Принцип работы преобразователей частоты

На рис. 5 представлена блок-схема силовой части преобразователя с промежуточным звеном постоянного тока (так называемый U - инвертор).

Рис. 5 – Блок-схема силовой части преобразователя

Напряжение сети U₁ стандартной частоты f₁ подается на вход неуправляемого выпрямителя, преобразующего переменное напряжение U₁ в постоянное E₀.

Рис. 6 – Входное напряжение сети

Выпрямленное и напряжение Е₀ подается на вход инвертора, который преобразует его в трехфазное напряжение U_1рег регулируемой частоты f_1рег, поступающее на двигатель. Частота выходного напряжения инвертора f_1рег регулируется блоком управления в функции сигнала управления U_y.

Остановимся подробнее на работе управляемого инвертора (рис. 7), полагая, что с помощью управляемого выпрямителя на его вход подается постоянное напряжение Е₀.

Рис. 7 – Коммутационная схема инвертирования

Предположим, что трехфазная нагрузка z_А, z_В и z_С (обмотки статора асинхронного двигателя) соединена в звезду, а транзисторы VT1…VT6, на которых выполнен инвертор, соединены по мостовой схеме и по сигналам с блока управления открываются в требуемой последовательности. Обычно продолжительность открытого состояния каждого транзистора l составляет половину или треть периода Т_рег=1/f_рег, а сдвиг моментов открытия транзисторов VT1…VT6 – шестую часть этого периода. Рассмотрим сначала работу схемы со временем открытия транзисторов l=Т_рег/2. Временная токовая диаграмма работы транзисторов для этого случая показана на рис. 8, где токи фаз I_A, I_B, I_C, проходящие через нечетные транзисторы, отложены в положительном направлении, а через четные – в отрицательном. В каждый момент времени включены (открыты) три транзистора из шести, причем за время периода можно выделить шесть интервалов (I, II, III, IV, V, VI) различных сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов. Для определения формы напряжения на нагрузке рассмотрим схемы включения фаз статора асинхронного двигателя на каждом из шести временных интервалов.

Рис. 8 – Временная токовая диаграмма работы транзисторов

В течение интервала I открыты транзисторы VT1, VT5 и VT6 начала фаз z_А и z_С соединены с плюсовым выводом источника +Е₀, а начало фазы нагрузки z_В – с минусовым выводом –Е₀ (рис. 9,а). Если при этом сопротивления всех трех фаз одинаковы, то эквивалентное сопротивление параллельно соединенных фаз нагрузок z_А и z_С будет в два раза меньше сопротивления фазы нагрузки z_В. Тогда и напряжение на параллельно соединенных фазах нагрузок z_А и z_С будет в два раза меньше, чем на фазе нагрузки z_В, и составит Е₀/3.

Рис. 9 – Схемы включения фаз статора

На интервале II (рис. 7) открыты транзисторы VT1, VT6 и VT2, фазы нагрузок z_В и z_С (рис. 9,б) включены параллельно, к ним прикладывается напряжение Е₀/3, а к фазе нагрузки z_А – напряжение 2Е₀/3.

При переходе к интервалу III (рис. 7) закрывается транзистор VT6 и открывается транзистор VT3 (транзисторы VT1 и VT2 по прежнему открыты), в соответствии с чем фазы нагрузок z_А и z_В включены параллельно (рис. 9,в).

Аналогично можно изобразить схемы соединения схемы соединения фаз обмотки статора для интервалов IV, V и VI, которые будут соответствовать схемам для интервалов I, II и III, но иметь другую полярность напряжения на началах фаз. График изменения напряжения на фазах нагрузки при l=Т_рег/2 (рис. 10) имеет ступенчатую форму, и оно является переменным, причем максимумы этого напряжения сдвинуты по фазам на треть периода регулируемой частоты. Другими словами, на нагрузке получается стандартная система трехфазного напряжения переменного тока, хотя и несинусоидальной формы.

Рис. 10 – Напряжение на двигателе