Technológia je založená na aktívnych prvkoch IGBT, ktoré tvoria vstupný mostík meniča frekvencie. Existujú dve konfigurácie s rôznymi vlastnosťami:

  • AFE, ktorý využíva DC kondenzátory v jednosmernom medziobvode (ďalej len AFE menič),
  • AFE bez DC kondenzátorov v medziobvode (ďalej v texte označovaný ako tzv. maticový menič).

Ekonomicky výhodnejšia sa javí konfigurácia bez DC kondenzátorov. Táto úspora je však iba zdanlivá. Prináša so sebou významné obmedzenia parametrov výstupného napätia, vyšších harmonických odoberaných zo siete, účinníka a možnosti preklenutia krátkodobých výpadkov napájacieho napätia, tzv. Power Loss Ride Through. Napríklad pri práci v režime nízkych harmonických frekvencií produkuje maticový menič na výstupe len 92 % výstupného napätia (alebo ešte menej!). Navyše, tento menič, na rozdiel od variantu AFE, nedokáže dodávať plné napätie v prípade krátkodobého poklesu vstupného napätia.

Maticový menič má tri prevádzkové režimy:

  • režim maximálneho výstupného napätia (ale zároveň obmedzené tlmenie harmonických);
  • režim nízkych harmonických (ale zároveň obmedzené výstupné napätie) – režim low harmonic;
  • režim preklenutia meniča (ale zároveň veľmi zlý účinník).

Na porovnanie: menič AFE má len jeden prevádzkový režim, ktorý poskytuje optimálne potlačenie vyšších harmonických a zároveň plné výstupné napätie pre motor pri menovitých otáčkach.

Režim maximálneho výstupného napätia

Typický prevádzkový režim, ktorý dokáže dodať menovité napätie motoru pri menovitých otáčkach. V prípade stavu, keď v menovitých otáčkach motor nedostane menovité napätie, by to znamenalo potrebu vyššieho prúdu so všetkými negatívnymi dôsledkami. V tomto režime menič generuje maximálne THD na úrovni viac ako 11 %. Všeobecne akceptovaná hodnota pre meniče low harmonic je podľa IEEE 519 na úrovni 5 %.

Režim low harmonic

Maticový menič dokáže v tomto režime generovať THD na úrovni cca 5,6 % pri menovitej záťaži. Výstupné napätie pri menovitých otáčkach však dosiahne maximálne cca 88 %. Je to spôsobené absenciou DC kondenzátora a jednosmerného medziobvodu. Znížené napätie pri menovitých otáčkach znamená, že ak chceme dosiahnuť menovitý výkon, musí sa nahradiť prúdom. Motor teda odoberá vyšší prúd, čo môže znamenať jeho prehrievanie. Na zvýšený prúd musí byť dimenzovaný rovnako menič aj celá kabeláž.

Režim preklenutia meniča

Vhodne vybrané prvky IGBT sú trvalo v zopnutom stave a motor má plné napájacie napätie. Motor beží, ako keby bol priamo napájaný zo siete. Režim neumožňuje reguláciu otáčok a motor trvalo beží na menovité otáčky. Výhodou je plné napätie dodávané motoru pri menovitých otáčkach. Nevýhodou je, že je potlačená jedna zo zásadných výhod meniča low harmonic. Ide o zlý účinník, ktorého hodnota je na úrovni účinníka samotného motora.

Tento režim navyše potláča základnú výhodu meničov frekvencie – otáčkovú reguláciu a s tým spojené výhody v podobe kvality regulačného procesu a možných energetických úspor. V porovnaní s maticovým meničom plnohodnotný menič AFE v menovitom prevádzkovom bode zabezpečuje účinník 1 bez zaváhania.

AFE frekvenčné meniče radu Ultra Low Harmonic od spoločnosti ABB využívajú topológiu s DC medziobvodom a DC kondenzátorom. Majú len jeden prevádzkový režim bez uvedených obmedzení. Poskytujú všetky výhody regulovaného pohonu s optimálnymi parametrami: spĺňajú normu IEEE 519, plné napätie motora pri menovitých otáčkach, jednotkový účinník už od 50 % záťaže, plnohodnotné preklenutie krátkodobých výpadkov napájania. Sú tak ideálnym riešením pre najnáročnejších zákazníkov.

Podrobnú verziu vrátane meraní a výsledných grafov možno nájsť na blogu spoločnosti ABB Slovensko.

Tibor Baculák