さまざまな状況で、電源電流の周波数を調整可能な周波数の電圧に変換することが必要になる場合があります。これは、たとえば、非同期モーターを操作して回転速度を変更する場合に必要です。この記事では、周波数変換器の目的と原理について説明します。
周波数変換器とは
周波数変換器 (FC) - 周波数が 1 ～ 800 Hz の同様のタイプの電流で、周波数が 50 Hz の単相または三相交流を変換してスムーズに調整する電気装置です。このようなデバイスは、速度を変更するなど、さまざまな非同期型電気機械の動作を制御するために広く使用されています。産業用高電圧ネットワークで使用するデバイスもあります。
単純なコンバータは V/f 特性に従って周波数と電圧を調整しますが、複雑なデバイスはベクトル制御を使用します。
周波数変換器は技術的に複雑なデバイスであり、周波数変換器だけでなく、過電流、過電圧、および短絡保護も備えています。このような機器には、信号の形状を改善するためのチョークと、さまざまな電磁干渉を低減するためのフィルターが備わっている場合もあります。電子コンバーターと電気機械デバイスは区別されます。
周波数変換器の動作原理
電子コンバーターは、整流器、フィルター、マイクロプロセッサー、インバーターなど、いくつかの主要コンポーネントで構成されています。
整流器 コンバーターへの入力で初期電流を整流するダイオードまたはサイリスターのバンドルがあります。ダイオード インバータは、リップルがまったくないという特徴があり、安価ですが信頼性の高いデバイスです。サイリスタベースのインバータは、電流が両方向に流れることを可能にし、モーターが制動されたときに電気エネルギーをグリッドに戻すことを可能にします。
フィルター サイリスタ デバイスで使用され、電圧リップルを低減または排除します。平滑化は、容量性または誘導-容量性フィルターを使用して行われます。
マイクロプロセッサ - インバータの制御および評価ユニットです。センサーからの信号を受信して処理し、インバーターからの出力信号を統合された PID コントローラーで制御できるようにします。このコンポーネントはまた、イベント データを記録および保存し、過負荷や短絡からユニットを登録および保護し、動作モードを分析し、緊急動作の場合にユニットをシャットダウンします。
インバーター 電圧と電流は、電気機械の制御、つまり電流周波数のスムーズな調整に使用されます。このようなデバイスは「純粋な正弦波」を出力するため、多くの業界で使用できます。
電子周波数変換器（インバーター）の動作原理は次のとおりです。
- 入力正弦波 AC 単相または三相電流は、ダイオード ブリッジまたはサイリスタによって整流されます。
- 特別なフィルタ (コンデンサ) を使用して信号をフィルタリングし、電圧リップルを低減または除去します。
- 電圧は、マイクロ回路とトランジスタブリッジによって特定のパラメータを持つ三相波に変換されます。
- インバーターの出力では、矩形パルスが指定されたパラメーターで正弦波電圧に変換されます。
周波数変換器の種類
周波数変換器にはいくつかのタイプがあり、現在生産および使用に最も一般的なものです。
電気機械 (電気誘導) コンバーター: 電子周波数変換器を使用することが不可能または非現実的である場合に使用されます。構造的に、このようなデバイスは、発電機 - コンバーターモードで動作する相巻線ローターを備えた非同期モーターです。
これらのデバイスは、スカラー制御を備えたコンバーターです。このデバイスの出力では、固定子巻線に特定の磁束を維持するために、特定の振幅と周波数の電圧が生成されます。負荷（ポンプ、ファン、その他の機器）に応じてローター速度を維持する必要がない場合に使用されます。
電子コンバーター: さまざまな機器のすべての動作条件で広く使用されています。このようなデバイスはベクトル デバイスであり、固定子と回転子の磁場の相互作用を自動的に計算し、負荷に関係なく一定の回転子速度値を提供します。
- サイクロインバーター;
- サイクロインバーター;
- DC 中間リンクを備えた DC 周波数インバータ:
- 電流源周波数変換器;
- 電圧源の周波数変換器 (振幅変調またはパルス幅変調)。
アプリケーションに関しては、機器は次のようになります。
- 315 kWまでの機器用。
- 最大 500 kW の電力用のベクトル コンバーター。
- 爆発性および粉塵の多い環境で使用するための防爆装置;
- 電気モーターに取り付けられた周波数変換器;
周波数変換器の各タイプには、特定の長所と短所があり、さまざまな機器や負荷、および作業条件に適用できます。
周波数変換器は、手動または外部から制御できます。手動制御は周波数変換器のコントロール パネルから実行され、速度を調整したり操作を停止したりできます。外部制御は自動制御システム (ACS) によって実行されます。これは、デバイスのすべてのパラメーターを制御し、回路または動作モードを切り替えることができます (周波数変換器またはバイパスを介して)。また、外部制御により、動作条件、負荷、時間に応じてコンバータの動作をプログラムすることができ、自動モードで動作することができます。
電気モーターが周波数変換器を必要とする可能性があるもの
周波数変換器の適用により、エネルギーコスト、モーターおよび機器の減価償却費を削減できます。リスケージローターを備えた安価なモーターに使用できるため、製造コストが削減されます。
多くの電気モーターは、動作モードが頻繁に変化する (頻繁な始動と停止、負荷の変化) 条件下で動作します。周波数変換器は、電気モーターのスムーズな始動を可能にし、最大始動トルクと機器の加熱を減らします。これは、たとえば巻き上げ機で重要であり、突然の始動による悪影響を減らし、停止時の荷物の揺れや急な動きをなくすのに役立ちます。
FC の助けを借りて、送風ファン、ポンプの動作をスムーズに調整し、技術プロセスを自動化することができます (ボイラー、鉱山、石油生産および精製所、給水所およびその他のプラントで使用されます)。
コンベヤ、コンベヤ、エレベータで周波数変換器を使用すると、機器の始動および停止時のジャーク、ショック、およびその他のマイナス要因が減少するため、ユニットの耐用年数を延ばすことができます。モーターの回転数を滑らかに増減させ、多数の高精度産業機器にとって重要な逆動作を実行できます。
周波数変換器の利点:
- エネルギー コストの削減: 突入電流を減らし、負荷に基づいてモーター出力を調整することにより、
- 機器の信頼性と耐久性の向上: サービス寿命を延ばし、メンテナンスから次のメンテナンスまでの期間を延ばすことができます。
- リモートコンピュータデバイスからの機器の外部制御と管理の導入、およびオートメーションシステムへの組み込みを可能にします。
- 周波数変換器は、任意の負荷電力 (1 キロワットから数十メガワットまで) で動作できます。
- 周波数変換器に特別なコンポーネントが存在することで、過負荷、位相損失、および短絡から保護し、緊急時に機器を安全に操作およびシャットダウンすることができます。
もちろん、このような利点のリストを見ると、なぜそれらが企業内のすべてのモーターに使用されないのか疑問に思うかもしれません。残念ながら、答えは明らかですが、それは周波数変換器、その設置および試運転の高コストです。すべての企業がこれらのコストを負担できるわけではありません。
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