5.3. Перетворювачі частоти

В сучасних електроприводах з частотним регулюванням швидко-сті використовуються різні перетворювачі частоти (ПЧ). За принци-пом дії й будовою силової частини ПЧ поділяються на дві групи: з безпосереднім зв’язком навантаження з мережею живлення та ПЧ з проміжною ланкою постійного струму.

Перетворювач з безпосереднім зв’язком перетворює напругу у напругу частотою . При цьому . Силова частина ПЧ подібна до силового кола двокомплектного реверсивно-го тиристорного перетворювача постійного струму (рис.4.6). Змін-ний струм нижчої частоти створюється почерговим відкриттям ти-ристорних груп з частотою . Форма вихідної напруги на рис.5.7 відповідає частоті .

Рис.5.7. Форма вихідної напруги перетворювача частоти з безпосереднім зв’язком

Перевагами даного перетворювача є одноразове перетворення електричної енергії і, як наслідок – високий ККД (0,97...0,98), мож-ливість регулювати вихідну напругу і рекуперативний режим робо-ти. Недоліки: регулювання частоти вниз від частоти мережі, велике число тиристорів (по шість на кожну фазу) і низький коефіцієнт по-тужності (менше 0,8).

Використовують перетворювач із безпосереднім зв’язком тоді, коли є потреба регулювати плавно швидкість безредукторного при-вода, для якого номінальна швидкість складає 12-15 Гц (кульові млини тощо).

Перетворювачі частоти з ланкою постійного струму поєд-нують керований випрямляч змінної напруги у постійну КВ та автономний інвертор АІ, що перетворює постійну напругу у трифазну регульованої частоти напругу (рис.5.8). Між випрямлячем та інвертором вмикається LC-фільтр.

В якості КВ може бути будь-який перетворювач змінного струму у постійний, але, зазвичай, використовують трифазний мостовий п еретворювач як найбіль-ше економічний.

С

Рис.5.8. Структурна схема перетворювача

частоти з ланкою постійного струму

истема керування випрямлячем СКВ аналогі-чна системі СІФК перет-ворювачами постійного струму. Призначення системи керування автономним інвертором СКАІ зов-сім інше: вона забезпечує необхідний алгоритм вмикання транзисторних ключів (IGBT-транзисторів) інвертора та тривалість їх роботи, що дає змогу регулювати частоту.

Перевагою перетворювачів частоти з ланкою постійного струму є регулювання частоти як вверх, так і вниз від частоти мережі та регулювання напруги з врахуванням характеру навантаження. Не-долік – подвійне перетворення електричної енергії, що знижує ККД. В перетворювачах частоти для живлення двигунів змінного струму можуть використовуватись як автономні інвертори напруги (АІН), так і автономні інвертори струму (АІС). В АІН система регулюван-ня забезпечує в результаті широтно-імпульсної модуляції на виході інвертора фазні напруги, близькі до синусоїдних, а в АІС – фазні струми в обмотках двигуна, близькі до синусоїдних. На рис.5.9 зображена схема, яка ілюструє перетворення постійної напруги у сту-

п

Рис.5.9. Схема перетворювача частоти з

ланкою постійного струму

інчасту трифазну. В табл.2 наведені значення напруг і алгоритми перемикання транзисторних ключів (замкнений стан ключа відповідає 1, розімкнений – 0). Там же стрілками показані спа-ди напруг у початковий мо-мент: на фазу А припадає , а на фази В і С – по , бо у цих фазах струми у два рази менші. Знаки напруг визначають напрями струмів: до точки 0 додатні, від точки 0 від’ємні. Стан ключів на рис.5.9 відповідає напрузі у початковий момент – замкнені ключі 1, 2, 6 (код 100011).

Згідно з кодами табл.2 на рис.5.10 показані діаграми фазних нап-руг, максимальні значення яких зсунуті на 120 електричних граду-сів.

Таблиця 2

А	+2/3	+1/3	-1/3	-2/3	-1/3	+1/3	+2/3
В	-1/3	+1/3	+2/3	+1/3	-1/3	-2/3	-1/3
С	-1/3	-2/3	-1/3	+1/3	+2/3	+1/3	-1/3
135462	100011	110001	010101	011100	001110	101010	100011

Рис.5.10. Діаграми фазних напруг на виході перетворювача частоти

Маючи на виході інвертора ступінчасту форму напруги, потріб-но сформувати синусоїдну форму струму в обмотці статора. Це до-сягається тим, що мікропроцесор пофазно задає розрахункову фор-му струму, яка порівнюється з дійсним струмом, і їх різниця керує роботою широтно-імпульсного регулятора струму, що створює умовний „коридор”, в межах якого може змінюватись струм.

На рис.5.11 зображено розрахункову синусоїдну форму струму у фазі В, „коридор” і криву дійсного струму . В момент і струм починає наростати майже за експоненціальним законом. Коли він досягає точки , яка знаходи-ться на верхній границі „коридора”, різниця формує сигнал на вимкнення ключа 2. Напруга стане рівною нулю і струм із-за протидії ЕРС самоіндукції почне спадати. Коли струм спаде до нижньої границі „коридора” (точка ), тоді і фор-мується сигнал на включення ключа 2.

а

б

Рис.5.11. Діаграми струму (а) і напруги (б) перетворювача частоти з

широтно-імпульсним керуванням

Так, шляхом включення – виключення ключа 2 буде формуватись крива струму на ділянці 60⁰-120⁰. На ділянці 120⁰-180⁰ комутуватися вже буде ключ 3.

За такого процесу формування струму ширина імпульсів буде різною, тобто буде відбуватися широтно-імпульсне керування робо-тою ключів. Зазвичай, частота комутації знаходиться в межах 5…10кГц і вона буде тим більшою, чим менша стала часу обмоток статора.