Двухзвенный ПЧ с неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения


Наиболее распространенным в настоящее время типом ПЧ с ШИМ  является преобразователь с неуправляемым выпрямителем в звене постоянного тока и автономным инвертором напряжения. Схема силовой  части такого ПЧ изображена на рис.6.5.  На инвертор возложена функция  регулирования  не  только  частоты,  но  и  амплитуды  основной  гармоники выходного напряжения ПЧ при постоянстве напряжения в звене  постоянного  тока.  Переход  к  широтно-импульсному  способу  формирования выходного напряжения существенно изменил свойства ПЧ:

  • форма  выходного  тока  существенно  приблизилась  к  синусоидальной, улучшилась равномерность вращения, расширился диапазон регулирования  скорости (ограничения  по  диапазону  регулирования  скорости  со  стороны  способа  формирования  напряжения  очень  малы);
  • значительно  повысилось  быстродействие  электропривода,  т.к.  силовой  фильтр  фактически  исключен  из  каналов  регулирования  выходного напряжения ПЧ;
  • существенно улучшился коэффициент мощности ПЧ как потребителя энергии.

Однако в этих видах ПЧ остался нерешенным вопрос рекуперации  энергии  в  сеть  и  недостаточно  полно  проработаны  вопросы  качества  энергопотребления  и  электромагнитной  совместимости.  Внешние  рекуператоры,  подключаемые  к  звену  постоянного  тока  в  качестве  дополнительных устройств и осуществляющие отвод энергии в сеть при  превышении  напряжения  звена  определенного  порога,  в  полной  мере  не решают вопросы качества отводимой энергии.

dvuxzvennyj pch s neupravlyaemym vypryamitelem i avtonomnym invertorom napryazheniya Двухзвенный ПЧ с неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения    Рис.6.5. Структура силовой части преобразователя частоты с ШИМ

Данная схема включения часто используется в кранах манипуляторах цена которых невелика из-за небольшой мощности.

Принцип  формирования  ШИМ  показан  на  примере  процессов,  происходящих в одной фазе инвертора (рис.6.6) в предположении, что  точкой нулевого потенциала является средняя точка звена постоянного  напряжения.  На  рисунке  приняты  следующие  обозначения:

U*   —  сигнал  управления  инвертором (в  данном  случае  —  синусоидальный);

Uоп— опорное напряжение;

f1*,f2*— сигналы управления верхним  и нижним ключом фазы инвертора.

  Если амплитуда U*  не превышает  значения  Uоп, то первая гармоника напряжения на выходе инвертора  в определенном масштабе повторяет управляющий сигнал.

dvuxzvennyj pch s neupravlyaemym vypryamitelem i avtonomnym invertorom napryazheniya1 Двухзвенный ПЧ с неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором напряжения

Рис.6.6.  Принцип  широтно-импульсной  модуляции  на  примере  однофазного инвертора

  Изменение его частоты приводит к изменению частоты на выходе  инвертора.  Изменение  амплитуды  управляющего  сигнала  при  неизмененной  частоте  будет  приводить   к  изменению  соотношения  длительностей  положительных  и  отрицательных  импульсов  напряжения  на  выходе, т.е. к изменению амплитуды его первой гармоники. При высокой  частоте  ШИМ  и  активно-индуктивной  нагрузке,  какой  является  обмотка  статора,  ток  нагрузки  оказывается  практически  синусоидальным.

  Однако надо учитывать и ряд отрицательных эффектов, связанных  с  повышением  частоты  ШИМ,  а  именно  наличие  электромагнитных  помех,  воздействующих  на  другие  электротехнические  и  радиотехнические устройства, и возникновение перенапряжений в цепи нагрузки,  что опасно для изоляции обмоток двигателя.