Напомним, что базовое уравнение для электрической мощности — P = VI, или мощность = напряжение, умноженное на ток. Это означает, что при заданном уровне мощности напряжение и ток обратно пропорциональны. Другими словами, чем выше напряжение питания, тем ниже будет потребляемый ток. Для двигателей переменного тока, которые используются в приложениях высокой мощности, работа при низком напряжении приводит к тому, что двигатель потребляет очень большой ток, что приводит к более высокому потреблению энергии, снижению эффективности и повышению стоимости. Как вы можете видеть из уравнения мощности, потребляемый ток может быть уменьшен за счет увеличения напряжения, подаваемого приводом.

Полное уравнение для трехфазной мощности имеет вид:

P = V * I * PF * 1,732

Где:

P = мощность (Вт)

V = напряжение (вольты)

I = ток (ампер)

ПФ = коэффициент мощности(предоставленопроизводитель)

Коэффициент мощности — это отношение рабочей мощности к кажущейся мощности — по сути, то, насколько эффективно используется электричество.

Константа 1,732 представляет собой квадратный корень из 3 и используется для 3-фазной мощности, чтобы учесть тот факт, что все три фазы не вырабатывают одинаковое количество энергии одновременно.

Приводы переменного тока обычно классифицируются как низковольтные, среднего напряжения и высоковольтные, хотя классификации для каждого типа различаются в зависимости от производителя и даже стандарта. Стандарт ANSI C84.1 определяет низкое напряжение как от 240 до 600 В переменного тока, в то время как среднее напряжение обычно составляет 2300 или 4160 В переменного тока (3300 или 6600 В переменного тока в Европе и большинстве стран остального мира), но оно может достигать 69 000 В переменного тока. Высокое напряжение, согласно ANSI C84.1, составляет от 115 000 до 230 000 В переменного тока.

Основываясь на приведенном выше уравнении трехфазной мощности, вот пример разницы в потребляемом токе между приводом низкого и среднего напряжения:

Если двигатель мощностью 1000 л.с. (746 кВт) работает при напряжении 480 В, потребляемый ток составит:

746,000 ВТ = 480 В * Я * 0.87 * 1.732

I = 1031 А

Тот же двигатель мощностью 1000 л.с. (746 кВт), работающий при напряжении 4160 В, будет потреблять ток в:

746 000 Вт = 4160 В * I * 0,87

I = 206 А

Приводы среднего напряжения могут быть либо инвертор источника тока или инвертор источника напряжения типы, хотя типы VSI более популярны из-за высокой надежности и низких гармонических искажений. Приводы переменного тока в этой конфигурации называются ШИМ-приводами с многоуровневым источником напряжения среднего напряжения.

Напомним, что инверторы преобразуют энергию постоянного тока обратно в переменный ток с требуемой частотой и напряжением. Термин “многоуровневый” относится к выходу инвертора, а ШИМ — это широтно-импульсная модуляция, которая переключает напряжение постоянного тока для создания мощности переменного тока. В многоуровневом исполнении инвертор использует несколько напряжений постоянного тока (а не только два напряжения, как в типичном 2-уровневом инверторе) для синтеза формы сигнала переменного тока, что делает его почти синусоидальным по своей природе. Это позволяет уменьшить частоту переключения ШИМ и уменьшает dV / dt, что уменьшает гармоники.Большинство приводов переменного тока среднего напряжения также включают в себя многофазный трансформатор на передней панели, который работает совместно с многоуровневым инвертором для уменьшения гармоник. А для применений с высокими динамическими нагрузками также может быть использован активный передний конец. Активный интерфейс уменьшает гармоники на стороне линии (входа), контролируя уровень гармоник и активно фильтруя форму сигнала для обеспечения демпфирования.

Термин dV/dt относится к изменению напряжения с течением времени. В приложениях с ШИМ он описывает быстрое повышение напряжения при каждом импульсе формы сигнала ШИМ.

Приводы переменного тока среднего напряжения обычно подходят для применений, требующих двигателей мощностью от 500 до 20 000 л.с., где разница в потребляемом токе между низким и средним напряжением становится существенной. Двигатели этой серии часто используются для управления большими компрессорами, насосами и вентиляторами на электростанциях, нефтехимических заводах, объектах по очистке воды и сточных вод и шахтах.