.ρύθμιση στροφών σε τριφασικούς κινητήρες.

Ο inverter είναι ένας ηλεκτρονικός αντιστροφέας που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα (DC) σε εναλλασσόμενο (AC).


Οι ρυθμιστές ταχύτητας για τριφασικούς AC κινητήρες μετατρέπουν την AC τροφοδοσία σε DC μέσω ενός ανορθωτή πλήρους κύματος και την DC σε μεταβλητής συχνότητας και τάσης AC έξοδο χρησιμοποιώντας διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM).


Η AC ζητούμενη κυματομορφή παράγεται με την διακοπτική λειτουργία των τρανζίστορ εξόδου (IGBTs) που ανοιγοκλείνουν σε μια σταθερή συχνότητα. Μεταβάλλοντας τον χρόνο αγωγής και αποκοπής των IGBTs παράγεται το ζητούμενο ρεύμα αλλά η τάση εξόδου είναι πάντα μια σειρά τετραγωνικών παλμών.




Με την διαδικασία αυτή γίνεται η ρύθμιση στροφών σε τριφασικούς κινητήρες.







Δομή των ρυθμιστών στροφών - Inverter


Οι ρυθμιστές στροφών ασύγχρονων κινητήρων αποτελούνται από τέσσερα βασικά μέρη.




Κύκλωμα ισχύος ενός ρυθμιστή στροφών με διπολικά τρανζίστορ.



Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα από τα αριστερά προς τα δεξιά παρατηρούμε:
• Την ανορθωτική διάταξη η οποία μπορεί να αποτελείται είτε από διόδους είτε από θυρίστορ. Σκοπός της διάταξης αυτής είναι η μετατροπή της εναλλασσόμενης τάσης του δικτύου σε συνεχή με σταθερή ή με ρυθμιζόμενη τιμή.
• Η προκύπτουσα συνεχής τάση εισέρχεται σε ένα κατω διαβατό φίλτρο προκειμένου να εξαλειφθεί η κυμάτωση της. Το φίλτρο αυτό μπορεί να αποτελείται είτε μόνο από μία συστοιχία πυκνωτών, είτε από μία συστοιχία πυκνωτών και ένα πηνίο.
• Η εξομαλυμμένη τάση στη συνέχεια τροφοδοτεί τον αντιστροφέα. Σκοπός της διάταξης αυτής είναι η μετατροπή της συνεχούς τάσεως σε εναλλασσόμενη μεταβλητής συχνότητας και μεταβλητού πλάτους.
• Τέλος υπάρχει και η μονάδα ελέγχου, σκοπός της οποίας είναι να εποπτεύει και να ελέγχει την λειτουργία των προαναφερθέντων τριών τμημάτων.







Τάσεις εξόδου αντιστροφέα για διάφορους παλμούς οδήγησης των ημιαγωγικών διακοπτών.












Οι αντιστροφείς, όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, είναι ένα είδος μετατροπέων, οι οποίοι έχουν την ιδιότητα να μετατρέπουν μία πηγή συνεχούς τάσης ή ρεύματος, σε μία εναλλασσόμενη με μεταβλητή συχνότητα και πλάτος. Ο μετατροπέας αυτός αποτελεί και την καρδιά του ρυθμιστή στροφών των ασύγχρονων κινητήρων. Γι' αυτό το λόγο οι ρυθμιστές στροφών ασύγχρονων κινητήρων πολλές φορές αποκαλούνται και απλώς αντιστροφείς (inverters).


Τα βασικά δομικά στοιχεία αυτού του μετατροπέα είναι ηλεκτρονικοί ημιαγωγικοί διακόπτες. Η επιλογή αυτών των ηλεκτρονικών διακοπτών είναι πολύ σημαντική και επηρεάζει καθοριστικά τα χαρακτηριστικά λειτουργίας, την απόδοση αλλά και την ποιότητα ενός αντιστροφέα. Ενδεικτικά αναφέρουμε μερικά από αυτά:


• Θυρίστορ (SCR)







• Διπολικό Τρανζίστορ ισχύος (BJT)





• MOSFET





• IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)





• GTO θυρίστορ (Gate Turn Off Θυρίστορ)





Σύμφωνα με τα σημερινά δεδομένα, η καλύτερη επιλογή για αντιστροφείς ισχύος από 0.55 kW έως 315 kW είναι τα διακοπτικά στοιχεία τεχνολογίας IGBT ενώ για μεγαλύτερες ισχύεις τα διακοπτικά στοιχεία τεχνολογίας GTO.



Κυματομορφή τάσης διαμορφωμένη κατά ημίτονο (SPWM).


Ο αντιστροφέας χρησιμοποιεί κάποιο είδος από τα προαναφερθέντα διακοπτικά στοιχεία και παράγει στην έξοδο του μια σειρά παλμών. Η παλμοσειρά αυτή έχει σταθερό ύψος και μεταβλητό εύρος παλμών και η θεμελιώδης συχνότητά της είναι ίση με την συχνότητα που επιθυμούμε να λειτουργήσει ο κινητήρας. Παράλληλα όμως με τη θεμελιώδη συχνότητα, λόγω της διακοπτικής λειτουργία του αντιστροφέα, παράγονται και ορισμένες άλλες συχνότητες (ανώτερες αρμονικές). Είναι προς το συμφέρον του χρήστη αν αυτές οι συχνότητες έχουν τις δυνατόν υψηλότερες τιμές, για την αποφυγή μαγνητικού θορύβου, πρόσθετων απωλειών και ασταθούς λειτουργίας στον κινητήρα.