7.1. Перетворювачі частоти з безпосереднім зв’язком.

Перетворення частоти базується на імпульсному керуванні на-півпровідниковими приладами (транзисторами або тиристорами).

а

б

Рис. 43. Однофазний перетворювач з безпосереднім зв’язком:

а – схема; б – часові діаграми.

Принцип роботи покажемо на схемі однофазного перетворювача частоти, схема якого наведена на рис. 43. В додатний півперіод вхідної напруги подаємо імпульс керування на тиристор , який відкривається і проводить струм через дросель і ліву поло-вину первинної обмотки трансформатора і одночасно заряджає-ться комутуючий конденсатор через праву половину первинної обмотки і відкритий . Через половину заданого періоду подаємо на , який теж відкривається. Заряджений конденса-тор розряджається через і , але оскільки струм розряджання протилежний за напрямом струму , то він закри-вається, а конденсатор перезаряджається на протилежну полярність. При відкритому стані струм від джерела протікає через , праву половину первинної обмотки трансформатора і на вторинній обмотці отримуємо різнополярну напругу з частотою .

Аналогічно формується вихідна напруга при від’ємній пів синусоїді – комутуються тиристори і (рис. 43, б).

Оскільки комутація тиристорів примусова і здійснюється конден-сатором , то частоту можна змінювати зміною частоти ке-руючих імпульсів . Струм через первинні обмотки протікає через дросель з індуктивністю , тому за законом комутації форма ви-хідної напруги буде близько до синусоїдної.

Перевагою таких перетворювачів частоти є їх простота і надій-ність в роботі. До основних недоліків слід віднести наявність гармо-нік вищих частот, створення магнітних завад для інших електрон-них пристроїв, модуляція амплітуди вихідної напруги частотою вхідної напруги .

7.2. Перетворювачі частоти з проміжною ланкою постійного струму

Структурна схема такого перетворювача наведена на рис. 44. В залежності від призначення перетворювачі частоти поділяють на з фіксованою частотою і із змінною частотою.

Рис. 44. Структурна схема перетворювача частоти з проміжною ланкою постій-ного струму: – керований випрямляч; – автономний інвертора; – електроприймач; – схема керування випрямлячем; – схема керуван-ня інвертором; – вимірювач частоти вихідної напруги .

Оскільки із змінною частотою призначаються, як правило, для регулювання швидкості асинхронних двигунів, то від цих перетворювачів вимагається із змінною частотою змінювати величину вихідної напруги . Це обумовлено ось чим.

Відомо, що напруга фази статора асинхронного двигуна

/7.1/

де – ЕРС фази статора, обумовленої основним магнітним пото-ком ; – кількість витків фазної обмотки статора; – частота струму живлення; – обмотковий коефіцієнт.

З (7.1) видно, що при збільшенні частоти без зміни напруги живлення зменшиться магнітний потік , оскільки зменшиться струм в обмотці статора через збільшення індуктивного опору . Отже, частота обертання ротора збільшиться, але момент на валу зменшиться і, як наслідок, недовикористання можливостей двигуна.

При зменшенні частоти напруги живлення зменшиться індуктив-ний опір, збільшиться струм статора, збільшиться , відбувається насичення магнітопровода і, як наслідок, зменшується , зменшується індуктивність і різко збільшується струм, що недопустимо.

Для забезпечення роботи двигуна при постійному , постій-ному ковзанні , незмінному ККД потрібно виконати умову

/7.2/

де , , – номінальні напруга, частота і момент на валу, передбачені паспортними даними; , – відповідно при іншій частоті .

Ось тому в інверторах частоти необхідний тиристорний випрям-ляч, який дає змогу змінювати величину випрямленої напруги від-повідно зміні частоти.

Для прикладу розглянемо роботу найбільш розповсюдженого інвертора напруги на транзисторах (рис. 44).

Перевагою транзисторних перетворювачів напруги є здійснення комутації (відкривання і закривання) прямокутним імпульсом додатної і від’ємної полярності.

Принцип роботи схеми, рис. 44, наступний. Хай в момент часу відкриті транзистори , і , через які протікають струми навантаження , , . Закриваємо і відкриває-мо . Оскільки навантаження має активно-індуктовний харак-тер, то струм не може миттєво припинитися і продовжує проті-кати через діод . Отже, діоди усувають перенапру-гу на транзисторах і відводять до джерела постійної напруги індуктивну складову струму.

Шунтування кожного транзистора діодом обов’язкове. Транзис-тори ввімкнуті за мостовою схемою і пропускають струм на протязі періода .

Рис. 45. Перетворювач частоти на транзисторах

Перемикання транзисторів проводиться через кожні в послідовності, згідно нумерації транзисторів. Регулювання частоти здійснюється шляхом широтно-імпульсної модуляції сигналів керування: частота вихідної напруги обернено пропорційно ширині імпульсів керування, які подаються на бази транзисторів.