Principiile de proiectare ale sistemului VFD DC Link

Într-un sistem cu frecvență variabilă (VFD), legătura CC, ca componentă de bază care conectează unitatea redresorului frontal-și unitatea inversor-partea din spate, este proiectată în jurul valorii de tamponare a energiei, stabilizarea tensiunii, suprimarea armonicilor și fiabilitatea sistemului. Acesta formează baza fizică pentru obținerea unui control precis al vitezei motorului și a unui management eficient al energiei. Acest sistem, prin efectele sinergice ale redresării, filtrării, stocării energiei și ajustării dinamice, transformă puterea AC rețelei în putere DC controlabilă, oferind suport stabil de putere pentru stadiul invertorului, adaptându-se astfel la schimbările de sarcină și condițiile complexe de funcționare.

Proiectarea conexiunii de curent continuu începe cu conversia și stabilizarea formei de energie. Circuitul redresor frontal-de obicei folosește fie redresare necontrolată cu diode, fie redresare controlată cu tiristor/IGBT: primul are o structură simplă și un cost redus, potrivit pentru scenarii cu cerințe generale privind factorul de putere de intrare; acesta din urmă poate ajusta în mod activ forma de undă a curentului de intrare prin controlul fazei, îmbunătățind factorul de putere și suprimând armonicile, dar crescând complexitatea controlului. Tensiunea DC pulsatorie de ieșire de la redresor conține o ondulație semnificativă, care trebuie filtrată de un condensator de magistrală de curent continuu sau de o unitate de stocare a energiei inductoare pentru a limita fluctuațiile de tensiune în limite acceptabile, formând o tensiune de magistrală de curent continuu relativ stabilă pentru a furniza energie pentru puntea invertorului.

Rezervarea energiei este una dintre funcțiile de bază ale legăturii DC. Deoarece fluxul de energie se inversează atunci când motorul comută între starea de motor și frânare regenerativă (de exemplu, motorul reintroduce energie la legătura CC în timpul frânării), condensatorul magistralei CC trebuie să aibă o capacitate suficientă și să reziste la tensiune pentru a absorbi sau elibera diferențele instantanee de putere, prevenind fluctuațiile severe ale tensiunii magistralei care ar putea cauza daune la supratensiune la modulul invertorului sau un cuplu de ieșire insuficient. Proiectarea capacității sale trebuie să ia în considerare în mod cuprinzător inerția sarcinii, frecvența de frânare, amplitudinea fluctuației tensiunii rețelei și coeficientul de ondulare admisibil al tensiunii magistralei pentru a asigura stabilitatea tensiunii chiar și în cele mai solicitante condiții de operare.

Suprimarea armonicilor și optimizarea calității energiei sunt extensii importante ale designului legăturii DC. Circuitele redresoare necontrolate generează un număr mare de armonici de ordin inferior-(cum ar fi armonicile a 5-a și a 7-a), care nu numai că poluează rețeaua electrică, ci pot provoca și pierderi de linie și defecțiuni ale echipamentelor. Prin introducerea reactoarelor de intrare, reactoarelor de netezire DC sau utilizând topologii de redresor cu mai multe-impulsuri (cum ar fi 12-impulsuri sau 24 de impulsuri), injecția de curent armonic în rețea poate fi suprimată eficient. Pentru scenarii solicitante, tehnologia de rectificare activă front-end (AFE), prin dispozitive electronice de putere complet controlată și algoritmi de control avansați, realizează funcționarea curentului de intrare sinusoidal și a factorului de putere unitar, îmbunătățind semnificativ calitatea puterii sistemului.

Reglarea dinamică și mecanismele de protecție sunt cruciale pentru asigurarea fiabilității principiilor de proiectare. Tensiunea magistralei DC trebuie monitorizată în timp real. Când tensiunea depășește pragul (supratensiune sau subtensiune), sistemul de control ar trebui să declanșeze strategiile de protecție corespunzătoare: în caz de supratensiune, excesul de energie poate fi disipat în rezistorul de frânare printr-un chopper de frânare sau convertit înapoi în curent alternativ printr-o unitate de feedback și retransmis în rețea; în caz de subtensiune, puterea de ieșire trebuie limitată sau sistemul trebuie oprit pentru a preveni deteriorarea modulului invertor din cauza energiei insuficiente. În plus, inductanța și capacitatea parazitară din legătura DC pot forma circuite rezonante; prin urmare, în proiectare trebuie utilizate rezistențe de amortizare sau cablaje optimizate pentru a suprima oscilațiile de înaltă-frecvență și pentru a evita interferența cu semnalele de control.

Dintr-o perspectivă topologică, legăturile CC pot fi clasificate în tipuri de magistrală de curent continuu cu o singură magistrală de curent continuu și de magistrală de curent continuu cu mai multe-nivele. Structurile de magistrală DC unică sunt simple și cu costuri reduse-, potrivite pentru aplicații cu putere mică și medie. Autobuzele de curent continuu cu mai multe-nivele, prin condensatori de-divizoare de tensiune sau structuri de punte H-în cascadă, pot reduce rezistența dispozitivului la stresul și armonicile de ieșire, făcându-le potrivite pentru scenarii de-tensiune și putere mare. Trebuie luată în considerare și proiectarea disipării căldurii, deoarece creșterea temperaturii condensatoarelor magistralei DC și a dispozitivelor de alimentare afectează în mod direct durata de viață și performanța. Dispunerea corectă, radiatoarele eficiente sau sistemele de răcire cu lichid sunt necesare pentru a controla temperatura de funcționare.

În general, principiul de proiectare al sistemelor VFD DC link este centrat pe conversia și stabilitatea energiei. Prin optimizarea sinergică a selecției topologiei redresorului, configurația unității de stocare a energiei, tehnologia de suprimare armonică și mecanismele de protecție dinamică, este construit un canal de energie flexibil care conectează rețeaua electrică și motorul. Calitatea designului său determină în mod direct precizia de reglare a vitezei, fiabilitatea operațională și eficiența utilizării energiei VFD, făcându-l o piatră de temelie tehnologică indispensabilă în transmisia industrială modernă și controlul-economisirii energiei.