Непосредственный ПЧ (НПЧ)

В настоящее время область применения НПЧ в автоматизированных ЭП постоянно расширяется, что связано с существенными преимуществами таких преобразователей, а именно высокий КПД, более высокий коэффициент мощности, существенно лучший гармонический состав Uвых (практически синусоидально). Недостаток заключается в меньшими по сравнению с ПЧ с ПЗПТ функциональными возможностями, невозможность регулирования вверх, сложная система управления.

В настоящее время в качестве систем преобразования используют сложные матричные системы управления, построенные на векторном принципе управления.

1 Направление - однозонное вниз;

2 Регулирование при М=const ;

3 Стабильность и плавность абсолютно высокие;

4 КПД до 85%, cosj=0,85;

5 Диапазон, D=100:1, D=0,5 - 50Гц.

Статический преобразователь частоты с ПЗПТ.

В - выпрямитель (управляемый или неуправляемый) предназначен для преобразования переменного 3-х фазного U-я в постоянное пульсирующее напряжение с постоянными значениями Ud и Id или изменяющимися Ud и Id.

Ф - сглаживающий фильтр, предназначен для уменьшения пульсации напряжения (и тока, или тока) на входе следующего блока.

АИ - автономный инвертор, предназначен для преобразования постоянного (изменяющегося или не изменяющегося) U в переменное с U2=var и f2=var, которое питает статорную обмотку двигателя.

БУВ и БУИ - системы импульсно - фазового управления.

В приводах, не требующих большого диапазона регулирования очень часто применяются преобразователи с управляемыми выпрямителями. В таких преобразователях управляемый выпрямитель выполняет функцию регулятора напряжения, а АИ - функцию регулятора частоты.

При этом в зависимость от элементной базы выпрямителя и инвертора, управление этими блоками осуществляется с помощью СИФУ, с помощью которой регулируются углы управления выпрямителем - a, инвертором - b.

a­ ® Ud¯; a¯ ® Ud­;

b­ ® f2 ­.

Следует отметить, что угол управления a связан с углом сдвига фаз между U и I в первичной обмотке входного трансформатора a»j, поэтому регулирование скорости с помощью таких преобразователей в области очень малых скоростей, т.е. при a®p/2»j существенно ухудшает коэффициент мощности.

К преимуществам таких преобразователей следует отнести:

- большие функциональные возможности

- простота системы управления

Недостаток: прямоугольная форма выходного напряжения или тока.

АЭП с ПЧ с ШИР:

Избавиться от низкого cosj позволяют ПЧ с широтно - импульсным регулированием напряжения. В структуре частотного преобразователя с ШИР как правило в качестве звена постоянного тока используется неуправляемый выпрямитель, а АИ может представлять из себя как АИН так и АИТ. При этом область применения АИН в таких преобразователях шире, чем АИТ. Управляемые элементы инвертора работают не в продолжительном, а в импульсном режиме. Частотное регулирование в преобразователях с ШИР реализует изменение U и I всех трех законов регулирования (U/f=const; U²/f=const; U/f²=const).

Выходное напряжение и ток каждой фазы инвертора имеют в отличие от ранее рассмотренного следующую форму:

В течении длительности полупериода выходное U или I соответственно изменяются по импульсному закону. При изменении соответственно t1 и t2 изменяется скважность управляющих импульсов: e=t1/(t1+t2).

Соответственно изменяется и среднее напряжение: Uср=e*U.

При этом в зависимости от требуемого значения амплитуды выходного напряжения, которое определяется изменением выходной частоты, изменяется скважность. К недостаткам таких преобразователей следует отнести необходимость применения в каждой фазе мощного выходного вентиля согласного с мощностью регулируемого двигателя. Такие преобразователи применяются в приводах малой мощности.

АЭП с ПЧ с ШИМ:

В настоящее время такие преобразователи являются наиболее широко используемые и перспективным типом преобразователей, при этом как по структуре, так и по элементной базе, так и по принципу и синтезу СУ в настоящее время насчитывается достаточно большое количество разновидностей таких преобразователей. В качестве выпрямителя используется неуправляемый выпрямитель, а БУИ осуществляет управление по принципу широтно - импульсной модуляции. Принцип действия инвертора с ШИМ можно пояснить на основе элементарной схемы замещения такого инвертора, которая составлена для одной схемы. Она имеет вид:

Выходное напряжение неуправляемого выпрямителя на схеме замещения показано в виде источника питания, разделенного на 2 одинаковые половины. Они попеременно подключаются на сопротивление нагрузки Zн, с помощью двухпозиционного ключа К.

Если К находится в положении 1, то на сопротивление нагрузки работает верхняя половина источника, ток будет направлен справа - налево, если в положении 2, то работает нижняя половина источника, ток протекает слева - направо.

Если длительность нахождения ключа в положении 1 обозначим Dt1, в положении 2 - Dt2, то среднее значение напряжения:

Если Dt1=Dt2, то Uср=0;

Если Dt1¹ Dt2, то рассчитывается по формуле;

Dt1+Dt2=t - период модуляции;

Dt1/Dt2=m - глубина модуляции;

w=1/t - несущая частота модуляции;

Если изменять отношение (Dt1-Dt2)/(Dt1+Dt2) по закону синуса, то:

При реализации синусоидальной ШИМ Uвых складывается из импульсов одинаковой амплитуды, но различных по длительности и имеет форму, близкую к синусоидальной. При этом Dt1+Dt2, соответствующая определенной выходной частоте, будет постоянной. Существенным преимуществом таких преобразователей является получение формы выходного напряжения, близкой к синусоидальной (чаще трапецеидальной), отсутствие в структуре управляющего выпрямителя и как следствие высокие энергетические показатели и существенно меньшее отрицательное влияние на сеть.

1 Направление двухзонное;

2 Вниз при М=const, вверх при P=const;

3,4 Плавность и стабильность чрезвычайно высокие;

5 Энергетические показатели высокие;

6 D=1000-1.