Преобразователи частоты для регулируемого ЭП. Функциональная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока.

Принцип работы преобразователя частоты: Преобразователь частоты (ПЧ) состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора (АИН), системы управления СУИ ШИМ, системы автоматического регулирования (САР), дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв. Регулирование выходной частоты f_вых и напряжения U_вых осуществляется в АИН за счет высокочастотного широтно-импульсного (ШИМ) управления.

Рис. 1. Упрощенная схема автономного инвертора с ШИМ

ШИМ характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора ЭД подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 2). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения АИН можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const. Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При ШИМ-модуляции форма токов в обмотках статора АД получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Рис. 2. Кривые напряжения и тока навыходе Рис. 3. Схема инвертора: И – трехфазный мостовой

инвертора с ШИМ инвертор; В – трехфазный мостовой выпрямитель;

С_ф – конденсатор фильтра

Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых – тиристоров, либо биполярных - транзисторов с изолированным затвором. На рис. 3 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на - транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.

За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя АД, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока АД.