В любом частотном преобразователе обязательно присутствуют четыре элемента: выпрямитель, промежуточная цепь, инвертор, электронная схема управления.
1. Выпрямитель, формирующий пульсирующее напряжение постоянного тока, при подключении к электросети переменного тока. Выпрямители могут быть
- управляемые
- неуправляемые.
2. Промежуточная цепь может выполнять разные задачи
- преобразовывать напряжение выпрямителя в постоянный ток.
- стабилизировать напряжение постоянного тока и подавать его на инвертор.
- преобразовывать неизменное напряжение постоянного тока в изменяющееся напряжение переменного тока.
3 Инвертор, формирующий частоту напряжения электродвигателя
Инверторы могут также преобразовывать неизменное напряжение постоянного тока в изменяющееся напряжение переменного тока.
4. Электронная схема управления, отправляет сигналы в выпрямитель, промежуточную цепь и инвертор и получает обратную связь от всех элементов.
Инвертор – заключительное звено в преобразователе частоты перед электродвигателем. В этом элементе преобразователя происходит итоговая конвертация выходного напряжения.
Частотный преобразователь создает оптимальные условия работы в рамках своих параметров. Принцип его работы заключается в адаптации выходного напряжения к режиму работы двигателя. Данные характеристики обеспечивают необходимое намагничивание электродвигателя.
От промежуточной цепи инвертор получает либо изменяющийся постоянный ток или изменяющееся напряжение постоянного тока или неизменное напряжение постоянного тока.
Инвертор обеспечивает подачу на электродвигатель нужную величину частоты или напряжения. Если ток или напряжение являются меняются, то устройство выдает только нужную частоту. При неизменном напряжении неизменно, элемент создает для электродвигателя и требуемую частоту, и напряжение.
При разной организации работы инверторов их основная структура всегда одинакова.
Основные элементы инверторов это полупроводники, включенные попарно в трех ветвях. Частота коммутации обычно находится в пределах от 300 Гц до 20 кГц, зависит от конкретных полупроводниковых приборов. Сегодня тиристоры в основном заменены высокочастотными транзисторами, которые способны быстро открываться и закрываться.
Полупроводники в инверторе управляются сигналами от электронной схемы управления. Сигналы формируются несколькими различными способами.
Обычный инвертор для тока промежуточной цепи изменяющегося напряжения, содержит 6 тиристоров и 6 конденсаторов. Конденсаторы обеспечивают открытие и закрытие тиристоров так, что ток в фазных обмотках сдвигается на 120 градусов. Когда на электродвигатель периодически подается ток в последовательности U-V, V-W, W-U, U-V…, происходит возникновение прерывистого вращающегося магнитного поля заданной частоты.
Схема управления управляет полупроводниковыми приборами, используя разные способы модуляции, обеспечивая тем самым разную выходную частоту частотного преобразователя.
- Первый способ (амплитудно-импульсная модуляция (АИМ).) предназначен для изменяющегося напряжения или тока в промежуточной цепи. Последовательность коммутации полупроводниковых приборов управляется величиной изменяющегося напряжения или тока промежуточной цепи. То есть частота всегда отслеживает амплитуду напряжения.
- Для постоянного напряжения промежуточной цепи используется другой способ (широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Напряжение электродвигателя становится изменяющимся благодаря подаче напряжения промежуточной цепи на обмотки электродвигателя в течение более длинных или более коротких интервалов времени. Частота изменяется путем изменения импульсов напряжения то положительно, то отрицательно. То есть происходит изменение длительности (ширины) импульсов напряжения. ШИМ-модуляция — более распространенный способ управления инвертора. Существуют три основных варианта режимов коммутации в инверторе при широтно-импульсной модуляции.
1. Синусоидально-управляемая ШИМ
2. Синхронная ШИМ
3. Асинхронная ШИМ
Так как каждая ветвь трехфазного ШИМ-инвертора может быть включена или выключена, получается восемь возможных коммутационных комбинаций и, соответственно, восемь цифровых векторов напряжения на выходе инвертора или на обмотке статора подключенного электродвигателя.
