14.3.3 Вентильные преобразователи частоты

В вентильных преобразователях частоты (ВПЧ) отсутствуют электрические машины, что резко уменьшает потери энергии, повышает КПД, делает такие преобразования практически безынерционными. Таким образом, в ВПЧ нет основных недостатков, присущих электромашинным преобразователям.

Различают два типа ВПЧ:

а) ВПЧ с так называемой непосредственной связью, в которых в одном устройстве совмещаются функции выпрямителя и инвертора. Такие ВПЧ применялись для получения частот меньших 10 Гц, что и ограничивало их область применения. В настоящее время ВПЧ с непосредственной связью для регулирования скорости АД не применяются;

б) ВПЧ с промежуточным звеном постоянного тока (рис. 14.8), которые независимо от частоты питающей их сети (f1) позволяют получать выходную частоту f2, меняющуюся в очень широких пределах (от сотых долей герца до нескольких тысяч герц).

ВПЧ состоит из:

1) преобразователя Пр1, преобразовывающего энергию питающей сети переменного тока с напряжением U1 и частотой f1 в энергию постоянного тока с регулируемым напряжением U==var;

2) преобразователя Пр2, представляющего собой автономный инвертор с регулируемыми выходной частотой f2=var и напряжением U2=var;

3) фильтра LC в промежуточном звене постоянного тока;

4) блока управления БУ, имеющего два канала для раздельного независимого регулирования напряжения и частоты на выходе ВПЧ.

Регулирование напряжения производится преобразователем Пр1 как в выпрямительном, так и в инверторном режимах. Соответственно асинхронный двигатель, питающийся от ВПЧ, работает в двигательном режиме или в режиме рекуперативного торможения (генератор, включенный параллельно с сетью).

В системах вентильного электропривода с ВПЧ применяются (в зависимости от мощности и глубины регулирования скорости) однофазные, трехфазные (мостовые и с нулевой точкой) преобразователи частоты.

Выходное напряжение U2 ВПЧ не синусоидально, и это недостаток в работе ВПЧ.

Преобразователь Пр1 необходимо выбрать на мощность

, (14.11)

где РН и ηН – номинальные мощность и КПД асинхронного двигателя М.

Инвертор Пр2 выбирается на мощность

. (14.12)

Суммарная установленная мощность оборудования ВПЧ составляет примерно .

В ВПЧ с промежуточным звеном постоянного тока совершается двукратное преобразование энергии, что увеличивает установленную мощность, снижает общий КПД, что является недостатком системы электропривода ВПЧ-Д, но все же меньшим, чем в электроприводах с электромашинными преобразователями частоты.

Регулирование скорости с использованием ВПЧ весьма перспективно и в последнее время находит все большее применение благодаря следующим преимуществам системы ВПЧ-Д:

1) большой диапазон регулирования при малых потерях энергии –

. (14.13)

Асинхронный двигатель в системе ВПЧ-Д работает на естественной жесткой механической характеристике при весьма малых скольжениях. Диапазон частотного регулирования в замкнутых системах ВПЧ-Д достигает ;

2) большая плавность регулирования скорости;

3) малая мощность систем управления ВПЧ, возможность формирования с помощью обратных связей необходимых механических характеристик электропривода;

4) меньшая (по сравнению с электромашинными преобразователями частоты) установленная мощность силового оборудования и меньшая инерционность.

Основной недостаток систем ВПЧ-Д – относительная сложность схем ВПЧ, требующая более высокой квалификации обслуживающего персонала.

Продолжающееся совершенствование ВПЧ и систематическое удешевление их обуславливает наибольшую эффективность частотного регулирования скорости асинхронных электроприводов и перспективность расширения области применения этого способа регулирования.

180