Непосредственные преобразователи частоты

Непосредственные преобразователи частоты характеризуються однократным преобразованием энергии. Потребляемая из сети переменноготока энергия с неизменным напряженим и частотой преобразуется в одном силовом блоке в энергию переменного тока с регулированными по амплитуде и частоте напряженим и током нагрузки, в качестве которой используется двигатель переменного тока. Основой НПЧ является реверсивный управляемый выпрямитель постоянного тока. Если изменять синусоидально с определенной частотой управляющее напряжение выпрямителя, то на его выходе получим выпрямленное значение Е,Д,С., которая синусоидально изменяется с той же частотой и прилагается к однофазной нагрузке переменного тока. При измении частоты и амплитуды управляющего сигнала. Соответственно будет меняться частота и амплітуда Е.Д.С. Очевидно, что для трехфазной загрузки не обходимы три комплекта реверсивних управляемых выпрямителей, которые работают с синхронизированным смещением фаз в 120⁰ по виходной частоте НПЧ. Структурная схема НПЧ нприведена на рис.1.45.

Рис. 1.45. Структурная схема НПЧ

Отличие этой схемы от схем управляемых выпрямителей заключаептся в том, что здесь имеется задающее устройство (ЗУ), которое формирует по заданию амплитуду U_зА и частоту U_зf. Схема соединения вентильных групп приведена на рис.1.46.

При использовании совместного способа управления для ограничения уравнительных токов необходимо устанавливать ограничительные реакторы. Силовая часть содержит большое количество вентилев,что удорожает схему. Поэтому такие схемы применяются для электроприводов большой мощности

Рис.1.46.. Схема соединения вентильних групп.

С одной стороны выходная Е.Д.С. НПЧ, усереднена на интервалепроводимости и

определяется как

С другой стороны для выходная Э.Д.С. имеет синусоидальную форму с необходимым значеним амплитуды (Е_nm) и угловой частоты (ω_n=2π/T_n)

Обьеденив полученные выражения можно получить необходимый закон изменения угла открытия вентильних групп одной фазы.

Этот закон регулирования угла может быть реализован при помощи СИФУ, характеристика управления которого определяет ГОН. При косинусоидальной форме опорного напряжения, напряжение управления будет.

Таким образом, задавая на вход СИФУ переодическую функцію напряжения управления, получает на выходе НПЧ синусоиїдально изменяемую Э,Д,С. При этом частота Э.Д.С.равняется частоте наряжения управления. что в свою очередь определяется соответствующим задающим напряженим.

ПОлученное выражение можно рассматривать как формулу характеристики управления НПЧ по каналу частоты. Амплитуда Э.Д.С. – это ампулитуда U_у.

ПОлученные выражения математически описывают характеристики управления НПЧ по каналу Э.Д.С., которые согласуются с характеристиками управления для выпрямленной Э.Д.С. постоянного токаОтримані вирази математично описують характеристики керування БПЧ по каналу.

Особенность НПЧ – это однозонное регулирование частоты, вниз от частоты питающей сети. Период выходной Э.Д.С. НПЧ Т_н состоит из интервалов проводимости вентильних групп (Т_с/m), число которых N превыщает число фаз m. Ясли в период принять, что период T_n укладываетсяцелое число интервалов проводи мости, то

где Т_с – период напряжения сети, n=0,1,2,3,…

Теоретически при n=0 Т_n=Т_с, тоесть максимально возможная частота НПЧ равняется частоте сети. Однако практически период Т_n должен превышать возможный дрейф частоты управляющего сигнала τ_f и бестоковую паузу τ₀ при переключени вентильних групп при раздельном управлении. При сделаном допущении о числе целых интервалов проводи мости в период Т_п и с учетом того, что τ_f < (Т_с/m), τ₀<(Т_с/m), получим для минимального Т_п

Таким образом, максимальная частота, реализованная в НПЧ, приблизительно в 2 раза меньше частоты питающей сети. Это не достаток НПЧ. Работа в таком режиме приводит до недоиспользования двигателя по скорости также и по мощности. Потому целесообразно использовать двигатели с номинальной частой менше, чем 50Гц.

В после дние оды с широким распространение IGBT значительно повысился интерес к прямым преобразователям частоты (НПЧ), которые не имеют (теоретически), ограничений по выходной частоте – так называеме матричне преобразователи (МП.) Такой преобразователь состоит из 9 двунаправленных ключем, которые позволяют каждую входную фазу присоединять к любой фазе двигателя (рис.1.47.).

Рис.1.47. Схема матричного преобразоваттеля частоти

Схема ключем имеет вид. Они состоят из 2-х двух IGBT по схеме с общим эмиттером или общин коллектором рис.1.48.

Рис.1.48 Схемы IGBT по схеме с общим эмиттером или общин колектором.

При виборе возможных состояний ключем необходимо учитывать, что одна и таже фаза двигателя не может быть присоединена к двум разным фазам сети,так как эти фазы будут замкнуты накоротко, фаза двигателя не может оставаться неприсоединенной, потому, что при этом при наличии тока индуктивности возможно перенапряжение, и следовательно выход из строя ключа. Таким образом, когут кметь место 27 состояний МП. Шесть такихсостояний имеют место при присоединении каждой фазы двигателя к до своїй фазы сети, замкнуты ключі S11, S22, S33. При этом на двигатель подается полное наряжение сети и он вращается с подсинхронной скоростью.. Три состояния имеют место когда все три фазы двигателя присоединены к одной фазе сети. При этом напряжение на двигателе равно нулю.. В остальных18 случаях фаза двигателя присоединяется к какой-либо фазе сети, две остальные к другой фазе сети. Пример рис 1.49.

Рис.1.49. Варианты присодинения фаз двигателя.