1. Безпосередні перетворювачі частоти
Безпосередні перетворювачі частоти слугують для перетворення енергії змінного струму частоти f1 в енергію змінного струму іншої (як правило нижчої) частоти f2.
Рис. 1. Схема двокомплектного безпосереднього перетворювача частоти
В цих перетворювачах крива вихідної напруги формується з фрагментів напруг мережі завдяки здійсненню за допомогою тиристорів безпосереднього зв’язку ланки навантаження з мережею змінного струму. Часова діаграма кривої вихідної напруги перетворювача наведена на рис. 2.
Крива вихідної напруги формується під час почергового (1, 2, 3, 4, …) вступу тиристорів перетворювача в роботу, але з циклічною зміною в часі їх кутів відкривання. Як результат крива вихідної напруги складається із фрагментів міжфазних напруг вторинних обмоток трансформатора з основною гармонійною складовою uн(1), яка за формою близька до синусоїди. Якщо б навантаження було чисто активним, то змінна напруга на ньому створювалася б за почергової роботи обох тиристорних комплектів тільки в режимі випрямлення. Під час формування додатньої півхвилі напруги працює перший тиристорний комплект з кутом керування 1 , що змінюється від 90° до 0 і надалі знову зростає до 90°, а під час формування від’ємної півхвилі напруги працює в режимі випрямлення другий тиристорний комплект з кутом керування 1І, який змінюється в тих же межах. В будь-який проміжок часу робота перетворювача на чисто активне навантаження відбувається з споживанням енергії із мережі змінного струму з частотою f1 через тиристорні комплекти 1або 2.
Рис. 2. Часова діаграма вихідної напруги uн(1) та струму ін безпосереднього перетворювача частоти
За активно-індуктивного навантаження існують проміжки часу, впродовж яких струм iн та напруга uн(1) навантаження знаходяться у протифазі (наприклад, ділянки 0 - w2t1, - w2t2 …). На вказаних проміжках часу відповідний тиристорний комплект працює в режимі інвертування. Наприклад, на проміжку w2t1 - тиристорний комплект 1 працює в режимі випрямлення, а після досягнення точки він переводиться в режим інвертування, який триває до w2t2. На проміжку від точки w2t2 до 2 другий тиристорний комплект працює в режимі випрямлення. Інвертувальний режим роботи другого тиристорного комплекту відповідає проміжку 0 - w2t1.
З рис. 2 видно, що частота вихідної напруги не може бути рівною або вищою від частоти мережі живлення. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц. Як наслідок - малий діапазон керування швидкості обертання двигуна (не більше 1:10). Це обмеження не дозволяє застосовувати такі перетворювачі в сучасних частотно регульованих приводах із широким діапазоном регулювання технологічних параметрів.
Використання одноопераційних тиристорів вимагає відносно складних систем керування, які збільшують вартість перетворювача. Перехід тиристорних груп перетворювача з режиму випрямлення в режим інвертування та навпаки створює чималі труднощі в організації узгодженого суміщеного чи узгодженого розмежованого керування тиристорами цих груп.
"Різана" синусоїда на виході перетворювача є джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрів електричної машини, зниження моменту, дуже сильні завади в мережі живлення. Застосування пристроїв, які усувають ці недоліки, призводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниженню ККД системи в цілому.
Поряд з названими недоліками перетворювачів з безпосереднім зв'язком, вони мають певні переваги, а саме:
- практично найвищий ККД щодо інших перетворювачів (98,5% і вище);
- здатність працювати з високими напругами й великими струмами робить можливим їхнє використання в потужних високовольтних приводах;
- відносна дешевизна, незважаючи на збільшення абсолютної вартості за рахунок схем керування й додаткового устаткування.
Схеми перетворювачів з безпосереднім зв’язком використаються в старих приводах, а їх нові конструкції практично не розробляються. На зміну їм успішно впроваджені перетворювачі частоти на основі автономних інверторів з ланкою постійного струму.