Классификация преобразователей частоты для электропривода переменного тока
Силовая часть частотно-регулируемого электропривода переменного тока состоит из двух основных элементов; асинхронного двигателя и преобразователя частоты, включенного между двигателем и сетью. Преобразователь частоты не только обеспечивает эффективное регулирование частоты вращения двигателя изменением частоты напряжения на его входе, но и необходимые значения тока и напряжения.
Преобразователи частоты (ПЧ), применяемые в регулируемых электроприводах с асинхронными и синхронными двигателями, делятся на три вида [1]:
1) с промежуточным звеном постоянного тока (ПЧ, построенные на основе автономных инверторов АИ);
2) с непосредственной связью;
3) с промежуточным звеном переменного тока повышеннойчастоты.
В свою очередь, в зависимости от схемы ПЧ, в особенности от конструкции промежуточного звена постоянного тока, от режима работы источника питания инвертора и особенностей протекания и нем электромагнитных процессов, различают следующие типы автономных инверторов:
1) автономные инверторы напряжения (АИН);
2) автономные инверторы тока (АИТ).
В ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока (рис.1.1 а)производится двукратное преобразование напряжения (энергии) питающей сети. Сначала оно выпрямляется выпрямителем, затем с помощью автономного инвертора преобразуется в переменное напряжение или ток регулируемой частоты. Между выпрямителем и автономным инвертором обычно включается фильтр, сглаживающий пульсации либо выпрямленного напряжения, либо выпрямленного тока. Выходная частота ПЧ может регулировать ив широких пределах как вверх, так и вниз от частоты питающей сети. Это свойство, а также простота схем и сравнительно небольшое число силовых элементов, сделали подобные преобразователи основной структурой при построении широко регулируемых электроприводов переменного тока.
Основной недостаток таких преобразователей-двукратное преобразование энергии, что снижает их КПД и увеличивает массу и габариты.
Преобразователи частоты с непосредственной связью строятся на основе реверсивных управляемых выпрямителей (однофазных, многофазных, нулевых и мостовых).
Рисунок 1.1 – Структурные схемы силовой части преобразователей частоты
В этих ПЧ выпрямление переменного напряжения источника энергии и преобразование этого выпрямленного напряжения в переменное, регулируемой частоты, совмещено в одном устройстве. Это обусловливает однократное преобразование энергии, повышенный КПД, малые габариты и массу. Основные недостатки таких преобразователей: низкий коэффициент мощности, больший процент высших гармоник в выходном напряжении, сложность системы управления и ограниченность максимального значения выходной частоты.
В ПЧ с промежуточным звеном переменного тока (рис. 1.1 б) напряжение сети с частотой
преобразуется в однофазное напряжение повышенной частоты fn, которое поступает затем на вход ПЧ с непосредственной связью. Выходное напряжение ПЧ регулируемой частоты
подаётся далее на обмотки статора асинхронного двигателя. Для получения
> 50 Гц значение fnдолжно быть более 450 Гц.
Одним из основных узлов ПЧ является автономный инвертор АИ, свойства которого определяют характеристику всего ПЧ в целом. В связи с этим рассматриваются основные типы инверторов, применяемых в полупроводниковых ПЧ для электропривода.