ТИПЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Преобразователь частоты (ПЧ) в электроприводе (ЭП) является силовым регулятором, вход которого подключен к питающей сети с нерегулируемыми значениями напряжения U₁ и частоты f₁, а на выходе обеспечиваются регулируемые значения напряжения U₂(или тока I₂) и частоты f₂ в зависимости от задания и управляющих сигналов U_y (рис. 1).

Рис. 1. Преобразователь частоты в ЭП

Применение ПЧ в ЭП обеспечивает наиболее экономичные способы регулирования скорости и момента электродвигателей переменного тока.

Рис. 2. Включение ПЧ в статорную обмотку двигателя

Рис. 3. Включение ПЧ в роторную обмотку двигателя

В зависимости от типа электропривода ПЧ может быть включен между питающей сетью и статорной обмоткой двигателя:

- частотно-управляемый ЭП, как это показано на рис. 2;

- между роторной обмоткой и питающей сетью, например, в ЭП с машиной двойного питания, показанной на рис. 3.

Такое включение обычно позволяет уменьшить установленную мощность ПЧ, но требует применения электродвигателя с фазным ротором.

Статические преобразователи частоты

Статические ПЧ выполняют на ключевых электронных элементах: тиристорах, запираемых тиристорах и силовых транзисторах (биполярных, биполярных с изолированным затвором и полевых). Использование ключевого режима приводит к тому, что выходное напряжение U₂ у всех без исключения видов статических ПЧ несинусоидально и кроме основной (первой) гармоники содержит обычно целый спектр высших гармонических составляющих. Ток, потребляемый из сети статическими ПЧ, также не синусоидален и может вызывать искажения напряжения питающей сети. Эти обстоятельства приходится обычно учитывать при выборе типа статического ПЧ.

Принципы построения статических ПЧ для регулируемого ЭП известны достаточно давно. Различают три типа статических ПЧ:

· непосредственный ПЧ;

· двухзвенный ПЧ с автономным инвертором напряжения;

· двухзвенный ПЧ с автономным инвертором тока.

Непосредственный преобразователь частоты (НПЧ) в минимальной конфигурации содержит m₂(по числу фаз двигателя) отдельных реверсивных преобразователей постоянного тока, управление которыми осуществляется переменным модулирующим напряжением. Форма, частота и амплитуда модулирующего напряжения определяют форму основной гармоники, частоту f₂ и амплитуду напряжения U₂ на выходе НПЧ. Регулирование выходного напряжения характеризуют коэффициентом модуляции , который изменяется в пределах от 0 до 1 и является относительной амплитудой модулирующего напряжения. Напряжения управления отдельными фазами НПЧ имеют одинаковые амплитуду и частоту, но сдвинуты одно относительно другого на угол 2π /т₂. На рис. 4 показана схема бестрансформаторного трехфазного НПЧ, в котором использованы мостовые реверсивные преобразователи постоянного тока, а фазы двигателя U₂_A, U₂_B, U₂_C разъединены, чтобы избежать межфазных коротких замыканий.

Управление группами тиристоров, как и в реверсивных преобразователях постоянного тока, может быть совместным или раздельным. В первом случае для ограничения уравнительных токов используются реакторы L, как это показано на рис. 4. При раздельном управлении эти реакторы не ставятся, но используются датчики нуля тока (датчики состояния тиристоров).

Рис. 4. Трехфазный мостовой НЧП

В тиристорных НПЧ, как правило, используется естественная коммутация. При этом выходное напряжение U₂ имеет периодический характер при частоте f₂ только для дискретных ее значений:

(1.1)

где k — целые числа (1 < k < ), т₁ — число фаз питания НПЧ.

В табл. 1 приведены значения этих частот для т₁= 3, 6, 12, f₁ = 50 Гц и k = 1 - 10.

Таблица 1

Значения частот выходного напряжения НПЧ f₂, Гц

т₁	k

	37, 5			21, 4	18, 75	16, 7		13, 6	12, 5	11, 5
	42, 8	37, 5	33, 3		27, 3			21, 4		18, 75
	46, 2	42, 8		37, 5	35, 3	33, 3	31, 6		28, 6	27, 3

При промежуточных значениях выходной частоты f₂, при которых k не является целым числом, в напряжении U₂ появляются низкочастотные субгармоники, влияние которых тем больше, чем ближе значения частот f₂ и f₁. Появление низкочастотных субгармоник в напряжении питания электродвигателя приводит к колебаниям электромагнитного момента. Поэтому выходные частоты НПЧ в диапазоне, соответствующем k < 3, обычно не являются рабочими. Так, для НПЧ, выполненного по схеме, показанной на рис.4, максимальная выходная частота f₂_m_ах ≈ 25 Гц.

Увеличение числа фаз питающего напряжения до т₁ = 6 существенно сдвигает спектр высших гармоник в сторону увеличения частот и одновременно уменьшает их амплитуды. Увеличение числа фаз до т₁ = 12 уменьшает амплитуды высших гармоник напряжения настолько, что их влияние на работу электродвигателя можно не учитывать.

Увеличение числа фаз питания всегда улучшает гармонический состав выходного напряжения НПЧ, уменьшая содержание в нем и высокочастотных гармоник, и низкочастотных субгармоник. Но это достигается путем увеличения числа тиристорных групп, которые питаются от дополнительных обмоток трансформатора или от нескольких отдельных трансформаторов, что приводит к еще большему усложнению силовой схемы НПЧ.

Энергетические характеристики и влияние на питающую сеть НПЧ с естественной коммутацией фактически определены свойствами реверсивных ТП постоянного тока.

Основные достоинства НПЧ с естественной коммутацией:

· полная реверсивность;

· свободный обмен реактивной энергией между сетью и двигателем;

· однократное преобразование энергии (минимальное число вентилей, одновременно включенных между сетью и двигателем);

Недостатки НПЧ с естественной коммутацией:

· ограничение выходной частоты по верхнему пределу;

· низкий коэффициент мощности;

· сложность силовой схемы, особенно при т₁ > 3.

Двухзвенный ПЧ с автономным инвертором напряжения состоит из трех основных элементов: выпрямителя (В), автономного инвертора напряжения (АИН) и промежуточного контура постоянного тока, включающего конденсатор С (рис. 5).

Рис. 5. Двухзвенный преобразователь частоты

12 3 4 Следующая ⇒