Как работает преобразователь частоты?

Первой ступенью преобразователя частоты переменного тока является преобразователь частоты. Преобразователь состоит из шести диодов, похожих на обратные клапаны, используемые в водопроводных системах. Они позволяют току течь только в одном направлении: направлении, указанном стрелкой на символе диода. Например, всякий раз, когда напряжение фазы A (напряжение, аналогичное давлению в водопроводе) больше положительного, чем напряжение фазы B или C, диод открывается и пропускает ток. Когда фаза B становится более положительной, чем фаза A, диод фазы B открывается, а диод фазы A закрывается. То же самое касается 3 диодов на отрицательной стороне шины. Таким образом, мы получаем шесть импульсов тока при включении и выключении каждого диода. Это называется шестиимпульсным частотно-регулируемым приводом, и он является стандартным для современных преобразователей частоты.

Мы можем удалить пульсации переменного тока на шине постоянного тока, добавив конденсатор. Конденсаторы работают аналогично резервуарам или аккумуляторам в трубопроводных системах. Этот конденсатор поглощает пульсации переменного тока и обеспечивает плавное постоянное напряжение. Пульсации переменного тока на шине постоянного тока обычно не превышают 3 вольт. Следовательно, напряжение на шине постоянного тока становится около 650 В постоянного тока. Фактическое напряжение зависит от уровня напряжения, подаваемого в сеть переменного тока преобразователем частоты, уровня асимметрии напряжения в энергосистеме, нагрузки двигателя, импеданса энергосистемы и наличия реакторов или фильтров подавления гармоник в преобразователе частоты.

Диодный мостовой преобразователь, который преобразует переменный ток в постоянный, иногда называют просто преобразователем. Преобразователь, который преобразует постоянный ток обратно в переменный, также является преобразователем, но, чтобы отличить его от диодного преобразователя, его часто называют инвертором. В промышленности стало обычным называть любой преобразователь постоянного тока в переменный инвертором.

Когда мы замыкаем один из верхних переключателей инвертора, фаза двигателя подключается к положительной шине постоянного тока, и напряжение на этой фазе становится положительным. Когда мы замыкаем один из нижних переключателей в преобразователе, эта фаза подключается к отрицательной шине постоянного тока и становится отрицательной. Поэтому мы можем сделать любую фазу двигателя положительной или отрицательной по желанию и, таким образом, получить любую частоту, которую захотим. Таким образом, мы можем сделать любой этап положительным, отрицательным или нулевым.

Выход ЧРП представляет собой прямоугольный сигнал. ЧРП не производят синусоидальный выходной сигнал. Эта прямоугольная форма волны не является хорошим выбором для общей системы распределения электроэнергии, но вполне подходит для электродвигателя.

Если бы мы хотели снизить частоту двигателя до 30 Гц, то просто медленнее переключали бы выходные транзисторы инвертора. Однако, если мы уменьшим частоту до 30 Гц, то мы также должны уменьшить напряжение до 240 В, чтобы сохранить соотношение В/Гц.

Это называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ. Представьте, что мы могли бы контролировать давление в водопроводных трубах, включая и выключая клапаны на высокой скорости. Хотя это не очень практично для трубопроводных систем, это хорошо работает для частотно-регулируемых приводов. Обратите внимание, что в первом полупериоде напряжение включено в половине случаев и выключено в половине случаев. Таким образом, среднее напряжение составляет половину от 480 В или 240 В. С импульсным выходом мы можем получить любое среднее напряжение на выходе ЧРП.