ตัวแปลงความถี่ทำงานอย่างไร

ขั้นตอนแรกของ ไดรฟ์ AC แบบปรับความถี่ ได้คือตัวแปลงความถี่ คอนเวอร์เตอร์ประกอบด้วยไดโอดหกตัว คล้ายกับเช็ควาล์วที่ใช้ในระบบประปา พวกมันยอมให้กระแสไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น: ทิศทางที่ระบุโดยลูกศรในสัญลักษณ์ไดโอด ตัวอย่างเช่น เมื่อใดก็ตามที่แรงดันเฟส A (แรงดันคล้ายกับแรงดันในท่อประปา) เป็นบวกมากกว่าแรงดันเฟส B หรือ C ไดโอดจะเปิดและปล่อยให้กระแสไหล เมื่อเฟส B เป็นบวกมากกว่าเฟส A ไดโอดเฟส B จะเปิดและไดโอดเฟส A จะปิด เช่นเดียวกับไดโอด 3 ตัวที่ด้านลบของบัส ดังนั้นเราจึงได้รับกระแสหกพัลส์เมื่อไดโอดแต่ละตัวเปิดและปิด สิ่งนี้เรียกว่า VFD หกพัลส์ และเป็นมาตรฐานของตัวแปลงความถี่ปัจจุบัน

เราสามารถลบระลอกคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับบนบัสกระแสตรงได้โดยการเพิ่มตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุทำงานในลักษณะที่คล้ายคลึงกับอ่างเก็บน้ำหรือตัวสะสมในระบบท่อ ตัวเก็บประจุนี้ดูดซับการกระเพื่อมของไฟฟ้ากระแสสลับและให้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอย่างราบรื่น การกระเพื่อมไฟฟ้ากระแสสลับบนบัสไฟฟ้ากระแสตรงโดยทั่วไปจะน้อยกว่า 3 โวลต์ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าบนบัส DC จะกลายเป็นประมาณ 650VDC แรงดันไฟฟ้าจริงขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนเข้าสู่สายไฟฟ้ากระแสสลับโดยตัวแปลงความถี่ ระดับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าในระบบกำลัง โหลดมอเตอร์ อิมพีแดนซ์ของระบบไฟฟ้า และเครื่องปฏิกรณ์หรือตัวกรองฮาร์มอนิกใดๆ บนตัวแปลงความถี่

ตัวแปลงไดโอดบริดจ์ที่แปลง AC เป็น DC บางครั้งเรียกว่าตัวแปลง ตัวแปลงที่แปลง DC กลับเป็น AC ก็เป็นตัวแปลงเช่นกัน แต่เพื่อแยกความแตกต่างจากตัวแปลงไดโอด มักเรียกว่าอินเวอร์เตอร์ ในอุตสาหกรรม เป็นเรื่องปกติที่จะอ้างถึงตัวแปลง DC-AC เป็นอินเวอร์เตอร์

เมื่อเราปิดหนึ่งในสวิตช์บนสุดของอินเวอร์เตอร์ เฟสของมอเตอร์จะเชื่อมต่อกับบัส DC ที่เป็นบวก และแรงดันบนเฟสนั้นจะกลายเป็นบวก เมื่อเราปิดสวิตช์ด้านล่างตัวใดตัวหนึ่งในตัวแปลง เฟสนั้นจะเชื่อมต่อกับบัส DC ที่เป็นลบและเป็นลบ ดังนั้นเราจึงสามารถทำให้เฟสของมอเตอร์เป็นบวกหรือลบได้ตามต้องการ และสร้างความถี่ตามที่เราต้องการ ดังนั้น เราสามารถทำให้สเตจเป็นบวก ลบ หรือศูนย์ก็ได้

เอาต์พุตของ VFD เป็นรูปคลื่นสี่เหลี่ยม VFDs ไม่สร้างเอาต์พุตไซน์ รูปคลื่นสี่เหลี่ยมนี้ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีสำหรับระบบจำหน่ายไฟฟ้าทั่วไป แต่เพียงพอสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า

หากเราต้องการลดความถี่ของมอเตอร์เป็น 30 Hz เราจะเปลี่ยนทรานซิสเตอร์เอาท์พุตของอินเวอร์เตอร์ให้ช้าลง อย่างไรก็ตาม หากเราลดความถี่ลงเหลือ 30Hz เราจะต้องลดแรงดันไฟฟ้าลงเป็น 240V เพื่อรักษาอัตราส่วน V/Hz

สิ่งนี้เรียกว่าการปรับความกว้างพัลส์หรือ PWM ลองนึกภาพว่าเราสามารถควบคุมแรงดันในท่อน้ำได้โดยการเปิดปิดวาล์วด้วยความเร็วสูง แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่เป็นประโยชน์สำหรับระบบท่อ แต่ก็ใช้ได้ดีกับ VFD โปรดทราบว่าในครึ่งรอบแรก แรงดันไฟฟ้าจะเปิดครึ่งหนึ่งและปิดครึ่งหนึ่ง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยคือครึ่งหนึ่งของ 480V หรือ 240V ด้วยเอาต์พุตพัลส์ เราจะได้แรงดันเฉลี่ยใดๆ ที่เอาต์พุตของ VFD