Преобразователи частоты

Частотным преобразователем называется устройство для регулирования частоты напряжения, подаваемого на исполнительный механизм. С помощью частотного преобразователя изменяется скорость вращения вала электрического двигателя путём модификации напряжения на выходе устройства. Состоит преобразователь из выпрямителя и инвертора. Первая часть (мост постоянного тока) выпрямляет поступающий из питающей сети электроток, а вторая (инвертор) - преобразует его в переменный ток иной частоты и амплитуды.

Как правило, современный частотный преобразователь имеет управляющую часть на микропроцессорах и силовую – на тиристорах или (более совершенные модели) на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT), работающих электронными ключами. Транзисторы данного типа могут управлять напряжением до нескольких киловольт и токами до нескольких килоампер, при этом частота коммутации превышает 30 кГц.

В зависимости от используемого принципа работы преобразователи делят на 2 класса:
- с непосредственной связью;
- с контуром постоянного тока.
Оба класса имеют свои недостатки и преимущества, которые и определяют область их применения. Первый класс устройств фактически является управляемым выпрямителем, который поочерёдно подаёт напряжение на обмотки статора электродвигателя, поэтому выходная частота преобразователя не может превысить частоту питающей сети и находится в рамках от 0 до 30 Гц. Отсюда и небольшой диапазон частоты вращения оси двигателя (не больше 1 : 10).

Это не даёт использовать устройства с «резанными синусоидами» в приводах с широким диапазоном регулировки частоты вращения, обусловленным технологическими показателями. Данная схема на не запираемых тиристорах имеет и другие недостатки: повышенная стоимость устройства из-за сложности управления, высокие потери электроэнергии в двигателе, перегрев привода, уменьшение крутящего момента. Компенсирующие эти недостатки устройства удорожают преобразователь, увеличивают его габариты и вес, снижают КПД.

Второй класс устройств для регулирования частоты (с контуром постоянного тока) отличается двойным преобразованием энергии. Входной ток выпрямляется, фильтруется и реорганизовывается инвертором в переменный ток с задаваемой частотой и амплитудой. Это приводит к некоторому снижению КПД преобразователя и увеличению его массы по сравнению с первым типом устройств. Для создания переменного напряжения используют запираемые тиристоры и транзисторы IGBT. Тиристорные преобразователи имеют более высокий КПД по сравнению с транзисторными (до 98%).

Преобразователь частоты имеет возможность задавать разные режимы управления двигателем в зависимости от типа нагрузки. Синхронные двигатели и электромоторы, подключенные параллельно и имеющие постоянный момент нагрузки управляются режимом с линейной зависимостью. Для вентиляторов и насосов применяется квадратичная зависимость. Для более точного управления существуют метод потокосцепления и способ бессенсорного векторного режима, который особенно эффективен без датчика обратной связи. Он обеспечивается использованием в инверторе специализированных чипов ASIC.