نمای کلی سیستم پیوند DC VFD: هاب انرژی و پشتیبانی فناوری کلیدی برای درایوهای فرکانس متغیر

در یک سیستم درایو فرکانس متغیر (VFD)، پیوند DC، به عنوان مؤلفه اصلی که واحد یکسوکننده جلویی-و واحد اینورتر{1}} انتهایی را به هم متصل می‌کند، عملکردهای متعددی مانند بافر انرژی، تثبیت ولتاژ و سرکوب هارمونیک را بر عهده دارد. این یک زیر سیستم کلیدی است که قابلیت اطمینان و کیفیت توان عملیات VFD را تعیین می کند. در اصل، برق متناوب را به برق DC اصلاح می کند، آن را ذخیره و تنظیم می کند، منبع تغذیه DC پایدار و قابل کنترلی را برای مرحله اینورتر فراهم می کند، در نتیجه به تنظیم دقیق سرعت و گشتاور موتور دست می یابد.

اجزای اصلی یک سیستم پیوند DC شامل یک مدار یکسو کننده، یک خازن باس DC (یا واحد ذخیره انرژی سلف) و مدارهای فیلتر، حفاظت و نظارت مربوطه است. مدار یکسو کننده اغلب از یکسوسازی دیود کنترل نشده یا طرح های اصلاح تریستور/IGBT کنترل شده استفاده می کند. اولی دارای ساختار ساده و کم هزینه است، مناسب برای سناریوهایی با نیازهای ضریب توان ورودی پایین. دومی می تواند ضریب توان را بهبود بخشد و هارمونیک ها را از طریق کنترل فاز سرکوب کند، اما پیچیدگی سیستم را افزایش می دهد. خروجی ولتاژ DC ضربانی از یکسو کننده توسط خازن باس DC فیلتر می شود تا یک ولتاژ DC نسبتاً پایدار را تشکیل دهد و انرژی را برای پل اینورتر فراهم کند.

عملکرد اصلی پیوند DC در درجه اول بافر انرژی است. با توجه به تفاوت های زمانی بین خروجی یکسو کننده و اینورتر (به عنوان مثال، انرژی معکوس تولید شده در هنگام ترمز احیا کننده موتور)، خازن باس DC می تواند اختلافات توان لحظه ای را جذب یا آزاد کند، و از نوسانات شدید ولتاژ DC از تاثیرگذاری بر پایداری اینورتر جلوگیری می کند. ثانیاً، با طراحی منطقی مقدار خازن اتوبوس و توپولوژی، هارمونیک های ورودی{4} را می توان به طور موثری مهار کرد و آلودگی شبکه برق را کاهش داد. به خصوص در سناریوهای صنعتی با چندین VFD که به صورت موازی کار می کنند، یک طراحی فیلتر یکپارچه برای لینک DC می تواند به طور قابل توجهی کیفیت توان کلی سیستم را بهبود بخشد.

از نظر مشخصات فنی، پایداری ولتاژ لینک DC مستقیماً بر عملکرد خروجی VFD تأثیر می گذارد. ولتاژ بیش از حد باس ممکن است باعث آسیب اضافه ولتاژ به ماژول اینورتر شود، در حالی که ولتاژ ناکافی ممکن است منجر به گشتاور خروجی ناکافی یا حتی خاموش شدن شود. بنابراین، VFD های مدرن به طور کلی مجهز به مدارهای نظارت و حفاظت ولتاژ DC هستند، مکانیزم هایی مانند کاهش فرکانس، خاموش شدن، یا اتلاف انرژی (به عنوان مثال، فعال کردن مقاومت ترمز) هنگامی که ولتاژ از یک آستانه فراتر رود. علاوه بر این، برای پردازش انرژی احیاکننده، برخی از سیستم‌های سطح بالا، واحدهای تصحیح یا بازخورد فعال جلویی (AFE) را برای معکوس کردن انرژی ترمز به بازخورد AC که در فاز و فرکانس با شبکه برق است، معرفی می‌کنند و بازده انرژی را بهبود می‌بخشند و از دست دادن گرما را کاهش می‌دهند.

طراحی لینک DC مستلزم در نظر گرفتن همه جانبه ویژگی های توان ورودی، اینرسی بار، فرکانس ترمز و شرایط محیطی است. به عنوان مثال، بارهای اینرسی{1}بالا به خازن های باس بزرگتر برای جذب انرژی احیا کننده نیاز دارند. محیط‌های با دمای{2}}بالا، استفاده از خازن‌های مقاوم{3}}در دمای بالا و ساختارهای بهینه اتلاف گرما را ضروری می‌سازند. با استفاده از دستگاه‌های نیمه‌رسانای باندگپ گسترده، فرکانس سوئیچینگ و کارایی پیوندهای DC همچنان بهبود می‌یابد، در حالی که اندازه و هزینه به تدریج بهینه می‌شوند و باعث می‌شود که آنها به طور گسترده‌تری در درایوهای انرژی جدید، تولید هوشمند، و کنترل سرعت دقیق مورد استفاده قرار گیرند.

به عنوان "هاب انرژی" VFD ها، سیستم پیوند DC از طریق اثرات هم افزایی اصلاح، فیلتر کردن، ذخیره انرژی و حفاظت، تطابق انعطاف پذیری بین توان AC و بار موتور را به دست می آورد و پشتیبانی فنی ضروری را برای عملکرد کارآمد، پایدار و هوشمند سیستم های درایو صنعتی مدرن ارائه می دهد.