Преобразователи частоты предназначены для регулировки частоты вращения и момента на валу асинхронного или синхронного электродвигателя. Преобразователь частоты – это прибор, предназначенный для преобразования переменного тока (напряжения) одной частоты (обычно частоты питающей сети) в переменный ток (напряжение) другой частоты. Выходная частота в современных инверторах может быть как ниже, так и выше частоты питающей сети.
Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей выполнена на транзисторах IGBT (в основном), работающих в режиме электронных ключей. Схема управления выполняется на цифровых микроконтроллерах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (защита, контроль, диагностика).
Частотные инверторы имеют структуру с явно выраженным блоком постоянного тока (выпрямитель + фильтр). В преобразователях этого типа используется двойное преобразование электрической энергии: входное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и частотой выпрямляется в трехфазном или однофазном выпрямителе, сглаживается LC-фильтром, а затем вновь преобразуется инвертором в переменное напряжение регулируемой частоты и амплитуды. Преобразователи частоты на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, сниженной массой и повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей и лучшего отвода тепла с поверхности силового модуля.
Напряжение питающей сети с постоянной частотой и амплитудой поступает на трехфазный или однофазный выпрямитель. Выпрямитель и фильтр входят в состав блока постоянного тока, основное на значение которого – получить на выходе постоянное напряжение с малыми пульсациями, которое используется для питания преобразователя частоты.
Инвертор преобразует постоянное напряжение в трехфазное напряжение с переменной частотой и изменяемой амплитудой. Схема управления формирует сигналы для коммутации обмоток электродвигателя в нужные моменты времени. Импульсы коммутации каждой обмотки в пределах периода модулируются по синусоидальному закону. Максимальную ширину импульсы имеют в середине полупериода. К началу и к концу полупериода ширина импульсов уменьшается. Таким образом, схема управления формирует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, которое подается на обмотки электродвигателя. Таким образом, на выходе инвертора формируется трехфазное напряжение переменной частоты и амплитуды, которое и задает нужную частоту вращения и требуемый момент на валу двигателя.
Схемы управления двигателем
Схемы управления двигателем можно разделить на три основных типа:
• управление по закону V/F (регулировка отношения напряжения к частоте или вольт-частотное регулирование);
• векторное управление полем электродвигателя;
• прямое управление моментом на валу двигателя.
По областям применения частотные преобразователи можно разделить на следующие подгруппы:
• общепромышленные преобразователи частоты;
• преобразователи частоты для вентиляторов и насосов;
• преобразователи частоты для подъемных механизмов (лифты, краны);
• преобразователи частоты для специальных применений.