Преобразователи частоты в приводах переменного тока. Преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения и управляемым выпрямителем

Преобразователи частоты в приводах переменного тока

1.  Преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения и управляемым выпрямителем

Рис. 1.  Структура преобразователя частоты со звеном постоянного тока и управляемым выпрямителем

Наиболее распространенной схемой силовой части такого инвертора (рис.1) является трехфазная мостовая схема, состоящая из 6 управляемых ключей. Эти ключи должны обладать двухсторонней проводимостью. В настоящее время они обычно выполняются на транзисторах, обеспечивающих протекание тока в прямом направлении от полюса источника  постоянного тока к минусу. Обратная проводимость обеспечивается обратными диодами.

Управление частой  на выходе преобразователя осуществляется воздействием на систему управления инвертора, а амплитуда выходного напряжения регулируется путем воздействия на систему управления УВ, который изменяя величину выпрямленного напряжения   формирует выходное напряжения преобразователя.

Диаграмма состояния ключей при 180-градусной коммутации (угловая длительность замкнутого состояния ключей) и форма напряжений на выходе инвертора показаны на рис.2. В каждый момент времени замкнуты три ключа. Состояние ключей изменяется каждую шестую часть периода,

длительность которой в единицах времени  

Последовательность замыкания ключей 1-2-3-4-5-6 соответствует определенному направлению вращения двигателя, для его изменения эта последовательность должна быть изменена на обратную. Из рисунка видно, что существует шесть ненулевых состояний ключей, при которых всегда замкнуты два четных и один нечетный или два нечетных и один четный ключ. Кроме них могут использоваться два нулевых состояния, при которых замкнуты ключи 1-3-5 или 2-4-6. При таком положении все три фазы статора замкнуты на положительный или отрицательный зажим выпрямителя, что соответствует нулю напряжения на нагрузке.

В каждом из шести ненулевых состояний две обмотки статора, соединенные параллельно, включены последовательно с третьей обмоткой. Поэтому на соединенных параллельно обмотках действует напряжение, равное , а на обмотке, соединенной с ними последовательно.

Поскольку выходное напряжение формируется из напряжения на выходе выпрямителя, изменение в результате изменения сигнала задания на входе системы управления выпрямителя приводит к пропорциональному изменению амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты. Показанное на рис.2 линейное напряжение может быть представлено в виде суммы гармоник, не содержащих гармоник кратных двум и трем:

;

.

Первая гармоника линейного напряжения  имеет амплитуду, равную . Амплитуда первой гармоники фазного напряжения равна 0,637.

Так как в данной схеме выпрямитель нереверсивный, то он не пропускает поток мощности от двигателя в сеть. Для обеспечения режима торможения в схеме предусмотрен тормозной резистор . При возникновении условий для тормозного режима ключ  замыкается и энергия торможения рассеивается в тормозном резисторе.

Несинусоидальность выходного напряжения приводит к несимметричному характеру тока  в статорных обмотках и пульсации момента двигателя. Эти пульсации особенно сильно проявляются при пониженной частоте и  небольшом моменте инерции механизма, который приводится в движение приводом. Пульсации момента вызывают неравномерность вращения привода, а иногда и возникновение шагового режима, когда двигатель вращается с остановками.

Таким образом, несинусоидальный характер напряжения на выходе преобразователя накладывает ограничение на возможный  диапазон регулирования скорости  привода. Кроме того, наличие высших гармоник в кривой тока  статора увеличивает потери в двигателе по сравнению со случаем питания двигателя от источника  питания с синусоидальным напряжением . Поэтому в последнее время получили наибольшее распространение преобразователи частоты со звеном постоянного тока , в которых форма тока статора, близкая к синусоидальной , достигается применением инверторов   с ШИМ – модуляцией.

2. Преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения и широтно-импульсной модуляцией

Такие преобразователи выполняются на основе IGBT транзисторов или гибридных модулей на их основе.

          Принцип ШИМ поясняется на примере однофазного инвертора, получающего питание от источника постоянного  тока, рис.3.

Рис.3

          Активно-индуктивная нагрузка включена между средней точкой источника питания и точкой соединения ключей 1 и 2. Система управления включает в себя нуль- орган (НО) и формирователи