Wraz z ciągłym rozwojem nauki i technologii, technologia inwerterowa rozwinęła się bardziej szerzej. Dalszemu rozwojowi uległy także badania nad zasilaczami inwerterowymi. Obecnie, oprócz przetwornic częstotliwości, falowniki wysokiej częstotliwości zaczęły również zajmować rynek rozwojowy zasilaczy inwerterowych i oczekuje się, że zastąpią przetwornice częstotliwości sieciowych. Chociaż przetwornice wysokiej częstotliwości rekompensują wady przetwornic częstotliwości, takie jak duży rozmiar, niska częstotliwość, i niska wydajność, w dalszym ciągu nie są w stanie całkowicie zastąpić roli przemienników częstotliwości energetycznej. W porównaniu z przetwornicami wysokiej częstotliwości, przetwornice częstotliwości mają swoje unikalne zalety. Zaproponowano tutaj niezależny schemat projektowania zasilania falownika w oparciu o transformator częstotliwości energetycznej.
1. Projekt konstrukcji zasilacza falownika
Postać 1 to schemat blokowy zasilacza falownika opartego na modulacji szerokości impulsu (PWM) technologia. Cały obwód wybiera wejście prądu stałego o niskim napięciu i przekształca je na napięcie prądu przemiennego poprzez obwód falownika z pełnym mostkiem. Jest on wzmacniany do znamionowej wartości szczytowej przez obwód podwyższania częstotliwości zasilania, a następnie napięcie prądu przemiennego spełniające wymagania jest wyprowadzane przez obwód filtra. Ogólnie, wymagane jest napięcie wyjściowe 220 V/50 Hz AC.
2. Projekt obwodu sprzętowego zasilania falownika
2.1 Technologia PWM
Teoretyczną podstawą technologii sterowania PWM jest twierdzenie impulsowe. Fala sinusoidalna jest używana jako fala modulacyjna do zastosowania dwubiegunowej fali modulującej szerokość impulsu (SPWM) przy tej samej amplitudzie wyjściowej nośnej, a szerokość impulsu zmienia się zgodnie z falą sinusoidalną. Ten sygnał prostokątny jest dodawany do odwrotności. Lampa zasilająca falownika o zmiennym mostku jest sterowana tak, aby włączała się i wyłączała, i ostatecznie uzyskuje się kształt fali wyjściowej zbliżony do idealnego prądu przemiennego. Technologia ta upraszcza obwód sprzętowy i poprawia wydajność przebiegu wyjściowego. Postać 2 to schemat połączeń i przebieg SPWM wykorzystujący urządzenie U3988 do sterowania mostkiem falownika. 0UTA i 0UTB to piny wyjściowe sekwencji impulsów SPWM fali sinusoidalnej. Sygnały wychodzące przez te dwa piny zazwyczaj muszą przejść przez obwód sterowania bez napięcia, zanim zostaną wysłane do falownika. Zmień most.
2.2 Rola transformatora częstotliwości energetycznej w obwodzie falownika
Wejście zasilania przetwornicy częstotliwości to zazwyczaj prąd stały o niskim napięciu, który wykorzystuje obwód falownika z pełnym mostkiem do sterowania wyjściowym napięciem przemiennym poprzez wpływ na częstotliwość przełączania lampy polowej. Wartość szczytowa wyjściowego napięcia prądu przemiennego sinusoidalnego 220 V wynosi 620 V, podczas gdy wejściowe napięcie wyprostowane ogólnego zasilania falownika wynosi 310 V. Aby falownik mógł wyprowadzać napięcie prądu przemiennego o fali sinusoidalnej 220 V bez zniekształceń, musi wynosić napięcie prądu stałego przed falownikiem 680 ~870V. Ponieważ ogólne napięcie wejściowe falownika jest znacznie mniejsze niż ta wartość, należy dodać transformator wyjściowy, aby zwiększyć napięcie wyjściowe falownika powyżej znamionowej wartości szczytowej, zanim będzie można go użyć, jak pokazano na rysunku 3.
Obwód ten przyjmuje strukturę obwodu konwersji z pełnym mostkiem. Wyjściem tego konwertera nie jest jeden przewód pod napięciem i jeden przewód neutralny, ale dwa przewody pod napięciem. Jednakże, Przy podłączaniu do obciążenia zazwyczaj wymagany jest przewód neutralny. Jeśli nie ma wyjściowego transformatora izolującego, a przewód pod napięciem jest sztywno podłączony do przewodu neutralnego, zasilanie falownika nie będzie działać prawidłowo. Postać 4 pokazuje kierunek przepływu prądu podczas dodatniej półfali transformatora nie wyjściowego.
Można to zobaczyć na rysunku 4 to ze względu na dostęp do linii neutralnej, prąd obciążenia nie przepływa przez rurę prostowniczą i rurę zasilającą falownika po przejściu przez obciążenie, ale płynie bezpośrednio z powrotem do zacisku wejściowego przewodu neutralnego sieci. W tym przypadku, Rysunek Prostownik i lampa zasilająca falownika w środkowym polu przerywanym nie działają. Zgodnie z normalną procedurą roboczą, prąd obciążenia powinien przepływać przez rurę prostowniczą i rurę mocy falownika dwóch obwodów mostkowych. Postać 5 pokazuje kierunek przepływu prądu, gdy na transformatorze wyjściowym występuje dodatnia półfala. Gdy koniec wyjściowy jest podłączony do transformatora izolującego, wtórne (koniec wejścia obciążenia) transformatora można podłączyć do przewodu neutralnego zasilania sieciowego, tworząc w ten sposób niezawodny system zasilania. Można zauważyć, że izolujący transformator wyjściowy jest ważnym elementem obwodu mostka falownika, dzięki czemu obwód falownika jest niezawodny i stabilny.
2.3 Obwód ochronny
U3988 posiada wbudowane napięcie odniesienia dla zabezpieczenia podnapięciowego i zabezpieczenia przed przegrzaniem. Wystarczy podzielić napięcie przez rezystory. Gdy napięcie jest niższe niż napięcie odniesienia, U3988 zostanie zablokowany, aby zatrzymać wysyłanie impulsów. Ponadto, pod względem aktualnej ochrony, w zależności od prądu obciążenia, istnieją trzystopniowe funkcje zabezpieczające: szybka ochrona, krótkie opóźnienie i duże opóźnienie.
3. Wady obwodu mocy falownika
Transformator izolujący jest podłączony w celu przekształcenia napięcia i odizolowania linii neutralnej, i nie ma funkcji izolowania zakłóceń i buforowania mutacji obciążenia. Pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym transformatora znajduje się warstwa izolacyjna. Tworzą kondensator C o określonej pojemności. Reaktancja pojemnościowa kondensatora jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości, to jest:
W formule, Xc to reaktancja pojemnościowa równoważnej pojemności rozproszonej pomiędzy transformatorem pierwotnym i wtórnym, w Ω. f jest częstotliwością sygnału zakłócającego, w Hz. C jest równoważną pojemnością rozproszoną pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym transformatora, w F.
Można to zobaczyć z równania (1) że im wyższa częstotliwość, tym mniejsza reaktancja pojemnościowa, to jest, im wyższa częstotliwość sygnału zakłócającego, tym łatwiej jest przejść ścieżkę pojemnościową. Ponieważ częstotliwość ogólnych sygnałów zakłócających jest bardzo wysoka, można je napędzać bezpośrednio przez transformator, aby zakłócać obciążenie. Jeśli pojawią się zakłócenia o niższej częstotliwości, zmieni to obciążenie zakłócające proporcjonalnie do współczynnika transformacji transformatora. Ponieważ transformator nie ma funkcji przeciwzakłóceniowej, Filtry wejściowe i wyjściowe są zwykle dodawane na końcach wejściowych i wyjściowych mostka falownika.
Ze względu na podłączenie transformatora izolującego, podłączone zostaną urządzenia o niskiej częstotliwości, takie jak cewki indukcyjne i kondensatory, co nie tylko zwiększa rozmiar samego obwodu, ale także zwiększa pobór mocy obwodu i zmniejsza wydajność wyjściową obwodu. Wraz ze stopniowym rozwojem urządzeń o wysokiej częstotliwości i niedrogich, takich jak transformatory elektroniczne, koszt produkcji transformatorów częstotliwości energetycznej stosunkowo wzrósł, a koszt produkcji płytek drukowanych zaprojektowanych dla tego systemu również odpowiednio wzrósł.
4 Wniosek
Poprzez powyższą analizę, kompleksowo przedstawiono strukturę obwodu i charakterystykę zasilania przetwornicy częstotliwości. Ten zaprojektowany obwód łączy w sobie zaawansowane funkcje urządzeń cyfrowych i funkcję izolacji transformatora częstotliwości zasilania, aby osiągnąć cel, jakim jest prosta i niezawodna konstrukcja obwodu.