Преобразователь частоты с неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения

В настоящее время самым распространенным типом преобразователя частоты с ШИМ является преобразователь с неуправляемым выпрямителем в звене постоянного тока и автономным инвертором напряжения. Схема силовой части такого ПЧ изображена на рисунке.

ПЧ схема

Инвертор в этой схеме не только регулирует частоту, но и амплитуду первой гармоники напряжения выхода частотного преобразователя с сохранением постоянного напряжения на звене постоянного тока. Широтно-импульсный способ формирования напряжения выхода коренным образом поменял свойства частотного преобразователя:

  • существенно улучшилась кривая выходного тока. Она стала близкой к синусоидальной, увеличилась равномерность вращения, стал шире диапазон регулирования скорости;
  • увеличилось быстродействие всего привода;
  • увеличился коэффициент мощности всего электропривода с частотным преобразователем.
Недостатки частотных преобразователей со звеном постоянного тока и АИН

В двухзвенных ПЧ с АИН узким местом остается вопрос рекуперации электроэнергии обратно в сеть. Такой преобразователь не в полной мере решает вопрос качества электроэнергии и остается нерешенный вопрос электромагнитной совместимости. Решение вопроса с помощью внешних рекуператоров, подключенных на звено постоянного тока как дополнительное устройство и реализующих вывод электроэнергии очень дороги и имеют срок окупаемости более 5 лет. Кроме того, возвращаемая энергия не соответствует стандартам качества, предъявляемым к электроэнергии.

Способ формирования ШИМ

Процесс формирования ШИМ представлен на рисунке, на примере диаграммы напряжения на одной из фаз инвертора.

ШИМ

где: U* напряжение управления инвертором (на данной диаграмме — синусоидальное); Uоп опорное напряжение; f1*, f2* сигналы управляющие сигналы верхнего и нижнего ключа фазы инвертора.

В случае. когда амплитудное значение U* не выше значения Uопm , то основная гармоника выходного напряжения в масштабе повторяет управляющий сигнал. Уменьшение частоты напряжения задания приводит к уменьшению частоты на выходе инвертора. Если происходит изменение величины сигнала управления при постоянной частоте, то это будет менять соотношение длительности выходных импульсов. Фактически это соответствует регулированию амплитуды его основной гармоники.

При большой величине частоты широтно-импульсного модулятора нагрузке на обмотку статора, являющейся активно-индуктивной, нагрузочный ток очень близок к синусоидальному.

В тоже время необходимо учесть и отрицательные факторы, связанные с повышением частоты широтно-импульсного модулятора. К ним можно отнести увеличение электромагнитных помех, отрицательно влияющие на все электро и радио-технические приборы. А появляющиеся перенапряжения в цепи нагрузки, оказывают негативное воздействие на изоляцию обмоток двигателя.