Làm thế nào để tăng tần số hoạt động dẫn đến giảm kích thước của mạch biến tần?

Tôi đã đọc về biến tần trong sách giáo khoa nơi tác giả nói rằng

Kích thước và chi phí của mạch có thể được giảm đến một mức độ nào đó nếu tần số hoạt động tăng lên nhưng sau đó phải sử dụng thyristor cấp biến tần rất tốn kém.

Làm thế nào để tăng tần số có ảnh hưởng đến kích thước của mạch biến tần (hoặc nó cũng ảnh hưởng đến phần còn lại của mạch?). Có một số vật lý liên quan gây ra điều này?

Yếu tố đơn lớn nhất thường là kích thước cuộn cảm. Nếu bạn ví dụ tần số gấp đôi, bạn thường có thể giảm một nửa độ tự cảm (vì trở kháng của cuộn cảm thuần tỷ lệ với tần số). Trong thực tế, một số yếu tố được áp dụng sao cho nó không phải là mối quan hệ tuyến tính trực tiếp, nhưng đủ tốt.

Nếu bạn cần một dòng điện cực đại là 1A thì thời gian tăng từ 0 đến 1A có liên quan chủ yếu đến điện cảm và điện áp đặt vào. Nếu cuộn cảm được cho là nhỏ hơn 10 lần thì các đường dốc hiện tại với tốc độ ~ 10 lần. Thời gian xả cũng được tăng tốc tương tự và chu kỳ tổng thể nhanh hơn nên tần số hoạt động cao hơn. Bạn có thể xem điều này như cuộn cảm nhỏ hơn gây ra hoạt động tần số cao hơn hoặc tần số cao hơn cho phép cuộn cảm nhỏ hơn.

Nếu văn bản đề cập đến thyristor trong bối cảnh đó, nó có thể là một cái cũ hoặc đang xử lý mức năng lượng cực kỳ cao. Ngày nay, đối với hầu hết các mục đích, các bộ biến tần thường sử dụng cả MOSFET hoặc IGBT. Các bộ biến tần lớn nhất vẫn có thể sử dụng van Thyratron - chẳng hạn như nhiều bộ MegaWatt được sử dụng để chuyển đổi nguồn DC sang AC cho cáp ngầm DC.

Trong các ứng dụng hiện đại di động điển hình, một biến tần có thể đã hoạt động ở tần số 100 kHz hoặc ít hơn 10 năm trước hiện có khả năng hoạt động ở mức 500 kHz đến 2 MHz và một số hoạt động trở lại ở mức cao hơn. Ở mức 1 MHz + và mức công suất khoảng vài Watts, kích thước của cuộn cảm có thể là 10% -20% kích thước ở 100 kHz và cuộn cảm vẫn có thể chi phối kích thước tổng thể.

Lưu ý rằng khả năng mang dòng điện ~ tỷ lệ thuận với diện tích dây nhưng độ tự cảm tỷ lệ thuận với số bình phương. Điều này không có nghĩa là mặc dù kích thước lõi chỉ thay đổi theo tần số sqrt vì bạn có vấn đề về tiết diện lõi, chiều dài đường dẫn lõi, kích thước cửa sổ quanh co và nhiều thứ khác để thêm phần thú vị.

Việc sử dụng tần số cao hơn đòi hỏi các tụ điện nhỏ hơn, cuộn cảm / biến áp vật lý nhỏ hơn và lõi của chúng, và do đó làm giảm kích thước tổng thể của một thiết kế.

• ứng điện dung , do đó, đối với mọi phản ứng đã cho (mong muốn, v.v.), tần số cao hơn cho phép điện dung thấp hơn .$X_C = \dfrac{1}{2\pi fC}$fC
• ứng cảm ứng một lần nữa, đối với bất kỳ phản ứng đã cho nào, tần số cao hơn cho phép có độ tự cảm nhỏ hơn .$X_L = 2 \pi fL$fL

Mặt khác, tùy thuộc vào mục đích sử dụng, một biến tần tần số cao có thể không phù hợp với mục đích: Đối với các bộ biến tần nguồn trong nước, đầu ra ít nhất phải gần với tần số chính được yêu cầu cho hầu hết các thiết bị.

Cách mà một số bộ biến tần hình sin giải quyết vấn đề này, là bằng cách hoạt động ở tần số cao hơn nhiều, từ kilohertz đến megahertz và tạo ra dạng sóng hình sin thông qua PWM. Do đó, phần lớn việc truyền tải điện xảy ra ở tần số cao hơn, với bộ lọc thông thấp giai đoạn cuối để loại bỏ các sóng hài cao hơn từ tín hiệu PWM và để lại một sóng hình sin mượt mà ở mức 50/60 Hz mong muốn.

Tôi đã có cùng một vấn đề và đây là những gì tôi tìm thấy:

XL = 2πfL
Z = (R2 + XL) 1/2
I = V / Z

Khi f tăng XL tăng.
Khi XL tăng Z tăng.
I tỷ lệ nghịch với Z do đó khi Z tăng tôi giảm.
Do đó tăng tần số dẫn đến giảm trong hiện tại.