Преобразователь частоты (ПЧ), управляя электродвигателем позволяет расширить возможности всего приводимого в движение механизма. Позволяет обеспечить плавный запуск, плавную остановку, регулировку скорости вращения, компенсацию скольжения, а также множество вспомогательных функций управления (которые закладываются заводами-изготовителями для повышения интереса именно к их продукту. Такие как ПИД-регулятор, часы реального времени, простой ПЛК и т.д.). Давайте рассмотрим стандартную архитектуру и принцип работы преобразователей частоты.
Структура преобразователя частоты:
При подаче питания на преобразователь частоты, переменное напряжение из сети (стандартно имеющее значения 380В/50Гц) проходя через диоды выпрямителя (1) становится пульсирующим положительной полярности далее для минимизации пусковых токов поступает на конденсаторы (4) через резистор предзаряда (3). После зарядки конденсаторов срабатывает реле прездзара (2), которое шунтирует резистор (3). После этого загорается индикация готовности к работе преобразователя частоты. Конденсаторы (4) сглаживают пульсирующее напряжение до постоянного, величина которого равна величине напряжения питания, умноженного на квадратный корень из двух (380В * √2 = 537,4В).
Состоящий из IGBT-транзисторов инвертор (6) преобразует постоянное напряжение обратно в переменное, но его форма в отличии от формы напряжения в сети не синусоидальная, а состоящая из прямоугольных импульсов. Так как напряжения на выходе преобразователя частоты формируется за счет широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Транзисторы инвертора (6) открываются и закрываются с высокой частотой (от 1 до 16кГц) создавая импульсы необходимой продолжительности и полярности за счет этого фиксированные значения сети 380В/50Гц становятся переменными.
Уровень выходного напряжения ПЧ регулируется шириной импульсов, частота выходного напряжения ПЧ регулируется частотой смены полярности импульсов. Из этого следует что уровень выходного напряжения преобразователя частоты может регулироваться от 0 до уровня напряжения питающей сети. Уровень выходной частоты может быть от 0Гц (постоянное напряжение) до бесконечности, насколько позволит встроенное программное обеспечение платы управления (7), обычно это значение до 600Гц. Также в данной плате (7) хранятся все параметры и настройки ПЧ. Встроенный тормозной ключ (5) используется для сброса излишков энергии (которые могут возникнуть при переходе электродвигателя во время работы в генераторный режим) на тормозной резистор, который к нему подключается при необходимости.
Не все преобразователи частоты комплектуются встроенными тормозными ключами, они могут быть установлены на определенный диапазон мощностей ПЧ, в зависимости от производителя максимальная мощность ПЧ, комплектуемая встроенным тормозным ключом обычно до 22кВт. Пульт управления (9) служит для настройки, диагностики, а также для управления работой ПЧ. Плата входов/выходов (8) служит для подключения внешних сигналов к преобразователю частоты для управления с дистанции, это могут быть аналоговые и дискретные сигналы, а также коммуникационный интерфейс (стандартно RS485). Некоторые преобразователи частоты (в зависимости от модели и производителя) имеют возможность подключения карт расширения для увеличения количества дискретных и аналоговых сигналов, для возможности связи по другим коммуникационным интерфейсам (CAN Open, PROFINET и др.), до подключения различных типов энкодеров, даже для расширения функционала ПЧ. В настоящее время существуют и другие структуры силовой части преобразователя частоты (active front end, matrix drive и другие), однако рассмотренный выше вариант является самым распространенным.