Классификация и общая структура преобразователей частоты.
Преобразователи частоты – устройства, преобразующие электрическую энергию переменного тока одной частоты в электрическую энергию переменного тока другой частоты.
Классификация по мощности:
малой мощности (до 100 Вт)
средней мощности (до 1000 Вт)
большой мощности (свыше 1000 Вт)
По напряжению
до 100 В
от 100 В до 1000 В
свыше 1000 В
По числу фаз:
однофазные
трёхфазные
По схеме преобразования:
с промежуточным звеном постоянного тока
с непосредственной связью питающей сети и цепи нагрузки
От схемы преобразования зависят параметры устройства: КПД преобразователя (коэффициент преобразования мощности по выходу), форма выходного тока и напряжения, нагрузочная характеристика (Uвых = f(Iвых)), стабильность параметров, частота выходного напряжения.
Преобразователи частоты могут иметь:
фиксированное значение частот входного и выходного сигнала
с переключаемым изменением
с плавной регулировкой частоты выходного напряжения
Схемы с промежуточным звеном постоянного тока:
Рисунок 3
Методы модуляции инверторов и их сравнительная характеристика.
Для получения качественного плавного регулирования по частоте используются различные методы модуляции в автономном инверторе:
широтно-импульсное регулирование (ШИР)
широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
сочетание ШИР и ШИМ
слежение за эталонным синусоидальным сигналом
1. В простейшем случае ШИР реализуется специальным транзистором в инверторе путём переключения секции обмоток. При регулировании выходного сигнала может изменяться ширина ступеньки, а между ними могут появляться паузы.
Рисунок 4
Число циклов за
период
.
Параметр
– угол регулирования (глубина
регулирования; скважность пауз).
Рассмотренный случай соответствует
однополярному. При двухполярном ШИР во
время пауз напряжение меняет свою
полярность, но не меняет амплитуду:
Рисунок 5
Благодаря этому повышается точность.
Достоинства ШИР – небольшое количество переключающих элементов и число переключений; длительность импульсов и пауз между ними не меняются
Недостаток – повышенный коэффициент нелинейных искажений на низких частотах (надо сильно повышать кратность).
2.
Так же, как в ШИР может быть одно- и
двухполярной, постоянное напряжение
коммутируется с нагрузкой периодически,
но в отличие от ШИР, соотношение
меняется (по синусоидальному закону
меняются величины
,
– частота модуляции,
– модуляция (глубина модуляции); меняется
длительность включённого и выключенного
состояния, но не меняется амплитуда).
Частота регулирования остаётся постоянной
Рисунок 6, 7
Достоинства ШИМ по сравнению с ШИР: коммутируется только одна амплитуда, постоянство тока, ниже коэффициент искажений низкочастотного синусоидального сигнала, меньшее число переключающий устройств, для низких частот можно обеспечить малый коэффициент искажений. Недостаток – более сложная схема управления.
3. Сочетание ШИР и ШИМ
Рисунок 8
Воспроизведение эталонного напряжения обеспечивается различными способами путём сравнения с физическим или расчётным напряжением синусоиды. При этом может осуществляться слежение за выходным напряжением (следящая система с обратной связью).