Преобразователи частоты. Изучение принципа действия и исследование выходных сигналов преобразователей частоты (Лабораторная работа № 5)

Л а б о р а т о р н а я    р а б о т а    №5

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Цель работы: изучение принципа действия и исследование выходных сигналов преобразователей частоты.

Общие сведения

Преобразователи частоты бывают двух типов: непосредственные    преобразователи    частоты (НПЧ) и  преобразователи    частоты    со звеном    постоянного    тока    или  двухзвенные    преобразователи   (ДПЧ). Их структурные схемы показаны на рис. 5.1 а,б.

НПЧ предназначен для одноступенчатого преобразования энергии переменного тока частоты  ƒ1 в энергию переменного тока другой (обычно более низкой) частоты  ƒ2.

Рис. 5.1.

В этих преобразователях кривая выходного напряжения составляется из участков напряжения сети благодаря непосредственной связи цепи нагрузки с сетью переменнего тока с помощью тиристоров. НПЧ выполняют с однофазными или трехфазными выходом и входом. Для получения более качественной формы кривой выходного напряжения (с малым содержанием высших гармонических колебаний) преобразователи обычно питают от сети трехфазного тока.

Схема трехфазно-однофазного НПЧ, состоящая из двух тиристорных групп с нулевым выводом, приведена на рис.5,2а. Временные диаграммы выходного напряжения преобразователя показаны на рис.5.2 (б - без паузы между полупериодами; в - с паузой).

Рис. 5.2

НПЧ состоит из двух трехфазных выпрямителей, первый из которых присоединен к фазам трансформатора анодами, а второй - катодами. Положительный полупериод выходного напряжения формируется при поочередной подаче отпирающих импульсов на тиристоры группы I , отрицательный - на тиристоры группы II. Открывая поочередно вентили групп I  и II , получим на выходе переменное напряжение с частотой ƒ2.

Среднее значение выходного напряжения нагрузки определяется выражением

U₂ = √2U_2фsin (π/ m_i)    · cosα

π / m₁

где    m₁ – число фаз первичной сети;

α –   угол управления тиристоров.

Из рис. 5. 2 6 видно, что частота выходного напряжения ƒ2 ниже частоты питающей сети ƒ1:

Т₂  = T₁ + nT₁ = T₁                        где n= 0, 1, 2, 3...

2       2      m₁     1/2 +n/m

ƒ1  = T₂ = 2n + m₁ ;  и  ƒ2 = ƒ1m₁

ƒ2      T₁            m₁                             2n+ m₁

Отсюда следует, что частота   ƒ2при φ_n = 0 зависит от частоты первичной сети, числа полуволн первичного напряжения ( n+ 1) и числа фаз m₁первичной сети. Регулирование   ƒ2 в  этом случае происходит дискретно.

Для получения плавного регулирования частоты данного преобразователя необходимо вводить паузу между выключением и включением групп I и П тиристоров. Тогда выходная частота

ƒ2 =    ƒ1m₁π

π(2n +m_{1) +} φ_n m₁

При работе преобразователя на активно-индуктивную нагрузку энергия, накопленная в магнитном поле нагрузки, может быть возвращена обратно в первичную сеть. Для осуществления такого процесса тиристоры группы I и П переводят в инверторный режим: первые-при отрицательном,  вторые - при положительном напряжении. Перевод в инверторный режим осуществляется системой управления при увеличении угла регулирования  α  до значений, больших  π/2.

Если изменять углы отпирания тиристоров групп I и П по определенному закону с заданной частотой ƒ2, то на выходе преобразователя можно получить напряжение, изменяющееся по любому закону.

ДПЧ состоит из выпрямителя и инвертора.  Выпрямитель преобразует переменный ток (однофазный или трехфазный) промышленной частоты в постоянный, которым питается автономный инвертор. Таким образом, при сочленении выпрямителя и инвертора достигается преобразование переменного тока одной частоты (обычно промышленной)  в переменный ток другой частоты (непромышленной,  обычно более высокой