Звеном постоянного тока
Статический преобразователь частоты с промежуточным
Широкое применение в АЭП имеет статический преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока, структурная схема которого приведена на рисунке 3. Преобразователь состоит из двух силовых элементов — управляемого выпрямителя УВ и инвертора И. На вход УВ подается нерегулируемое напряжение переменного тока промышленной частоты; с выхода УВ постоянное регулируемое напряжение подается на инвертор И, который преобразует постоянное напряжение в переменное регулируемой амплитуды и частоты. Кроме двух силовых элементов, преобразователь содержит еще систему управления, состоящую из блока управления выпрямителем БУВ и блока управления инвертором БУИ. Выходная частота регулируется в широких пределах и определяется частотой коммутации тиристоров инвертора, которая задается блоком управления инвертором БУИ. В такой схеме производится раздельное регулирование амплитуды и частоты выходного напряжения, что позволяет осуществить при помощи блока задания скорости БЗС требуемое соотношение между действующим значением напряжения и частотой на зажимах асинхронного двигателя.
Преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока позволяет регулировать частоту как вверх, так и вниз от частоты питающей сети; он отличается высоким КПД (около 0,96), значительным быстродействием, малыми габаритами, сравнительно высокой надежностью и бесшумен в работе.
Рисунок 3 - Структурная схема статического преобразователя частоты с промежуточным эвеном постоянного тока: УВ — управляемый выпрямитель; И — инвертор; БУВ, БУН—соответственно блок управления выпрямителей и инвертором; БЗС — блок задавания скорости
Примером принципиальной электрической схемы статического преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, выполненного на тиристорах для привода небольшой мощности (до 5 кВт), может служить схема, приведенная на рисунке 4.
В качестве управляемого выпрямителя используются два тиристора (VS7 и VS8) и два диода (VD15 и VD16), включенные в так называемую полууправляемую мостовую схему для получения двухполупериодного выпрямленного напряжения, среднее значение которого можно регулировать обычным способом, воздействуя на угол включения тиристоров VS7 и VS8.
Автономный инвертор напряжения (АИН) состоит из шести тиристоров (VS1 — VS6), шести последовательно включенных с ними диодов (VD9 — VD14) и шести диодов, включенных по трехфазной мостовой схеме (VD18 — VD3) и, наконец, шести колебательных контуров LС.
Преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное осуществляется коммутацией тиристоров VS1 — VS6, работающих в определенной последовательности. Время открытого состояния каждого тиристора составляет 2/3 полупериода выходного напряжения (длительность открытого состояния тиристоров равна 120°); последовательность включения тиристоров отвечает их нумерации по схеме, т.е. сначала включается VS1, через 60° включается VS2 и т. д. до VS6. После VS6 вновь VS1 и т. д. через каждую 1/6 периода выходного напряжения. В каждый момент времени вне коммутации открыты одновременно два тиристора. Включение тиристоров осуществляется подачей положительного импульса на управляющий электрод от БУИ. Для выключения тиристоров необходимо ток, протекающий через него, довести до нуля. Это достигается с помощью коммутирующих контуров LС; например, при включении VSЗ через ранее открытый V1 происходит разряд конденсатора С и VS1 закрывается.
Рисунок 4 - Схема статического преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока.
Выходное напряжение при чисто активной нагрузке имеет ступенчатую форму (рис.5), и длительность каждой ступени соответствует 1/6 периода выходного напряжения.
Рисунок 5 - Форма выходного напряжения при чисто активной нагрузке
Диоды VD9…VD14 служат для отделения коммутирующих конденсаторов от нагрузки, что дает возможность существенно снизить их емкость по сравнению с обычным параллельным инвертором. Через мост VD18… VD23 реактивная энергия двигателя возвращается конденсатору С1. Напряжение на выходе инвертора регулируется изменением напряжения на его входе — управляемым выпрямителем, а частота — изменением частоты подачи импульсов на тиристоры.
Достоинствами однофазной схемы выпрямления является меньшее количество тиристоров по сравнению с трехфазной схемой выпрямления, а также более простое управление, что снижает стоимость преобразователя. Поэтому при небольшой мощности привода и малом диапазоне регулирования напряжения целесообразно использовать однофазный выпрямитель, хотя пульсации выпрямленного напряжения получаются довольно большими, что требует применения сглаживающего реактора значительной индуктивности.
Для преобразователей большей мощностис относительно большим диапазоном регулирования выпрямленного напряжения (до 20: 1) используются трехфазный полностью управляемый выпрямитель, обычно выполняемый по мостовой схеме.
При больших диапазонах регулирования напряжения целесообразно для средней мощности преобразователя (до 20 кВт) применять мостовую схему с трехфазным полууправляемым выпрямителем, который содержит три тиристора и три диода. В данном случае схема оказывается более простой по сравнению с полностью управляемым выпрямителем.