Системы частотного регулирования угловой скорости асинхронного электропривода.

В питающих сетях используется стандартная частота 50 Гц. Однако очень многие нагрузки нуждаются в регулировании частоты. Использование источников с регулируемой ниже 50 Гц частотой используется для регулирования угловой скорости асинхронного электропривода. Преобразователи частоты подразделяются на две большие группы: преобразователи со звеном постоянного тока и непосредственные преобразователи. Преобразователи со звеном постоянного тока состоят из управляемого или неуправляемого выпрямителя, фильтра и инвертора, позволяющего изменять частоту выходного напряжения. В зависимости от вида инвертора (напряжения или тока) реализуются различные системы управления.

Освоенное в последнем десятилетии ХХ столетия массовое производство IGBT транзисторов позволило резко улучшить массогабаритные параметры, надежность, к.п.д. и другие качества преобразователей.

Выпрямитель в таких преобразователях является неуправляемым, и для его реализации используются обратные диоды транзисторов, находящихся в левом мосту. Это является и достоинством и недостатком таких преобразователей. Искажения, вносимые таким выпрямителем в питающую сеть минимальны, так как α = 0, но в случае опрокидывания инвертора такой выпрямитель оказывается незащищенным, и его вентили могут выйти из строя до срабатывания защит.

Инверторная часть преобразователя построена также на IGBT транзисторах и не нуждается в дополнительных коммутирующих устройствах, которые необходимы в тиристорных преобразователях (конденсаторах, дросселях, коммутирующих тиристорах и т.д.), поэтому отсутствуют потери в этих устройствах. Именно это позволяет снизить габариты, массу и повысить к.п.д. и надежность такого преобразователя. Так как транзистор и диод выполнены в едином кристалле, то вдвое уменьшается количество радиаторов охлаждения, количество точек пайки и соединительных проводов в силовой части преобразователя. Так как транзисторы имеют довольно высокие частотные характеристики, то это позволяет использовать ШИМ регулирование выходного напряжения инвертора и получать необходимый закон, связывающий выходные напряжение и частоту. Обратные диоды IGBT транзисторов в инверторе позволяют, как гасить реактивные токи нагрузки, так и получить обратный мостовой выпрямитель для возврата энергии в сеть при режимах торможения нагрузки. В этом случае транзисторы левой части преобразователя образуют инвертор ведомый сетью. Так как транзисторы преобразователя боятся перенапряжений и не могут быть выполнены (в отличие от тиристоров) с большим запасом по напряжению, поэтому в качестве фильтра используется ёмкостный фильтр. Специальная форма ШИМ модуляции позволяет получить близкую к синусоидальной форму кривой тока в нагрузке, и при 11-пульсной модуляции выходного напряжения к.п.д. нагрузки снижается по сравнению с чисто синусоидальным не более чем на 1,5 %.

Управление транзисторами преобразователя с помощью микропроцессорных устройств позволяет программно изменять закон управления выходными напряжением и частотой для того чтобы получать необходимые механические характеристики регулируемого привода и поддерживать высокое значение к.п.д. регулируемого двигателя.