Обзор системы VFD DC Link: Energy Hub и поддержка ключевых технологий для преобразователей частоты

В системе частотно-регулируемого привода (ЧРП) звено постоянного тока, будучи основным компонентом, соединяющим входной-выпрямительный блок и задний-инверторный блок, выполняет множество функций, таких как буферизация энергии, стабилизация напряжения и подавление гармоник. Это ключевая подсистема, определяющая надежность и качество электроэнергии работы ЧРП. По сути, он преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока, сохраняет и регулирует ее, обеспечивая стабильную и управляемую подачу постоянного тока на ступень инвертора, тем самым обеспечивая точное регулирование скорости и крутящего момента двигателя.

Базовые компоненты системы звена постоянного тока включают в себя схему выпрямителя, конденсатор звена постоянного тока (или индукторный аккумулятор энергии) и соответствующие схемы фильтрации, защиты и контроля. В схеме выпрямителя часто используются схемы неуправляемого диодного выпрямления или схемы управляемого тиристора/IGBT. Первый имеет простую структуру и низкую стоимость и подходит для сценариев с низкими требованиями к коэффициенту входной мощности; последний может улучшить коэффициент мощности и подавить гармоники за счет регулирования фазы, но увеличивает сложность системы. Пульсирующее выходное напряжение постоянного тока от выпрямителя фильтруется конденсатором шины постоянного тока для формирования относительно стабильного напряжения постоянного тока, обеспечивающего энергию для инверторного моста.

Основной функцией звена постоянного тока является, прежде всего, буферизация энергии. Из-за разницы во времени между выходами выпрямителя и инвертора (например, обратной энергии, генерируемой во время рекуперативного торможения двигателя), конденсатор шины постоянного тока может поглощать или снимать мгновенную разницу мощности, предотвращая влияние резких колебаний напряжения постоянного тока на стабильность инвертора. Во-вторых, за счет рационального выбора номинала и топологии конденсатора шины можно эффективно подавлять входные гармоники-, уменьшая загрязнение электросети. Унифицированная конструкция фильтрации для звена постоянного тока может значительно улучшить общее качество электропитания системы, особенно в промышленных сценариях с несколькими преобразователями частоты, работающими параллельно.

С точки зрения технических характеристик стабильность напряжения звена постоянного тока напрямую влияет на выходные характеристики ЧРП. Чрезмерное напряжение на шине может привести к повреждению модуля инвертора из-за перенапряжения, а недостаточное напряжение может привести к недостаточному выходному крутящему моменту или даже к отключению. Поэтому современные частотно-регулируемые приводы обычно оснащены схемами контроля и защиты постоянного напряжения, механизмами запуска, такими как снижение частоты, отключение или рассеивание энергии (например, активация тормозного резистора), когда напряжение превышает пороговое значение. Кроме того, для обработки регенеративной энергии в некоторых высокопроизводительных-системах используются активные входные-выпрямители или блоки обратной связи, которые преобразуют энергию торможения в обратную связь переменного тока, которая находится в фазе и частоте с электросетью, повышая энергоэффективность и уменьшая тепловые потери.

Проектирование звена постоянного тока требует всестороннего учета характеристик входной мощности, инерции нагрузки, частоты торможения и условий окружающей среды. Например, нагрузки с высокой-инерцией требуют использования конденсаторов шины большего размера для поглощения регенеративной энергии; Условия работы в условиях высоких-температур требуют использования высоко-температуростойких конденсаторов и оптимизированных конструкций рассеивания тепла. С применением полупроводниковых приборов с широкой-зонной зоной частота переключения и эффективность цепей постоянного тока продолжают улучшаться, а их размер и стоимость постепенно оптимизируются, что делает их более широко используемыми в новых энергетических приводах, интеллектуальном производстве и точном управлении скоростью.

Являясь «энергетическим центром» преобразователей частоты, система звена постоянного тока обеспечивает гибкое согласование между мощностью переменного тока и нагрузкой двигателя за счет синергетического эффекта выпрямления, фильтрации, хранения энергии и защиты, обеспечивая незаменимую техническую поддержку для эффективной, стабильной и интеллектуальной работы современных промышленных приводных систем.