Принцип работы преобразователя частоты.

Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети. В асинхронном электрическом двигателе частота вращения ротора n2 в установившемся режиме отличается от частоты вращения nl на величину скольжения S.

Частота вращения магнитного поля nl зависит от частоты напряжения питания. При питании обмотки статора электрического двигателя трехфазным напряжением с частотой f создается вращающееся магнитное                   поле. Скорость вращения этого поля определяется по известной формуле:

                                            l = 2  / р,                                                       (2.15)

где р - число пар полюсов статора.

Переход от скорости вращения поля l, измеряемой в радианах, к частоте вращения n l, выраженной в оборотах в минуту, осуществляется по следующей формуле:

                                        n l = 60 1 / 2 ,                                                  (2.16)

где 60 - коэффициент пересчета размерности.

Подставив в это уравнение скорость вращения поля,  l получим, что

                                         n l =60f/p.                                                  (2.17)

Таким образом, частота вращения ротора асинхронного двигателя зависит от частоты напряжения питания.

На этой зависимости и основан метод частотного регулирования. Изменяя с помощью преобразователя частоту f на входе двигателя, мы         регулируем частоту вращения ротора.

Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электрического двигателя и преобразователя частоты ( рисунок 14).

Рис.14. Современный частотно-регулируемый электропривод.

Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган

технологического механизма.

Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на IGBT транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой части разделяются на два класса:

1. Преобразователи частоты с явно выраженным промежуточным

звеном постоянного тока.

2.Преобразователи частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного тока).

2.Исторически первыми появились преобразователи с  непосредственной связью, в которых силовая часть представляет собой управляемый выпрямитель и выполнена на не запираемых тиристорах.  Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети. Подобные схемы преобразователей используются в старых приводах и новые конструкции их практически не разрабатываются.

Наиболее широкое применение в современных частотно- регулируемых приводах находят преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока (рисунок 15).

Рис. 15.

Преобразователи с явно выраженным звеном постоянного тока.

В преобразователях этого класса используется двойное преобразование

электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в выпрямителе (В), фильтруется фильтром (Ф), сглаживается, а затем вновь преобразуется инвертором (И) в переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды.

Для формирования синусоидального переменного напряжения используются автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока. В качестве электронных ключей в инверторах применяются биополярные транзисторы с изолированным затвором IGBT.

Применение IGBT c белее высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие - меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.