Инверторы и преобразователи частоты

Инверторы служат для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока требуемой частоты.

а — структурная схема; б — схема инвертора; в — временная диаграмма; г — график выходного напряжения

В качестве переключающих приборов в сильноточных инверторах применяют тиристоры. В цепях с относительно небольшими значениями протекающих токов могут использоваться мощные полевые или биполярные транзисторы.

На рис. 2.34, а приведена структурная схема преобразователя частоты с использованием инвертора для питания трехфазной нагрузки, соединенной звездой, переменным трехфазным напряжением с регулировкой его значения U и частоты f. В качестве силовых переключающих приборов применены мощные биполярные транзисторы.

Напряжение с частотой промышленной сети U_c преобразуется сначала управляемым выпрямителем В с фильтром Ф в напряжение постоянного тока U– требуемого значения. Затем это напряжение поступает на инвертор И (рис. 2.34, б), состоящий из шести транзисторов VT1— VТ6, пронумерованных в порядке последовательности их включения, показанной на рис. 2.34, в. Каждый транзистор открывается на время τ, равное длительности одного полупериода T/2 требуемого переменного напряжения.

На рис. 2.34, г приведено ступенчатое напряжение, формируемое на фазе А нагрузки, а на рис. 2.35 пояснен процесс его формирования.

На схемах рис. 2.35 в виде замкнутых ключей изображены лишь открытые транзисторы для шести последовательных состояний инвертора, соответствующих временным диаграммам рис. 2.34, в. Из анализа этих схем очевидно, что, когда фаза А включена параллельно В или С, на ней выделяется одна треть напряжения U₌, а когда фаза А оказывается включенной последовательно с параллельно соединенными фазами В и С, на ней выделяется две трети напряжения U₌.

При этом в первых трех состояниях напряжение на фазе А соответствует положительному, а последних двух — отрицательному полупериоду приложенного к ней напряжения переменного тока ступенчатой формы.

Рис. 2.35. Процесс формирования выходного напряжения преобразователя частоты

Рассуждая подобным образом, можно убедиться, что к фазам В и С будет приложено такое же, как к фазе А, напряжение, но сдвинутое соответственно на одну треть и две трети периода Т, образуя трехфазную систему напряжений.

Изменяя с помощью схемы управления длительность α открытого состояния транзистора, можно в широких пределах регулировать частоту формируемого трехфазного напряжения, поэтому такие инверторы применяют для плавного регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей.