6.3.1. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока
Большинство
современных ПЧ от долей киловатта до
сотен и тысяч киловатт построены
одинаково (рис. 6.21): сеть переменного
тока – неуправляемый (или управляемый)
выпрямитель В – шины постоянного тока
– конденсатор LC
фильтра – автономный инвертор напряжения
АИН с широтно – импульсной модуляцией
(ШИМ) – асинхронный двигатель АД, к
которому приложено переменное трёхфазное
напряжение с регулируемой частотой и
амплитудой
;
управление инвертором осуществляется
специальным блоком управления СУИ.
В
ПЧ с промежуточным звеном постоянного
тока осуществляется двукратное
преобразование электрической энергии
питающей сети. Сначала она преобразуется
выпрямителем В в энергию постоянного
напряжения
,
а затем с помощью автономного инвертора
АИ – в энергию переменного тока. Между
выпрямителем В и инвертором АИН
устанавливается силовой фильтр LC,
служащий для сглаживания пульсаций
выпрямленного напряжения.
Рис. 6.21. Типовая схема преобразователя частоты
Выходная частота ПЧ может регулироваться в широких пределах как вверх, так и вниз от частоты напряжения питающей сети. Это свойство, а также простота схем и сравнительно небольшое число силовых элементов, сделали подобные преобразователи основной структурой при построении широко регулируемых электроприводов переменного тока. Основной недостаток таких преобразователей - двукратное преобразование энергии, что снижает КПД и увеличивает массу и габариты.
В инверторах применяются те же схемы построения, что и в выпрямителях – однофазные и многофазные. Широкое применение имеют трёхфазная мостовая схема инвертора для питания асинхронных и синхронных двигателей. Для мощных высоковольтных электроприводов применяются многоуровневые инверторы.
Принцип работы автономного инвертора проиллюстрируем на примере простейшей однофазной схемы с четырьмя идеальными ключами 1-4 и активной нагрузкой R (рис. 6.22,а).
При
попарной коммутации ключей 1,2 -3,4 – 1,2
и т.д. через время T/2
(рис. 6.22,б) к резистору R
будет прикладываться переменное
напряжение
прямоугольной
формы с частотой
.
ток при активной нагрузке будет повторять
форму напряжения. Изменяя коммутационный
промежуток T/2,
можно менять частоту в любых пределах.
При
активно-индуктивной нагрузке размыкание
ключей недопустимо без дополнительных
мер, поскольку энергия, накопленная в
индуктивности L,
при разрыве цепи вызывает большое
перенапряжение
и сделает устройство полностью
неработоспособным. Следовательно, при
размыкании ключей должны оставаться
контуры, по которым продолжал бы протекать
ток прежнего направления и запасалась
бы энергия в других элементах (например,
в конденсаторе C),
переданная из разряжающейся индуктивности.
На рис. 6.23,а представлена схема однофазного
инвертора напряжения, выполненного на
управляемых вентилях (например, IGBT)
VT1
– VT4.
Нагрузка АИ активно-индуктивная. Диоды
D3,D4
и D1,D2
создают цепь для подзаряда конденсатора
С при размыкании ключей VT1,
VT2
и VT3,VT4
(ток ). Из диаграммы рис. 6.23,б нетрудно
видеть, что формы напряжения и тока
существенно различны, и ток в силу
индуктивного характера нагрузки отстаёт
от напряжения.
Рис. 6.22. Однофазный инвертор, работающий на активное сопротивление R (а), и диаграмма его работы (б)
Рис.
6.23. Схема (а) и диаграммы тока и напряжения
на нагрузке
