5.2 Преобразователи частоты со звеном постоянного тока

Структурная схема ПЧ со звеном постоянного тока показана на рис.5.3. Она содержит:

- входной фильтр Ф_вх для защиты сети переменного тока от помех преобразователя;

- выпрямитель В;

- фильтр выпрямителя Ф_в, определяющий режим работы выпрямителя как источника напряжения или источника тока;

- автономный инвертор напряжения или тока;

- выходной фильтр Ф_вых, улучшающий форму выходного напряжения.

Таким образом, в ПЧ данного типа имеет место двойное преобразование энергии источника: вначале переменное напряжение выпрямляется, затем постоянное напряжение преобразуется в переменное с необходимыми параметрами.

Основным преимуществом ПЧ со звеном постоянного тока является возможность получения на выходе напряжения, частота которого регулируется в широких пределах, как ниже, так и выше частоты сети.

Недостатком такого ПЧ является снижение к.п.д. вследствие двойного преобразования энергии, а так же усложнение схемы управления для обеспечения двухстороннего обмена энергией между источником и нагрузкой.

Функции регулирования частоты выходного напряжения выполняет инвертор. Регулирование амплитуды выходного напряжения возможно двумя способами:

- за счёт изменения напряжения постоянного тока на входе инвертора;

- за счёт регулирования выходного напряжения инвертора методом ШИМ.

При использовании инвертора напряжения в цепи постоянного тока имеется конденсатор значительной ёмкости, вследствие чего снижается скорость изменения напряжения, что существенно ограничивает возможности амплитудного регулирования. Вследствие этого более распространены ПЧ с использованием ШИМ. Структурно ПЧ с инвертором тока предусматривает использование управляемого выпрямителя.

6 Основные типы формирователей импульсов управления

Часть системы управления преобразователем, которая формирует логику входных сигналов силовых ключей, а затем их усиливает до требуемых уровней тока и напряжения, называется формирователем импульсов управления (ФИУ). Основным источником помех для системы управления является силовая часть преобразователя и частично усилительный блок ФИУ. Протекание силовых токов большой амплитуды создаёт проблемы в надёжности функционирования системы управления. Поэтому во всех мощных преобразователях осуществляют потенциальную развязку между силовой и управляемой частью. Дополнительной причиной необходимости разделения силовых и управляющих цепей преобразователя является проблема управления силовыми ключами верхнего уровня, которые не имеют непосредственной связи с общей шиной силовой схемы.

По принципу построения потенциальной развязки ФИУ делятся на следующие типы:

1. ФИУ, использующие передачу импульса управления заданной формы и мощности при потенциальной развязке за счёт трансформатора;

2. ФИУ, использующие раздельную передачу энергии и информационного сигнала, определяющего в основном длительность и фазу импульса управления.

6.1 Трансформаторные фиу биполярных транзисторов

Схемные варианты трансформаторных ФИУ биполярных транзисторов сводятся к двум основным режимам: постоянный ток управления (ток базы) при изменении тока нагрузки и пропорциональное изменения тока управления с изменением тока нагрузки. Для импульсного трансформатора это означает, что в первом случае он используется как трансформатор напряжения, а во втором как трансформатор тока. С энергетической точки зрения пропорциональное управление более выгодно, поскольку при постоянном токе управления расходуется избыточная мощность. Пропорциональное токовое управление кроме того позволяет поддерживать насыщенное состояние транзистора при различных нелинейных нагрузках, вызывающих изменение выходного тока ключа.