1 Преобразователи частоты с автономными инверторами

1.1. Классификация преобразователей частоты для электропривода

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 повышенной частоты.

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 и в 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 (см. рис. 1.1,б) напряжение сети с частотой преобразуется в однофазное напряжение повышенной частоты f_n, 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 f_n должно 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.