Общие сведения о преобразователях частоты

Силовая часть частотно-регулируемого электропривода переменного тока состоит из двух основных элементов: асинхронного двигателя и преобразователя частоты, включенного между двигателем и сетью. Преобразователь частоты не только обеспечивает эффективное регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты напряжения на его входе, но и необходимые значения тока и напряжения.

Преобразователи частоты (ПЧ), применяемые в регулируемых электроприводах с асинхронными и синхронными двигателями, делятся на три вида [3]:

1) с промежуточным звеном постоянного тока (ПЧ, построенные на основе автономных инверторов (АИ));

2) с непосредственной связью;

3) с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты.

Одним из основных узлов первого вида ПЧ является автономный инвертор (АИ), свойства которого определяют характеристику всего ПЧ в целом.

Автономный инвертор- это по существу коммутатор, переключатель, который поочередно подключает фазы нагрузки в цепи переменного тока к положительному и отрицательному полюсам источника постоянного тока. Частота переключений определяет выходную частоту инвертора. В зависимости от режима работы источника постоянного тока и особенностей протекания электромагнитных процессов автономные инверторы разделяют на два вида:

1) автономные инверторы напряжения (АИН);

2) автономные инверторы тока (АИТ).

В ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока (рисунок 2.1,а) производится двукратное преобразование напряжения питающей сети. Сначала оно выпрямляется выпрямителем В, а затем с помощью автономного инвертора преобразуется в переменное напряжение или ток регулируемой частоты. Между выпрямителем и автономным инвертором обычно включается фильтр, сглаживающий пульсации либо выпрямленного напряжения, либо выпрямленного тока. Выходная частота ПЧ может регулироваться в широких пределах как вверх, так и вниз от частоты питающей сети. Это свойство, а также простота схем и сравнительно небольшое число силовых элементов, сделали подобные преобразователи основной структурой при построении широко регулируемых электроприводов переменного тока.

Рисунок 2.1 – Структурные схемы силовой части преобразователей частоты

Основной недостаток таких преобразователей - двукратное преобразование энергии, что снижает их КПД и увеличивает массу и габариты.

Преобразователи частоты с непосредственной связью строятся на основе реверсивных управляемых выпрямителей. В этих ПЧ выпрямление переменного напряжения источника энергии и преобразование этого выпрямленного напряжения в переменное, регулируемой частоты, совмещено в одном устройстве. Это обуславливает однократное преобразование энергии, повышенный КПД, малые габариты и массу. Основные недостатки таких преобразователей:

- низкий коэффициент мощности;

- больший процент высших гармоник в выходном напряжении;

- сложность системы управления;

- ограниченность максимального значения выходной частоты.

В ПЧ с промежуточным звеном переменного тока (рисунок 2.1,б) напряжение сети U₁ с частотой f₁ преобразуется в однофазное напряжение повышенной частоты f _п, которое поступает затем на вход ПЧ с непосредственной связью. Выходное напряжение ПЧ регулируемой частоты f ₂ подается далее на обмотки статора асинхронного двигателя. Для получения f ₂ 50 Гц значение f _п должно быть более 450 Гц.