1.3.2. Преобразователи переменного тока

Большая часть электроприводов переменного тока промышленных мехатронных модулей питается от трехфазной сети. Поэтому силовой электронный преобразователь, задачей которого является формирование напряжения и тока в обмотках статора с частотой отличной от частоты источника питания, называется преобразователем частоты.

Рис. 1.26. Основные типы силовых преобразователей частоты

Преобразователи частоты по числу ступеней преобразования энергии делятся на преобразователи с непосредственной связью (НПЧ) и с промежуточным звеном постоянного тока (рис. 1.26).

В настоящее время оба типа преобразователей находят применение. Однако, с появлением силовых транзисторов с изолированным затвором (IGBT – insulated gate bipolar transistor), преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока в мехатронных модулях заняли доминирующие позиции.

1.3.2.1. Преобразователи частоты с непосредственной связью

В преобразователях частоты с непосредственной связью выходное напряжение формируется из участков синусоид напряжения сети питания, при этом двигатель в каждый момент времени оказывается подсоединенным непосредственно к сети. Чаще всего такие преобразователи выполняются с естественной коммутаций тиристоров и поэтому имеют частоту выходного напряжения ниже частоты питающей сети.

Принципиальная схема и временная диаграмма напряжений одной фазы НПЧ приведена на рис. 1.27. Схема силовой части каждой фазы преобразователя состоит из двух полумостов (групп тиристоров), включенных по встречно-параллельной схеме. В процессе работы управляющие импульсы поступают поочередно на тиристоры катодной и аноднойгрупп. Когда управляющие импульсы подаются последовательно на тиристорына нагрузке формируется положительная полуволна напряжения относительно нулевого вывода трансформатора. При работе тиристоровина нагрузке формируется отрицательная полуволна напряжения. В результате последовательной цикличной работы катодной и анодной групп тиристоров на нагрузке создается переменное напряжение с частотой основной гармоникиболее низкой, чем частота питающей сети.

В общем случае при питании таких преобразователей от промышленной трехфазной сети переменного тока частота выходного напряжения может быть рассчитана по зависимости

, (1.59)

где - число участков синусоид в полуволне. Из чего следует, что частота выходного напряженияпри питании преобразователя от сети с частотой, может принимать только ступенчатые значения30; 21,5; 16,7 Гц и т.д.

Изменением угла управления можно регулировать величину амплитуды выходного напряжения.

Рис. 1.27. Принципиальная схема (а) и временные диаграммы

напряжений (б-г) одной фазы преобразователя частоты

с непосредственной связью

Непосредственный преобразователь частоты может быть выполнен также и на основе мостовых выпрямителей. Существуют и другие, более сложные варианты реализации силовой части преобразователей частоты. Однако для всех них основным недостатком остается низкое качество выходного напряжения и возможность его получения только более низкой частоты, чем напряжение питающей сети.