Принцип работы частотного преобразователя

В настоящее время большинство преобразователей изготовляют по схеме автономного инвертора напряжения. Это связано с появлением полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов: IGB-транзисторов и запираемых тиристоров. Типичная схема электропривода с инвертором напряжения на полностью управляемых приборах дана на рис. 6. Схемной особенностью инвертора напряжения является наличие обратных диодов VD1... VD6 и фильтрового конденсатора С.
В отличие от инверторов тока, для которых характерным является работа в каждый момент времени по одному вентилю в анодной и катодной группах, в инверторах напряжения более целесообразна одновременная работа двух вентилей в одной группе и, одного вентиля в другой группе. При этом продолжительность работы каждого вентиля составляет п. Допустим, что в некоторый момент времени работают транзисторные ключи VT1, VT2 и VT6. Тогда ток протекает по всем трем фазным обмоткам двигателя, причем 2/3 напряжения Ud прикладывается к фазе а и к двум параллельно включенным фазам в и с (рис. 7). При запирании транзисторного ключа VT6 (см. рис. 6) и включении транзисторного ключа VT3 ток в фазе в не может мгновенно измениться и замыкается через диод VD3 на конденсатор С, чем обеспечивается циркуляция реактивной мощности между обмотками двигателя и конденсатором С. После включения транзисторного ключа VT4 ток будет протекать по параллельно включенным фа-

Рис. 6. Схема частотного асинхронного электропривода с транзисторным инвертором напряжения

Рис. 7. Диаграмма работы ключей VT1... VT6 и эпюры линейного и фазного напряжений

Рис. 8. График, поясняющий принцип широтно-импульсной модуляции напряжения и тока фазы автономного инвертора напряжения:

U1, I1 — фазные соответственно напряжение и ток статора; Ud — напряжение
питания; Tk — период ШИМ; T — период частоты выходного напряжения

зам а и с и по фазе в и т.д. Линейное U ав и фазное U а напряжения, прикладываемые к обмоткам двигателя, будут иметь форму, показанную на рис. 7.

Требуемая выходная частота определяется частотой переключения вентилей инвертора и задается каналом регулирования частоты. Регулирование выходного напряжения может выполняться двумя способами:

1) посредством управляемого выпрямителя на входе инвертора, с помощью которого регулируется Ud ',

2) использованием способа широтно-импульсного регулирования, осуществляемого вентилями инвертора; в этом случае входной выпрямитель может быть неуправляемым.

Первый способ характеризуется двумя недостатками: ступенчатой формой выходного напряжения (см. рис. 7) и низким коэффициентом мощности преобразователя.

Более эффективным является второй способ. При широтноимпульсном способе регулирования (рис. 8) возможно не только регулирование среднего напряжения за период, но и коррекция формы выходного напряжения U1. Такое регулирование называют широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Она основана на принципе широтно-импульсного регулирования.

Так как при двухполярной коммутации выходное напряжение преобразователя

то, регулируя непрерывно скважность у по синусоидальному закону

можно получить среднее фазное напряжение, также изменяющееся по синусоиде.

Изменяя с помощью системы управления амплитуду U1 можно регулировать выходное напряжение преобразователя.

При использовании инверторов напряжения для реализации режима рекуперативного торможения асинхронного двигателя необходимо на входе устанавливать реверсивный преобразователь с двумя группами вентилей, что усложняет схему преобразователя и снижает ее надежность. Поэтому в инверторах напряжения обычно предусматривают разрядный резистор R (см. рис. 6), который подключается в режиме торможения транзисторным ключом VT7 и в котором рассеивается энергия торможения.