Преобразователи частоты имеют две основные разновидности: 1) преобразователи частоты с непосредственной связью и 2) преобразователи частоты со звеном постоянного тока.
На рис. 22, а изображена упрощенная схема главной цепи преобразователя с непосредственной связью, состоящей из 6 групп тиристоров. Тиристоры группы открываются в очередности, показанной в табл. 2.
Таблица 2
Углы | Открытые группы тиристоров |
0—60° | I, III, V |
60—120° | I, IV, V |
120—180° | I, II, IV |
180—240° | II, IV, VI |
240—300° | II, III, VI |
300—360° | III, V, VI |
Предположим, что двигатель соединен звездой. Если открыты группы I, III, V, то к точкам Л и С будет подан положительный потенциал, а к точке В — отрицательный; схема обмоток статора двигателя будет иметь вид, показанный на рис. 22, б. Так как при этом сопротивление параллельно соединенных обмоток двигателя Л и С будет равно половине сопротивления обмотки В, то, если обозначить напряжение на обмотке В через UB = Uφ, а на обмотках Л и С будут напряжения UA = UC = Uφ/2. Эти напряжения будут пульсирующими. Они показаны на рис. 23, на первом участке, с учетом их знаков. Далее, согласно табл. 2, открывается другая комбинация тиристорных групп I, IV, V. При этом схема двигателя представляется рис. 22, в. На обмотке С будет напряжение Uc = Uφ, а на обмотках А и В — напряжение UA = UB = Uф/2, что показано на втором участке рис. 23. Если начертить схемы, подобные приведенным на рис. 22, б и в, для всех комбинаций открытий тиристорных групп по табл. 2 и в соответствии с ними построить график напряжений для следующих участков, то получится график рис. 23.
Рис. 22. Преобразователь частоты с непосредственной связью:
а — общая упрощенная схема; б, в — схемы питания асинхронного двигателя, соединенного звездой; г, д — схемы питания асинхронного двигателя, соединенного треугольником
Далее опять повторяются те же варианты открытых комбинаций групп. Общий период изменения напряжения можно считать 360 эл. град. Как видно из рис. 23, на каждой обмотке двигателя будет ступенчатое переменное напряжение и кривые напряжений на обмотках сдвинуты на 120 эл. град. Следовательно, к двигателю будет подводиться трехфазное, но не синусоидальное напряжение. Очевидно, оно может быть представлено в виде ряда гармоник. Основная (первая) гармоника будет создавать обычную механическую характеристику двигателя. Остальные будут иметь большие частоты и будут несколько увеличивать общий момент двигателя. Обычно амплитуды высших гармоник невелики, и момент определяется в основном первой гармоникой.
Если при помощи управляющего устройства менять длительность интервалов времени открытия групп тиристоров, а следовательно, и общее время периода, то будет изменяться и частота подаваемого к электродвигателю напряжения.
Рис. 23. Кривые напряжения для
Рис. 24. Кривые напряжения двигателя, соединенного звездой для двигателя, соединенного треугольником
Для двигателя, соединенного треугольником, схемы для первых двух комбинаций открытых групп представляются рис. 22, г и д. Следовательно, на участке 0—60° напряжение Ubc = Uab = U φ,
Uac = 0, на участке 60—120°
Uac=Ubc=Uф; Uab =0
Рассматривая также остальные комбинации открытых групп, получим графики напряжения, изображенные на рис. 24. Оно будет несинусоидальным трехфазным, но форма кривых будет в виде прямоугольников. При разложении их на гармоники амплитуды высших гармоник будут относительно несколько больше, чем при графике рис. 23.
Так как обычно при изменении частоты необходимо изменять и напряжение, то в приведенной схеме это можно осуществить, меняя угол открывания каждого тиристора при работе данной группы. В преобразователях с непосредственной связью можно получать выходную частоту до 0,6—0,8 от величины частоты питающей сети (по данным [6]), так как при повышении частоты получаются сильные искажения кривой напряжения.
Преобразователи со звеном постоянного тока состоят из выпрямителя, преобразующего переменное напряжение сети в постоянное, и инвертора, преобразующего постоянное напряжение в переменное, например, в трехфазное необходимой частоты. Схема такого преобразователя показана на рис. 25. Для получения желаемого соотношения между напряжением и частотой выпрямитель УВ выполняется на тиристорах и постоянные напряжения на его выходе изменяются путем изменения угла а, как обычно для преобразователей постоянного тока.
Рис. 25. Схема преобразователя со звеном постоянного тока
На выходе выпрямителя включен фильтр Lф — Сф для сглаживания выпрямленного напряжения. В инверторе И имеется 6 тиристоров V1-V6, выполняющих те же функции и работающие в том же порядке, как группы тиристоров по схеме рис. 22, а (см. табл. 2).
В инверторе имеется диодный мост V13-V18 для пропускания реактивного тока нагрузки и перезаряда коммутирующих емкостей. Диоды V19-V24 служат для предотвращения разряда коммутирующих конденсаторов С1—С6 через нагрузку. Дроссели LI, L2 создают колебательный процесс совместно с тем или иным конденсатором, в результате чего на тиристоре оказывается обратное напряжение, обеспечивающее его закрытие.
В преобразователях частоты с непосредственной связью закрытие тиристоров естественное, за счет изменения напряжения питающей сети, что делает его более надежным по сравнению с только что описанным, где закрытие осуществляется за счет колебательного контура. Но, с другой стороны, в системах с непосредственной связью число тиристоров, а следовательно, и блоков управления ими больше, что уменьшает надежность.
