી વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે થાય છે. ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરની આઉટપુટ આવર્તન વ્યાપકપણે બદલાઈ શકે છે, સામાન્ય રીતે 0.5 થી 400 Hz સુધી. જેમાંથી સ્ટેટર અને રોટર કોરો બનાવવામાં આવે છે તે સામગ્રીની પ્રકૃતિને કારણે આધુનિક મોટર્સ માટે ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ અસ્વીકાર્ય છે.

કોઈપણ પ્રકારની આવર્તન કન્વર્ટર બે મુખ્ય ભાગો સમાવે છે: નિયંત્રણ અને વીજ પુરવઠો. કંટ્રોલ પાર્ટ એ ડિજિટલ માઇક્રોસર્કિટનું સર્કિટ છે જે પાવર યુનિટના સ્વિચનું નિયંત્રણ પૂરું પાડે છે, અને ડ્રાઇવન ડ્રાઇવ અને કન્વર્ટરને નિયંત્રિત, નિદાન અને સુરક્ષિત કરવા માટે પણ સેવા આપે છે.

પાવર સપ્લાય વિભાગમાં સીધા જ સ્વીચોનો સમાવેશ થાય છે - શક્તિશાળી ટ્રાન્ઝિસ્ટર અથવા થાઇરિસ્ટોર્સ. આ કિસ્સામાં, ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર બે પ્રકારના હોય છે: ડાયરેક્ટ કરંટના હાઇલાઇટ કરેલ વિભાગ સાથે અથવા ડાયરેક્ટ કમ્યુનિકેશન સાથે. ડાયરેક્ટ-કપ્લ્ડ કન્વર્ટર્સની કાર્યક્ષમતા 98% સુધી હોય છે અને તે નોંધપાત્ર વોલ્ટેજ અને કરંટ સાથે કામ કરી શકે છે.સામાન્ય રીતે, ઉલ્લેખિત બે પ્રકારના ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરમાંના દરેકમાં વ્યક્તિગત ફાયદા અને ગેરફાયદા છે, અને વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે એક અથવા બીજાને લાગુ કરવું તર્કસંગત હોઈ શકે છે.

સીધો સંચાર

ડાયરેક્ટ ગેલ્વેનિક કનેક્શનવાળા ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર બજારમાં પ્રથમ વખત દેખાયા હતા, તેમનો પાવર વિભાગ નિયંત્રિત થાઇરિસ્ટર રેક્ટિફાયર છે, જેમાં લૉકિંગ થાઇરિસ્ટર્સના ચોક્કસ જૂથો બદલામાં ખોલવામાં આવે છે, અને સ્ટેટર વિન્ડિંગ્સ બદલામાં નેટવર્ક સાથે જોડાયેલા હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે આખરે સ્ટેટરને પૂરા પાડવામાં આવેલ વોલ્ટેજ મુખ્ય સાઈન વેવના ટુકડા તરીકે આકાર આપવામાં આવે છે જે વિન્ડિંગ્સને શ્રેણીમાં આપવામાં આવે છે.

આઉટપુટ પર સિનુસોઇડલ વોલ્ટેજ સૉટૂથ વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત થાય છે. આવર્તન મુખ્ય કરતા ઓછી છે - 0.5 થી લગભગ 40 હર્ટ્ઝ. દેખીતી રીતે, આ પ્રકારના કન્વર્ટરની શ્રેણી મર્યાદિત છે. નોન-લૉકિંગ થાઇરિસ્ટર્સને વધુ જટિલ નિયંત્રણ યોજનાઓની જરૂર છે, જે આ ઉપકરણોની કિંમતમાં વધારો કરે છે.

આઉટપુટ સાઈન વેવના ભાગો ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ ઉત્પન્ન કરે છે, અને આ વધારાના નુકસાન છે અને શાફ્ટ ટોર્કમાં ઘટાડો સાથે મોટરની ઓવરહિટીંગ છે, વધુમાં, નબળા વિક્ષેપ નેટવર્કમાં પ્રવેશતા નથી. જો વળતર આપતા ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો ફરીથી ખર્ચ વધે છે, પરિમાણો અને વજન વધે છે, અને કન્વર્ટરની કાર્યક્ષમતા ઘટે છે.

ડાયરેક્ટ ગેલ્વેનિક કપલિંગ સાથે ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરના ફાયદાઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• નોંધપાત્ર વોલ્ટેજ અને પ્રવાહો સાથે સતત કામગીરીની શક્યતા;
• આવેગ ઓવરલોડ પ્રતિકાર;
• 98% સુધી કાર્યક્ષમતા;
• 3 થી 10 kV અને તેનાથી પણ વધુ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સર્કિટમાં લાગુ પડે છે.

આ કિસ્સામાં, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ આવર્તન કન્વર્ટર, અલબત્ત, ઓછા-વોલ્ટેજ કરતા વધુ ખર્ચાળ છે. પહેલાં, જ્યાં જરૂર હોય ત્યાં તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હતો - એટલે કે ડાયરેક્ટ-કપ્લ્ડ થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટર.

ડીસી કનેક્શન હાઇલાઇટ સાથે

આધુનિક ડ્રાઈવો માટે, હાઈલાઈટેડ ડીસી બ્લોક સાથે ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરનો ઉપયોગ આવર્તન નિયમનના હેતુઓ માટે વધુ વ્યાપકપણે થાય છે. અહીં, રૂપાંતર બે પગલામાં કરવામાં આવે છે. પ્રથમ, ઇનપુટ મેઇન્સ વોલ્ટેજને સુધારવામાં આવે છે અને ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે, સ્મૂથ કરવામાં આવે છે, પછી ઇન્વર્ટરને ખવડાવવામાં આવે છે, જ્યાં તે જરૂરી કંપનવિસ્તાર સાથે જરૂરી આવર્તન અને વોલ્ટેજ સાથે વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

આવા ડબલ રૂપાંતરણની કાર્યક્ષમતા ઘટે છે અને ઉપકરણના પરિમાણો સીધા વિદ્યુત કનેક્શનવાળા કન્વર્ટર કરતા સહેજ મોટા થાય છે. સાઈન વેવ અહીં સ્વાયત્ત વર્તમાન અને વોલ્ટેજ ઇન્વર્ટર દ્વારા જનરેટ થાય છે.

ડીસી લિંક ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર્સમાં, થાઇરિસ્ટોર્સને લૅચિંગ અથવા IGBT ટ્રાંઝિસ્ટર… લોકીંગ થાઇરીસ્ટોર્સ મુખ્યત્વે આ પ્રકારના પ્રથમ ઉત્પાદિત ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર્સમાં ઉપયોગમાં લેવાતા હતા, ત્યારબાદ, બજારમાં IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરના દેખાવ સાથે, તે આ ટ્રાન્ઝિસ્ટર પર આધારિત કન્વર્ટર હતા જે લો-વોલ્ટેજ ઉપકરણોમાં પ્રભુત્વ મેળવવા લાગ્યા હતા.

થાઇરિસ્ટરને ચાલુ કરવા માટે, કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડ પર લાગુ કરાયેલ ટૂંકા પલ્સ પર્યાપ્ત છે, અને તેને બંધ કરવા માટે, થાઇરિસ્ટર પર રિવર્સ વોલ્ટેજ લાગુ કરવું અથવા સ્વિચિંગ વર્તમાનને શૂન્ય પર ફરીથી સેટ કરવું જરૂરી છે. એક ખાસ નિયંત્રણ યોજના જરૂરી છે - જટિલ અને પરિમાણીય. દ્વિધ્રુવી IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર વધુ લવચીક નિયંત્રણ, નીચા પાવર વપરાશ અને ખૂબ ઊંચી ઝડપ ધરાવે છે.

આ કારણોસર, IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર પર આધારિત ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરોએ ડ્રાઇવ કંટ્રોલ સ્પીડની શ્રેણીને વિસ્તારવાનું શક્ય બનાવ્યું છે: IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર પર આધારિત અસિંક્રોનસ વેક્ટર કંટ્રોલ મોટર્સ ફીડબેક સેન્સરની જરૂરિયાત વિના ઓછી ઝડપે સુરક્ષિત રીતે કામ કરી શકે છે.

હાઇ-સ્પીડ ટ્રાન્ઝિસ્ટર સાથે જોડાયેલા માઇક્રોપ્રોસેસર્સ થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટર કરતાં ઓછા ઉચ્ચ હાર્મોનિક્સ ઉત્પન્ન કરે છે. પરિણામે, નુકસાન ઓછું થાય છે, વિન્ડિંગ્સ અને ચુંબકીય સર્કિટ ઓછા ગરમ થાય છે, ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર રોટર પલ્સેશનમાં ઘટાડો થાય છે. કેપેસિટર બેંકોમાં ઓછું નુકસાન, ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં - આ તત્વોની સેવા જીવન વધે છે. કામમાં ભૂલો ઓછી છે.

જો આપણે થાઇરિસ્ટર કન્વર્ટરને સમાન આઉટપુટ પાવરવાળા ટ્રાન્ઝિસ્ટર કન્વર્ટર સાથે સરખાવીએ, તો બીજાનું વજન ઓછું હશે, કદમાં નાનું હશે અને તેની કામગીરી વધુ વિશ્વસનીય અને સમાન હશે. IGBT સ્વીચોની મોડ્યુલર ડિઝાઇન વધુ કાર્યક્ષમ ઉષ્મા વિસર્જન માટે પરવાનગી આપે છે અને પાવર તત્વોને માઉન્ટ કરવા માટે ઓછી જગ્યાની જરૂર છે, વધુમાં, મોડ્યુલર સ્વીચો સ્વિચિંગ સર્જેસથી વધુ સારી રીતે સુરક્ષિત છે, એટલે કે, નુકસાનની સંભાવના ઓછી છે.

IGBT પર આધારિત ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર વધુ ખર્ચાળ છે કારણ કે પાવર મોડ્યુલ્સ ઉત્પાદન માટે જટિલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો છે. જો કે, કિંમત ગુણવત્તા દ્વારા વાજબી છે. તે જ સમયે, આંકડા દર વર્ષે IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટરની કિંમતો ઘટાડવાનું વલણ દર્શાવે છે.

IGBT ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરના સંચાલનનો સિદ્ધાંત

આકૃતિ ફ્રિકવન્સી કન્વર્ટરનો ડાયાગ્રામ અને દરેક તત્વોના પ્રવાહો અને વોલ્ટેજના આલેખ બતાવે છે. સતત કંપનવિસ્તાર અને આવર્તનનું મુખ્ય વોલ્ટેજ રેક્ટિફાયરને આપવામાં આવે છે, જેને નિયંત્રિત અથવા અનિયંત્રિત કરી શકાય છે. રેક્ટિફાયર પછી એક કેપેસિટર છે - એક કેપેસિટીવ ફિલ્ટર. આ બે તત્વો-એક રેક્ટિફાયર અને કેપેસિટર-ડીસી એકમ બનાવે છે.

ફિલ્ટરમાંથી, એક સ્થિર વોલ્ટેજ હવે સ્વાયત્ત પલ્સ ઇન્વર્ટરને પૂરો પાડવામાં આવે છે જેમાં IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર કામ કરે છે. આકૃતિ આધુનિક ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર માટે લાક્ષણિક ઉકેલ દર્શાવે છે. ડાયરેક્ટ વોલ્ટેજ એડજસ્ટેબલ ફ્રીક્વન્સી અને કંપનવિસ્તાર સાથે ત્રણ-તબક્કાના પલ્સમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

કંટ્રોલ સિસ્ટમ દરેક કીને સમયસર સંકેતો આપે છે, અને અનુરૂપ કોઇલ ક્રમશઃ કાયમી કનેક્શન પર સ્વિચ કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, કોઇલને કનેક્શન સાથે જોડવાની અવધિ સાઇનમાં મોડ્યુલેટ કરવામાં આવે છે. તેથી, અડધા સમયગાળાના મધ્ય ભાગમાં, પલ્સની પહોળાઈ સૌથી મોટી છે, અને કિનારીઓ પર - સૌથી નાની. તે અહીં થઈ રહ્યું છે પલ્સ પહોળાઈ મોડ્યુલેશન વોલ્ટેજ મોટર સ્ટેટર વિન્ડિંગ્સ પર. PWM ની આવર્તન સામાન્ય રીતે 15 kHz સુધી પહોંચે છે, અને કોઇલ પોતે ઇન્ડક્ટિવ ફિલ્ટર તરીકે કામ કરે છે, પરિણામે તેમના દ્વારા પ્રવાહો લગભગ સિનુસાઇડલ હોય છે.

જો રેક્ટિફાયરને ઇનપુટ પર નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે, તો પછી કંપનવિસ્તાર ફેરફાર રેક્ટિફાયરને નિયંત્રિત કરીને કરવામાં આવે છે, અને ઇન્વર્ટર માત્ર આવર્તન રૂપાંતર માટે જવાબદાર છે. કેટલીકવાર વર્તમાન તરંગોને ભીના કરવા માટે ઇન્વર્ટરના આઉટપુટ પર વધારાનું ફિલ્ટર ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવે છે (ખૂબ જ ભાગ્યે જ આનો ઉપયોગ લો-પાવર કન્વર્ટર્સમાં થાય છે).કોઈપણ રીતે, આઉટપુટ ત્રણ-તબક્કાના વોલ્ટેજ અને વપરાશકર્તા-વ્યાખ્યાયિત મૂળભૂત પરિમાણો સાથે એસી વર્તમાન છે.