Преобразователь частоты с инвертором, работающим по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

 

В тех случаях, когда инвертор питаетсяот сети постоян­ного тока или от неуправляемого выпрямителя, применяется широтно-импульсный регулятор (ШИР) напряже­ния.

Системы с ШИР могут обеспечить большой диапазон ре­гулирования выходного напряжения и позволяют умень­шить габариты фильтрующих устройств. Питание инвер­тора от неуправляемого выпрямителя через ШИР позволяет получить высокий коэффициент мощности на входе преобра­зователя частоты во всем диапазоне регулирования. Недо­статками преобразователя частоты сШИР на входе ин­вертора являются необходимость установки силового тиристора, рассчитанного на всю мощность, потребляемую ин­вертором, снижение КПД преобразователя из-за дополни­тельного преобразования энергии (потери мощности в ШИР), усложнение схемы преобразователя и снижение его надеж­ности, поэтому ШИР на входе инвертора используется в ос­новном только при наличии сети постоянного тока.

В случае применения в преобразователях частоты авто­номных инверторов напряжения с фазной или индивидуаль­ной коммутацией тиристоров или транзисторных инверто­ров можно совместить в самом инверторе функции инверти­рования и регулирования напряжения методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Такие тиристорные инверторы и их системы управления существенно сложнее рассмотрен­ных инверторов с межфазной коммутацией, а КПД их ниже из-за повышенных потерь, связанных с высокой часто­той коммутации тиристоров.

Несмотря на этот недостаток инверторы с индивиду­альной и фазовой коммутацией тиристоров (и транзистор­ные) используются ввесьма перспективных преобразовате­лях частоты с инверторами с ШИМ, применяемых в приво­дах с глубоким регулированием скорости. Отличитель­ной особенностью этих инверторов является не только возможность регулирования в них как напряжения, так и частоты от нуля до номинального значения, но и полу­чение формы выходного тока, близкой к синусоидальной. Это позволяет в таких системах обеспечить весьма широкий диапазон регулирования угловой скорости асинхронного двигателя и уменьшить потери в нем от высших гармоник напряжения. При использовании инверторов с ШИМ отпа­дает необходимость в источнике регулируемого выпрям­ленного напряжения, что упрощает силовую схему и позво­ляет получить коэффициент мощности преобразователя, близкий к единице.

Простейшая схема трехфазного преобразователя частоты с инвертором, работающим по принципу ШИМ, приведена на рисунке 6.

 

 

Рисунок 6 - Принципиальная электрическая схема трехфазного преобразователя частота с инвертором, работающим по принципу ШИМ

 

Преобразователь состоит из мостового неуправ­ляемого выпрямителя (VD7 — VD12) и автономного инвертора из шести тиристоров (VS1 — VS6) и шести обратных диодов (VD1 — VD6), предназначенных для передачи реактивной мощности от двигателя М к конденсатору С. Конденсаторы С1 — С6 и реакторы L1 — L3 осуществляют коммутацию тиристоров. Выходное напряжение также регулируется от нуля до максимального значения, определяемого постоянным напряжением навходе инвер­тора.

Инверторы с ШИМ могут найти широкое применение в си­стемах электроснабжения, имеющих питающую сеть посто­янного тока, где к тому же может быть использовано реку­перативное торможение.

В последнее время в связи с разработкой более мощных транзисторов, рассчитанных на напряжение до 3000 В и на ток в несколько десятков и даже сотен ампер, стало воз­можным производство транзисторных преобразователей ча­стоты. На рисунке 7 представлена принципиальная силовая схема преобразователя частоты на транзисторах с промежуточным звеном постоянного тока и с ШИР. Напряжение от неуправ­ляемого мостового выпрямителя регулируется ШИР, выполненным с помощью транзистораVT1, затем черезфильтр LС подается па инвертор.

 

 

Рисунок 7 - Принципиальная силовая схема преобразователя частоты на транзисторах с промежуточным звеном постоянного тока

 

Транзисторный преобразователь частоты более экономичен и надежен, чем тиристорный, из-за меньшего числа переключающих элементов. Эти пре­образователи могут выполняться и с инверторами с ШИМ. Транзисторные преобразователи частоты для регулируе­мых электроприводов малой и средней мощности являются более перспективными, чем тиристорные.

При использовании преобразова­телей частоты по рассмотренным схемам допу­стим только двигательный режим работы привода и дина­мическое торможение. Торможение противовключением в схемах с преобразователями частоты обычно не использу­ется из-за больших токов (необходимо усложнять схему).