2. Кратко о частотном преобразователе («частотнике»)
Наиболее распространенным типом преобразователей частоты является двухступенчатое преобразовательное устройство (рис. 4),
Рис. 4. Двухступенчатый преобразователь частоты:
В – выпрямитель, Ф – фильтр, АИН – автономный инвертор напряжения,
УУП – устройство управления преобразователем частоты
выполненное на основе силового выпрямителя В трёхфазного переменного напряжения сети и автономного инвертора напряжения (АИН), преобразующего выпрямленное напряжение в переменное трёхфазное с регулируемой частотой и амплитудой. Между выпрямителем и инвертором включён фильтр Ф.
Несмотря на двухкратное преобразование энергии и обусловленное этим некоторое снижение к.п.д., такие преобразователи частоты (с промежуточным звеном постоянного тока) получили наибольшее распространение в различных типах электроустановок.
Автономный инвертор в современных низковольтных преобразователях выполняется на основе силовых биполярных транзисторов IGBT с изолированным затвором. Принцип работы преобразователя частоты иллюстрирован диаграммами напряжений и тока на рис. 5.
Рис. 5. Преобразования сигналов в ПЧ
Переменное напряжение питающей сети uвх с постоянной амплитудой и частотой поступает на управляемый выпрямитель B. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения uвыпр используется фильтр Ф. С выхода фильтра постоянное напряжение ud поступает на вход автономного импульсного инвертора АИН, состоящего обычно из шести силовых транзисторных вентилей («ключей»).
В инверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения ud в трехфазное импульсное напряжение uи с изменяемыми амплитудой и частотой. По сигналам системы управления каждая статорная обмотка двигателя подключается через соответствующие вентили к положтельному и отрицательному выходам фильтра Ф.
За счет поочередного переключения вентилей постоянное входное нпряжение преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение uи. Длительность подключения каждой обмотки в предеах периода повторения импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу полупериода ширина импульсов уменьшается. Таким образом, система управления осуществляет широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя.
При высокой несущей частоте ШИМ (2…15 кГц) обмотки двигателя, вследствие их высокой индуктивности, работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи iвых .
Амплитуда и частота напряжения на выходе АИН определяются параметрами модулирующей синусоидальной функции. В схемах преобразователей с управляемым выпрямителем изменение амплитуды напряжения uи достигается регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора. Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное переменное напряжение с изменяемой амплитудой (Uвых= var) и частотой (fвых= var).
