Схема частотного перетворювача
Про асинхронні двигуни змінного струму, роботою яких керують частотні перетворювачі, часто говорять, як про кращу альтернативу електричним приводам постійного струму. Хоча система, що регулює швидкість, з якою обертається електродвигун, останніх не відрізняється складністю, висока вартість і не дуже висока надійність роблять їх невигідними. Є й інші проблеми: щітки надмірно виблискують, через що підвищена електроерозія та зношується колектор. Тому такі електродвигуни не можна застосовувати в сильно запилених місцях і там, де є велика потенційна небезпека вибуху.
Схему перетворювача частоти вигадали в далеких 1930-х роках. Проте впровадити її в життя вдалося лише коли з'явилися напівпровідники та транзисторні елементи. Основним недоліком, властивим асинхронним двигунам, є складність організації системи, що регулює швидкість, з якою обертається двигун. Ось чому знадобилися частотники.
Конструктивні особливості перетворювачів частоти
Схема частотного перетворювача асинхронного двигуна має таке ключове завдання: змінити характеристики, які має струм, що проходить через неї. Завдання вирішується транзисторним випрямленням електроструму, який потім перетворюється до потрібних певних значень. Схема перетворювача частоти включає три основні частини. Вона оснащена заснованою на мікропроцесорах системою керування, ланкою постійного струму, імпульсним інвертором.
Завдання, які виконує перша з перерахованих вище частин, такі: керувати роботою систем перетворення, захищати частотник. У складі другої частини використовуються пристрої фільтрації та випрямляч. Ними здійснюються прийом сигналу на вході та перенаправлення того до інвертора. Ну а третьою частиною (імпульсним інвертором) виробляється перетворення струму таким чином, що той набуває певної амплітуди та частоти. Потім перетворений струм подається на статор. Зазвичай у конструкції використовуються 6 транзисторів-ключів або побудована на тиристорах схема.
Схема частотного перетворювача здатна забезпечити чіткість синусоїди, яку має сигнал на виході, якщо вона зібрана з використанням не застарілих тиристорів, а IGBT-транзисторів (вони працюють як інверторні ключі).
Принцип функціонування частотника
Взагалі, повноцінний частотник комплектується такими пристроями: системою керування, інвертором, що керує широтно-імпульсною модуляцією модулем, діодним силовим випрямлячем, конденсатором фільтра та дроселем. Це його основні структурні елементи. Регуляцію напруги та частоти на виході схема перетворювача здійснює за допомогою високочастотного широтно-імпульсного керування. Останнє має залежність від того, яка періодичність у модуляції.
Модуляцію визначають як відрізок часу, протягом якого статором виходять почергові сигнали, що посилаються то негативним, то позитивним полюсом. Тривалість даного відрізка модулюється відповідно до закону гармонійних частот, який називають синусоїдальним. А в обмотках електродвигуна струм піддається додатковому перетворенню, і після проходження фільтра йому властива чітко синусоїдальна форма. І, як уже було сказано вище, вкрай бажано, щоб схема частотного перетворювача, що підключається в асинхронні електродвигуни була зібрана на IGBT-транзисторах.
Криву, яку має вихідна напруга (а по суті вона є нічим іншим, як двополярною послідовністю високої частоти), створюють імпульси, що мають прямокутну конфігурацію. Їх також регулює широтно-імпульсна модуляція. Модулювання ширини, яку мають імпульси, провадиться відповідно до синусоїдального закону. Є два способи, використовуючи які схема перетворювача частоти змінює параметри напруги на виході.
Один із цих способів полягає в регуляції значення, яке має напругу на вході, що дає результат у вигляді зміни амплітуди. Другий спосіб такий: значення, яке має напругу на вході не змінюється, але робляться коригування у програмі, що контролює, з якою періодичністю перемикаються перемикачі (6 транзисторних ключів). Вироблені сьогодні IGBT-транзистори роблять застосування другого з вищеописаних способів кращим. Відповідно він дуже широко використовується. Сьогодні не так часто зустрічається схема частотного перетворювача, зібрана не так на IGBT-транзисторах. ШИМ, звичайно, теж здатна видавати криву струму, формою близьку до синусоїди. Однак лише тому, що обмотки електродвигуна відіграють роль фільтра.