Тиристорный преобразователь частоты — принцип работы, схема

Содержание
  1. Принцип действия и конструктивные особенности
  2. Устройство ТПЧ
  3. Схемные решения преобразователей на основе тиристоров
  4. Последовательный и параллельный инверторы тока
  5. Комбинированные схемы
  6. Преобразователь напряжения Мак-Мюррея
  7. Последовательный резонансный инвертор
  8. Тиристорный преобразователь для плавного пуска высоковольтных асинхронных двигателей
  9. Принцип действия нагрузки. Схема 3-фазного частотника
  10. Трехфазные тиристорные регуляторы
  11. Технические данные тиристорного частотника ТПЧ 320 2,4
  12. Преимущества тиристорных преобразователей
  13. Технические характеристики
  14. Схема модели индукционного комплекса на тиристорах
  15. Определение величины преобразуемой мощности
  16. Цифровая система микропроцессоров управления ТПЧ 320
  17. IGBT-транзисторы
  18. Принцип работы и конструкция
  19. Преобразователь частоты на логических элементах
  20. Виды преобразовательных агрегатов
  21. Как сделать преобразователь частоты собственноручно
  22. Разработка
  23. Тиристорные преобразователи частоты с звеном постоянного тока

Принцип действия и конструктивные особенности

Для преобразования нагрузки используется высоковольтный тиристорный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный преобразователь частоты — это устройство для преобразования тока, регулировки его параметров и уровня тока. Преобразователь частоты может согласовывать значения параметров приводов электродвигателей: угол, обороты вала при пуске и другие.

Тиристорный преобразователь частоты

Схема тиристорного эквалайзера.

Для двигателя постоянного тока используется тиристорный преобразователь. Преимущества этого устройства сделали возможным широкое применение. Преимущества включают:

  • КПД (95%) для марки ПН-500.
  • Зона управления: двигатели от малой мощности до мегаватт.
  • Он выдерживает значительные импульсы пусковых нагрузок двигателя.
  • Долговечная и надежная работа.
  • Точность.

У этой системы тоже есть недостатки. Мощность на минимуме. Это проявляется в точном регулировании производственного процесса. Дополнительные устройства используются в качестве компенсации. Такой преобразователь частоты не может работать без помех. Это можно увидеть при эксплуатации чувствительного электрооборудования и радиотехнических устройств.

Компоненты:

  1. Реактор в виде трансформатора.
  2. Выпрямительные блоки.
  3. Реактор для сглаживающего преобразования.
  4. Перенапряжение не влияет на защиту.

Преобразователи (2017 г.) подключаются через реактор. Трансформатор служит для согласования соединения выходного и входного напряжения, выравнивания напряжения между ними. Схема подключения включает сглаживающий реактор. Привод имеет схему, в которой есть сглаживающее реактивное сопротивление.

Преобразователь частоты пропускает нагрузку. Нагрузка идет на блоки выпрямителя в выходном звене. Для выравнивания питания нескольких устройств на специальных шинах подключаются индукционные потребители.

Преобразователи частоты бывают двух типов: высокочастотные и низкочастотные. Подбор необходимой модели осуществляется исходя из требуемых параметров электрических схем. В трехфазных машинах тип подключения другой. Однофазный ток оказывает влияние, но эффективность теряется при преобразовании трехфазного тока.

Система применяется в литейном производстве, управлении подъемно-транспортными устройствами, сварочном производстве. Такой принцип работы нагрузки реализует система мотор-генератор. На самой низкой скорости мотора скорость шпинделя регулируется в широком диапазоне, регулируются различные характеристики моторного привода.











Устройство ТПЧ

В состав тиристорного преобразователя частоты входят:

  • выключатель;
  • выпрямитель собран по трехфазной мостовой схеме;
  • реактор, обеспечивающий режимы постоянного тока;
  • инверторный — для преобразования постоянного тока в однофазный ток средней частоты.
  • Сглаживающие реакторы предназначены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения и тока.

В комплект поставки также входит панель управления и сигнализации. Разработано по техническому заданию заказчика.

Пульт управления печкой ШУС-350-1Пульт управления печкой ШУС-350-1
Пульт управления печкой ШУС-350-4Пульт управления печкой ШУС-350-4
Шкаф с ЧПУ для управления закалочным станкомШкаф с ЧПУ для управления закалочным станком
Шкаф с ЧПУ для управления закалочным станкомШкаф с ЧПУ для управления закалочным станком
Шкаф с ЧПУ для управления закалочным станкомШкаф с ЧПУ для управления закалочным станком
Шкаф с ЧПУ для управления закалочным станкомШкаф с ЧПУ для управления закалочным станком
Пульт управления ТФЦ-400-1.0Пульт управления ТФЦ-400-1.0
Пульт дистанционного управления для автоматического управления TFC и духовкойПульт дистанционного управления для автоматического управления TFC и духовкой

Схемные решения преобразователей на основе тиристоров

Повышающий преобразователь постоянного напряжения в постоянный

Особенностью схем на основе тиристоров является то, что они рассчитаны на работу с определенным характером нагрузки.

Последовательный и параллельный инверторы тока

Этот тип преобразователя имеет дополнительный конденсатор, подключенный последовательно или параллельно нагрузке. Конденсатор предназначен для надежной блокировки тиристоров, не участвующих в прохождении тока по силовой цепи. Для стабилизации тока через нагрузку вход инвертора тока содержит индуктивность, которая в идеале должна стремиться к бесконечности.

Комбинированные схемы

Комбинированная последовательно-параллельная схема содержит два конденсатора и улучшает нагрузочные характеристики устройства. В частности, такая схема более надежна при работе с малой нагрузкой.

Преобразователь напряжения Мак-Мюррея

Цепь Мак-Мюррея включает в себя LC-цепь. Эта схема образуется путем соединения конденсатора и индуктора через открытый в данный момент тиристор, замыкая противоположный.

Такое решение позволяет обеспечивать индукционные нагрузки, например, устройства, в которых осуществляется индукционный нагрев или сварка металлических конструкций.

Последовательный резонансный инвертор

В такой цепи емкость конденсатора и индуктивность выбираются так, чтобы цепь находилась в резонансе на частоте преобразования LC. Поэтому тиристоры будут проверяться на резонансной частоте.

Преобразование может выполняться на более высокой частоте, что улучшает характеристики схемы за счет лучших условий переключения ключевых элементов.

Тиристорный преобразователь для плавного пуска высоковольтных асинхронных двигателей

TVC (тиристорный преобразователь напряжения) успешно применяется для двигателей низкого напряжения до 1000 кВ и электрических машин высокого напряжения с напряжением от 3,6 до 10 кВ. Широкое распространение таких машин является следствием их энергоемкости. Их мощность соизмерима с мощностью некоторых трансформаторных подстанций, поэтому устройства плавного пуска на тиристорах — очень важное решение.

Преобразователи тиристорные - полное функциональное описание и сфера применения

Рис n. 2. Функциональная схема PAD-V

Создание тиристорных преобразователей осуществляется на основе концепции, основными аспектами которой являются:

  • Использование ТВЦ типа ПАД-8 (плавный запуск АД).
  • Блоки, составляющие силовую часть ТВЦ-В, построены на базе тиристорного модуля высокого напряжения (HTM.
  • Применение цифровой системы управления на базе однокристального RISC-микроконтроллера.
  • Информационная часть состоит из специальных датчиков высокого напряжения, которые обеспечивают точные и качественные измерения, кодирование сигнала и передачу на системный контроллер по оптоволоконному кабелю.
  • Оригинальный алгоритм преобразователя PAD-V используется для генерации тока и напряжения высоковольтного двигателя.

Модуль состоит из двух антипараллельных тиристоров, снабженных охладителями, уравнительным резистором R2, оптоуправляемыми моделями, тиристорными генераторами импульсов (PHI). Завершение дизайна: датчики напряжения, температуры и синхронизации с оптическим выходом.

Принцип действия нагрузки. Схема 3-фазного частотника

На схеме показана электрическая мощность работы преобразователя частоты. Аналогичная схема сделана для мостовой схемы. Чаще всего используется при проектировании преобразователя частоты для нагрузки оборудования и станков. Фазное напряжение в цепи увеличивается.

работа оператора частоты

Однофазная схема используется для силовой линии, работы механизма с большим сопротивлением индуктивности. Он работает в диапазоне мощностей от 10 до 20 кВт, редко на значительных мощностях. Для электрической духовки или машинки в быту используется следующая схема:

работа оператора частоты

Трехфазная схема подключения применяется для механизмов мощностью 20 кВт, синхронных двигателей, экскаваторов и кранов. Популярная многофазная схема — это 6-фазная схема. Он предполагает использование эквалайзера с низким потенциалом и высоким током. Устройство с током проводит и изменяет электричество параллельно, в отличие от многих подобных устройств. Сделать это сложно, но он более надежен, чем однофазные тиристоры. У этого контроллера с реверсом есть обратная сторона: его КПД меньше 70%.

в зависимости от области применения вы можете изготовить свой собственный тиристорный преобразователь частоты. На рисунке показана диаграмма, основанная на Micro-Cap 9. Основным преимуществом является необходимость загружать несколько узлов вместе.









Трехфазные тиристорные регуляторы

Тиристоры трехфазного напряжения с естественным переключением (TRNE)  могут работать как с нулевым проводом (обозначен пунктирной линией), так и без него. Обе схемы содержат три пары встречно включенных тиристоров, включенных в цепь нагрузки. Включение тиристоров между сетью и нагрузкой  позволяет соединить сопротивления трехфазной нагрузки звездой или треугольником, а включение после нагрузки  обеспечивает сортировка тиристоров при трехфазном КЗ нагрузки, предотвращающая прохождение через них больших токов.

Тиристоры ТРНЭ управляются большими импульсами длительностью не менее 90 °. Импульсы следуют друг за другом под углом 60 ° в порядке нумерации тиристоров на схеме согласно принципу креста, и все они одновременно управляются по фазе с помощью угла α.

показаны два возможных варианта формирования одного из шести таких импульсов, предназначенных, в частности, для управления тиристором VS1. Для снижения мощности выходных каскадов системы управления (СУ) формируются импульсы с высокочастотным заполнением. В первом варианте конструкции КС вместе с регулировкой угла α перемещается и фронт, и срез импульса, во втором варианте перемещается только фронт.

Процессы формирования напряжения на нагрузке в обеих цепях идентичны.

В схемах с нулевым проводом процессы формирования напряжения в каждой фазе нагрузки не зависят от работы соседних фаз. Мгновенные значения фазных напряжений для этого случая с нагрузкой R и L

управляющие свойства TPNE удобно анализировать в относительных единицах. Для этого степень регулирования рассчитывается по формуле:

где U2α — регулируемое напряжение нагрузки; U1 — сетевое напряжение.

Угол управления для цепи с нулевым проводом регулируется от φн до 180 °, а степень регулировки (ε) эффективных значений напряжения на нагрузке R и L определяется выражениями:

а) R-нагрузка φн = 0 °, 0 ° 180°

б) L-нагрузка φн = 90 °, 90 ° 180°

При нагрузке R без нейтрального проводника следует различать три характерных диапазона регулирования α:

Для этих диапазонов мгновенные значения фазных напряжений на нагрузке имеют вид, также показаны диапазоны проводимости тиристоров VS1-VS6, поясняющие принцип работы TRNE.

Для диапазонов, степень регулирования напряжения при симметричной нагрузке R и при симметричном управлении определяется следующим образом:

При нагрузке L угол α регулируется от φн = 90 ° до φн = 150 °. В то же время
есть два интервала: α и α, на которых работает разное количество тиристоров

Степень регулирования напряжения при симметричной L-нагрузке и симметричном управлении определяется следующим образом:

Выражения (9.3) и (9.4) при α = 60 ° имеют одинаковый смысл:

а выражения (9.4) и (9.5) при α = 90 ° представляют собой величину

Выражения (9.6) и (9.7) при α = 120 ° также имеют смысл:

Зависимости ε = f (α) для трехфазных цепей ТРНЭ без нулевого провода, рассчитанные по формулам (9.3) — (9.7) и с нулевым проводом, рассчитанные по формулам (9.1) и (9.2), показаны на рис. 9.6. На этих графиках выделены характерные точки, а заштрихованные области показывают области изменения контрольных характеристик TPNE в зависимости от н.

Используя аналитические соотношения, покажем, что при работе тиристорных регуляторов напряжения от сети с синусоидальным напряжением при активной нагрузке (φн = 0 °) справедливо следующее тождество:

С учетом тождества (9.8) на графиках при φн = 0 также показаны зависимости коэффициента мощности μ от угла управления α.

Коэффициент мощности ТРН равен:

где — коэффициент искажения входного тока; Im1 (1) =, — амплитуда и фаза первой гармоники входного тока и ее действующее значение; A1, B1 — коэффициент ряда Фурье по первой гармонике.

После преобразования формулы (9.9) получаем:

Фактическое значение выходного напряжения TPH составляет:

Согласно уравнениям (9.9) и (9.10) верно тождество (9.8). Это справедливо для всех схем ТРН с естественным и искусственным переключением тиристоров при работе от синусоидальной сети на активную нагрузку.

Технические данные тиристорного частотника ТПЧ 320 2,4

Номинальная выходная мощность (кВт) Частота при номинальной (кГц) Номинальное входное напряжение (В) Диапазон центральной частоты (Гц) Диапазон выходного напряжения (В)
320 2,4 3 х 380 1500–3000 100 — 800

Преимущества тиристорных преобразователей

TFC широко используются благодаря своим многочисленным преимуществам. Основное преимущество тиристорных преобразователей по сравнению с преобразователями электрических машин заключается в том, что за счет высокого КПД, а также отсутствия потерь холостого хода наблюдается тенденция к снижению потребления энергии из сети и, в то же время, эксплуатационные расходы снижаются. Также имеется большое преимущество тиристорных приводов в их регулирующих свойствах. Регулировку выходных параметров и мощности можно производить без переключения силовых цепей. Это позволяет обойтись без больших коммутационных устройств.

Прежде чем решиться на покупку преобразователя частоты, необходимо ознакомиться с его преимуществами, а именно:

  • база качественных элементов от европейских производителей;
  • высокая надежность и долговечность;
  • простота и удобство использования;
  • высокий КПД 93-95%;
  • высокая стойкость к короткому замыканию в нагрузке;
  • способность выдерживать мощные скачки напряжения на входе;
  • внутренняя самодиагностика и защита всех силовых элементов;
  • дистанционное управление и настройка с пульта дистанционного управления;
  • цифровая индикация параметров преобразователя;
  • двухконтурная охлаждающая вода tFC с теплообменником;
  • возможность адаптации к существующему оборудованию;
  • легко реконфигурируемые параметры;
  • индивидуальная доработка по желанию заказчика;
  • оперативная доставка комплектующих и запчастей;
  • гарантийное и сервисное обслуживание;
  • обучение персонала заказчика;
  • замена устаревших станков-генераторов на ТПЧ.

TFC-350-1 Тиристорные приводы TFC-350-1 Тиристорные приводы TFC-1600-0.5 Тиристорные приводы TFC-350 Тиристорные приводы TFC-350 Тиристорные приводы и индукционная печь

Технические характеристики

Тип преобразователя Мощность, кВт Рабочая частота, кГц Напряжение питания, В Выходное напряжение, В
ТПЧ-100-2.4 100 2,4 380 800
ТПЧ-100-8.0 100 8.0 380 800
ТПЧ-160-1.0 160 1.0 380 800
ТПЧ-160-2.4 160 2,4 380 800
ТПЧ-160-8.0 160 8.0 380 800
ТПЧ-250-1.0 250 1.0 380 800
ТПЧ-250-2.4 250 2,4 380 800
ТПЧ-250-8.0 250 8.0 380 800
ТПЧ-350-0.5 350 0,5 380 800
ТПЧ-350-1.0 350 1.0 380 800
ТПЧ-350-2.4 350 2,4 380 800
ТПЧ-400-0.5 400 0,5 380 800
ТПЧ-400-1.0 400 1.0 380 800
ТПЧ-400-2.4 400 2,4 380 800
ТПЧ-500-0.5 500 0,5 380 800
ТПЧ-500-1.0 500 1.0 380 800
ТПЧ-500-2.4 500 2,4 380 800
ТПЧ-650-0.5 650 0,5 380 800
ТПЧ-650-1.0 650 1.0 380 800
ТПЧ-650-2.4 650 2,4 380 800
ТПЧ-800-0.5 800 0,5 570 1000
ТПЧ-800-1.0 800 1.0 380/570 800/1000
ТПЧ-1200-0.5 1200 0,5 570 1000
ТПЧ-1200-1.0 1200 1.0 570 1000
ТПЧ-1600-0.5 1600 0,5 900 1800
ТПЧ-1600-1.0 1600 1.0 900 1800
ТПЧ-2000-0.5 2000 г 0,5 900 1800

Схема модели индукционного комплекса на тиристорах

В индукционных нагревателях чаще всего используется схема Мак-Мюррея или резонансный преобразователь, поскольку нагрузка явно индуктивная по своей природе. Устройства индукционного нагрева потребляют значительный ток, поэтому в мощных печах используются тиристоры, несмотря на лучшие по параметрам транзисторы.

Поскольку для питания промышленных предприятий используется трехфазный переменный ток, в конструкции обязательно присутствует выпрямитель, генерирующий на выходе постоянный ток.

Использование тиристоров в качестве ключевых элементов инвертора позволяет создавать простые и надежные схемы, основным недостатком которых является достаточно сильное искажение формы сигнала напряжения и высокий уровень электромагнитных помех.

Определение величины преобразуемой мощности

С чего начать расчет? Самый важный параметр любого источника питания — это мощность. От него напрямую зависят все остальные параметры преобразователя, включая вес, габариты и стоимость. В этом случае выходную мощность АТС легко определить как сумму мощностей обоих каналов:

где PBYH1, PBYH2 — соответственно выходная мощность первого и второго канала.

Однако на самом деле ключевое влияние на массу, размер и стоимость оказывает не мощность, а преобразованная мощность RPM — скорость передачи энергии через магнитные или электрические поля элементов, изменяющих параметры электричества. В нашем примере этот процесс происходит в индуктивности L1, поэтому все остальные параметры схемы зависят от ее режима работы.

В общем, количество преобразованной мощности может быть меньше мощности преобразователя. Это связано с тем, что из-за особенностей схемы силовой части часть энергии поступает в нагрузку непосредственно от первичного источника питания (со входа преобразователя), минуя магнитное поле индуктивности. Эта проблема подробно обсуждается в , где получены формулы, позволяющие рассчитать значение RPM для четырех наиболее распространенных («базовых») схем:

где UBX, UOUT — соответственно напряжение на входе и выходе преобразователя.

Наша схема, на первый взгляд, не является одной из «основных», но давайте рассмотрим ее внимательно. Если мысленно убрать из него все элементы, относящиеся ко второму каналу преобразования (обмотка W2, VD1, C3), он останется классическим повышающим преобразователем, а если убрать элементы первого канала (VD2, C2), то обратным.

Разделение схемы на основные «элементарные преобразователи.

Для первого канала (схема повышения) преобразованная мощность RPM1 зависит от соотношения входного и выходного напряжений, и чем больше разница напряжений, тем больше RPM1. Это значение определяем для худшего случая — при минимальном входном напряжении UВХ_MIN:

Во втором канале (схема обратного хода) вся энергия проходит через магнитное поле катушки индуктивности, поэтому преобразованная мощность RPM2 не зависит от соотношения входного и выходного напряжений:

Магнитная цепь индуктивности L1 является общей для двух каналов, поэтому, используя принцип суперпозиции, полную преобразованную мощность RPM можно представить как сумму преобразованных мощностей первого и второго каналов:

Сравнивая результаты расчетов по формулам (1) и (5), видим, что RPMVIH. Недостающие 4 Вт из-за электрического подключения питают нагрузку первого канала напрямую со входа без каких-либо преобразований. Это позволяет нам сделать нашу схему почти на 17% меньше и легче, чем в случае активации обоих каналов в схеме обратного хода. Кстати, если читатель хочет попрактиковаться в вычислении преобразованной мощности, на рисунке показаны результаты расчета числа оборотов в минуту для всех индуктивных компонентов, которые можно использовать для самотестирования.

Цифровая система микропроцессоров управления ТПЧ 320

Микропроцессорные системы управления TFC 320 регулируют, защищают и диагностируют. Он сформирован на плате с микросхемами и экране с помощью кабелей. Эта система обеспечивает надежную работу и защищает от помех.

На каждый клапан передается импульс. Информация отображается на экране панели. Вы можете получить информацию от механизмов цепочки. Система управления обрабатывает множество коммуникационных данных. Эти данные:

  • Власть.
  • Частота.
  • Вес загрузки.
  • Вес расплавленного металла.
  • Погода.

Комплектность шкафа TFC 320:

  • Выпрямитель.
  • Система выравнивания мощности.
  • Сглаживание удушья.
  • Диагностика.
  • Контроль температуры.
  • Контроль охлаждения.
  • Закрытие дверей.
  • Защита, перезапуск преобразователя частоты при отключении питающей сети.

IGBT-транзисторы


Комбинируя положительные качества биполярности и полевого эффекта, с изолированным затвором, транзисторами, можно получить очень достойный переключающий элемент для низкочастотной техники (что означает промышленная частота 50-60 Гц) — IGBT. Его обозначение и упрощенная схема замещения показаны на рисунке выше. Схема собрана аналогично схеме Дарлингтона для биполярного. N-канальный полевой транзистор фактически действует как усилитель тока с большим коэффициентом усиления и хорошо открывает связанный с ним биполярный транзистор, который действует как мощность в этой паре.
Его эмиттер в этой структуре называется коллектором и наоборот (по «утиному принципу» — по отношению к выводам устройство частично ведет себя как биполярный транзистор с гигантским усилением). В то же время IGBT нельзя рассматривать как простую схему, которая была «спаяна» n-канальными полевыми транзисторами и pnp-биполярными транзисторами: это полупроводниковая структура, а не схема. Формальный переход база-коллектор биполярной части и полевого канала образуют единую структуру на кристалле.

Область применения IGBT-транзисторов по электрическим параметрам варьируется от 300 В и выше, по частоте — до 10 кГц. Это подходит только для частоты питания (в частотных приложениях). БТИЗ используются в электроприводах, начиная от небольших электроинструментов и заканчивая электровозами. То, что они работают в области не очень высоких частот, в отличие от МОП-транзистора, устраняет многие проблемы, связанные с паразитными индуктивностями и емкостями: управляющий транзистор в такой конструкции чувствует себя достаточно комфортно, частота его переключения относительно невысока. Это значит, что легче пополнить емкость жалюзи.

В этом случае высокая проводимость не требуется. Биполярный выходной транзистор pnp спроектирован таким образом, что он может выдерживать высокое обратное напряжение и может работать в обратном режиме. Было обнаружено, что простота управления IGBT и безопасная рабочая зона намного превосходят таковые у биполярных транзисторов. IGBT, как таковые, не имеют встроенного обратного диода, но такой быстро восстанавливающийся диод может быть добавлен в схему снаружи или интегрирован в микросхему, если это необходимо для области, для которой устройство предназначено.

БТИЗ появились в 1983 году (первый образец запатентован в ИК)

Первые образцы не подошли и были ненадежными, поэтому они не вышли на рынок должным образом. Трудности были технологическими, связанными с получением пластин толщиной около 100 мкм

Их преодоление, а также появление технологии траншеи для производства полевых МОП-транзисторов позволило резко снизить сопротивление канала в открытом состоянии, что позволило приблизить свойства IGBT к характеристикам свойства традиционного механического переключателя, но без естественного образования дуги и на несколько порядков с высокой скоростью.

Транзисторы IGBT используются в преобразователях частоты, устройствах плавного пуска, интенсивно вытесняют тиристоры со всех сторон, несмотря на их значительную стоимость. Применяются в источниках питания, инверторах, электроприводах, сварочных силовых устройствах, транспорте.

Принцип работы и конструкция

Для преобразования нагрузки можно использовать высоковольтный тиристорный или транзисторный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный преобразователь частоты (TP, TPR или TFC) — электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулировки его уровня и других характеристик. С его помощью можно уравнять различные параметры электрических коробок передач: скорость вращения при трогании с места, угол поворота и другие.

Тиристорный преобразователь используется для двигателя постоянного тока (двигатель постоянного тока) вместе с системой автоматического управления (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкий спектр применения благодаря своим преимуществам:

  1. Высокий КПД — до 95% (например, для модели ПН-500);
  2. Широкий выбор элементов управления. Его можно использовать для двигателя мощностью от десятых долей киловатт до нескольких мегакиловатт;
  3. Способность выдерживать сильные импульсные нагрузки при подключении электродвигателя к электросети;
  4. Высокие показатели надежности и долговечности;
  5. Точность в работе.

Но у такой системы есть недостатки. Прежде всего, это низкий коэффициент мощности, который проявляется в глубоком регулировании производственных процессов. Его можно компенсировать дополнительными приспособлениями. Кроме того, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, что сказывается на работе чувствительного электрического и радиооборудования.

  1. Трансформатор или реактор;
  2. Выпрямительные блоки;
  3. Дополнительная конверсия реактора выравнивания;
  4. Система защиты оборудования от перенапряжения.

Большинство современных преобразователей подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входным и выходным напряжением, уравновешивая разницу между ними. Кроме того, в электросхему есть специальный уравнительный реактор. Это устройство нужно для нейтрализации некоторых пульсаций, возникающих при шлифовании и смене рода тока. Но в систему не всегда входит реактор, так как при достаточной индуктивности асинхронного двигателя в этом нет необходимости.

Блок передает первичную нагрузку через автономный инвертор (расположенный во входном канале). Они попадают в блоки выпрямителя, установленные в выходном звене. Для подключения других индуктивных потребителей используются специальные шины, которые помогают уравнять подачу питания на целую группу устройств.

Такой преобразователь может быть низкочастотным и высокочастотным. В зависимости от требуемых частот и доступных электрических параметров подбирается желаемая модель. Следует отметить, что в машинах, где используется трехфазный ток, используется другой тип подключения. Однофазный переносит удары и преобразования, в то время как эффективность теряется при преобразовании трехфазного тока.

Система используется в плавке металлов, сварке, управлении краном и многих других производственных и технологических процессах. Применение этого принципа действия позволяет создать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому выполняется широкая регулировка частот вращения шпинделя даже на самых малых оборотах, регулируются механические и другие характеристики электропривода и другие параметры.

Преобразователь частоты на логических элементах

Современные асинхронные двигатели очень сложно контролировать. Дело в том, что запуск мощного асинхронного двигателя связан со значительными перегрузками по току. Сильный крутящий момент может повредить подшипники и опоры, на которых установлены двигатели.

Внезапное отключение двигателя может вызвать перенапряжение и серьезные поражения электрическим током. Поэтому наиболее перспективными системами управления двигателями сегодня являются преобразователи частоты. Путь, по которому накопитель перешел к цифровой версии, довольно сложен. Проблема современных устройств в том, что выходные каскады мощные. Мощных транзисторов не было. Сейчас существуют IGBT-транзисторы или транзисторы с изолированным затвором.

Рассмотрим преобразование однофазной цепи в трехфазную.

Тиристорный преобразователь частоты

Это блок-схема более простого преобразователя. Он состоит из тактового генератора, частоту которого можно регулировать. Он собран на простейших логических элементах. В режиме нет логических элементов. Три логических элемента. Конденсатор и резистор устанавливают постоянное значение времени, то есть частоту импульсов. Эти импульсы отправляются на счетчик Джонсона, который одновременно является счетчиком и декодером, преобразующим выходной сигнал в сигнал с выходным импульсом.

он устроен так, что импульсы проходят последовательно. Чтобы получить трехфазную систему, десять импульсов были разделены на последовательность до шести импульсов. В этом случае конец седьмого импульса прерывает работу счетчика, обнуляя его. Импульс дает команду обнулить счетчик, счет начинается с нуля. Выходы этих элементов, в данном случае декодера, подключены к трем переключающим элементам. Эти переключающие элементы, которые управляют работой двухтактных транзисторных соединений, составляют основу вывода.

На выходе появляется напряжение с частотой, которую мы задали на этом генераторе. Тактовые импульсы отправляются на счетчик Джонсона с декодером, активирующим логические элементы. Если на входе есть блок, который запитан на два мощных транзистора, включенных по мостовой схеме, то пары транзисторов изменяют направление тока в обмотке двигателя вправо и влево. В результате с увеличением регулирования скорости вращения частота переключения выходного напряжения в обмотке будет постепенно увеличиваться, что приведет к увеличению средней частоты в двигателе и увеличению количества его революции.

Если мы рассматриваем систему как результирующую трехфазную систему переменного тока, мы можем получить трехфазный выход переменного тока. Он будет прямоугольным. Для получения импульсов, близких к гармоническим колебаниям, необходимо применять L- или C-фильтры для получения полного сигнала. Если речь идет о постоянном токе, то этот преобразователь может получать от него трехфазный переменный ток. Таким образом, наш инвертор с питанием от постоянного тока может работать от однофазного выпрямителя.

В мощных агрегатах транзисторы не подходят для использования. Поэтому вместо них используются тиристорные преобразователи частоты. На малых оборотах поддерживать крутящий момент сложнее, так как у приводов жесткие характеристики. Насос приводится в действие системой склеивания синусоидальной формы. Выходная частота менее 50 герц.

Тиристорный преобразователь частоты

Тиристорный преобразователь частоты

Виды преобразовательных агрегатов

Преобразование может производиться в различных схемах, у которых принцип работы разный. Существует несколько типичных применений тиристоров:

  • Управляемые выпрямители;
  • Инверторные преобразователи.

Управляемый выпрямитель отличается тем, что тиристоры устанавливаются вместо части или всех диодов посредством коммутации, которая в определенные моменты времени позволяет контролировать значение среднего напряжения на нагрузке.

Управляемый выпрямитель

Тиристорный преобразователь напряжения, подключенный по схеме управляемого выпрямителя, в силу особенностей его работы может использоваться только в цепях переменного тока для питания нагрузки постоянным напряжением.

Инверторные преобразователи генерируют напряжение, близкое к синусоидальному, из постоянного напряжения. В этом случае можно получить другое количество фаз, можно регулировать амплитуду и частоту напряжения.

Частотный преобразователь

Асинхронный двигатель для управления мощностью и скоростью может быть активирован только через инверторный преобразователь (преобразователь частоты).

Как сделать преобразователь частоты собственноручно

Изготовить преобразователи частоты своими руками пытаются многие любители.


Самодельная схема инвертора

Схема хорошо работает с двигателем мощностью до 1 кВт российского и зарубежного производства.

Для изготовления инвертора потребуются следующие детали:

  • микросхемы: К155ЛА3, К155ИЕ4, К155ЛП5;
  • транзисторы: КТ315 (3 шт.), КТ817В (3 шт.);
  • диоды: КД105Г — 3 шт.;
  • резисторы с сопротивлением: 10 кОм (3 шт.), 6,2 кОм (3 шт.), 1 кОм (3 шт.), переменный резистор 220 Ом и 1 кОм;
  • конденсаторы: 0,33 и 0,1 мкФ;
  • электролитические конденсаторы: 100 мкФ * 10 В и 1000 мкФ * 50 В.

Для этого преобразователя частоты, сделанного своими руками, требуется источник питания постоянного тока 27 В и 5 В. Электродвигатель подключается по схеме.


Включение электродвигателя в цепь

Если обратиться к современным технологиям, создание инвертора можно осуществить на базе платформы Arduino. Регуляторы частоты — незаменимая вещь для управления электроприводом, как в бытовых, так и в промышленных условиях.

Разработка

Тиристорный преобразователь-двигатель электрической схемы (например, КТЭ) для плавного переключения может быть двух типов:

  1. Один этап;
  2. Многофазный.

В зависимости от типа исполнения соотношение вычислительных блоков и принципы работы преобразователя различаются.

На этом чертеже схематично показано изменение электрической энергии при работе тиристорного преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах. При этом для мостовой схемы можно создать такую ​​же схему, но состоящую всего из двух нулей. Именно она чаще всего используется при проектировании преобразователя для станочного оборудования. Это связано с тем, что начальное фазное напряжение в нем вдвое превышает фазное напряжение (Udo) в нулевой рабочей цепи.

Однофазная схема используется для управления питанием и работой привода машин с высоким индуктивным сопротивлением. Работает в диапазоне мощностей от 10 кВт до 20, гораздо реже — на больших мощностях. Например, он подойдет для электрической духовки, бытового станка.

Трехфазный применяется для оборудования, для работы которого требуется 20 кВт. Например, для синхронных приводов, крановых двигателей и экскаваторов. Другой популярной многофазной схемой управления является шестифазная (Кемрон). Его конструкция предполагает использование импульсного реактора в установке, который предназначен для управления низким напряжением и высоким током. Это силовое электрическое устройство передает и преобразует электрическую энергию параллельно, а не последовательно (как большинство подобных устройств). Своими руками разработать сложнее, но степень надежности и эффективности намного выше, чем у однофазного тиристорного преобразователя. Но у такого реверсивного регулятора есть один существенный недостаток — его КПД менее 70 %.

Сделать конвертер своими руками можно, но многое зависит от используемой базы. Ниже представлена ​​диаграмма, разработанная на базе Micro-Cap 9. Основная особенность данной модели — необходимость совместного моделирования различных узлов.

Видео: как работают тиристорные преобразователи

Тиристорные преобразователи частоты с звеном постоянного тока

При необходимости регулировки частоты вращения вала выше номинальной, а также при высоких требованиях к отсутствию паразитных гармоник используются преобразователи частоты на основе инвертора тока или инвертора напряжения.

Такие инверторы дважды преобразуют напряжение: переменное напряжение сети выпрямляется, сглаживается и преобразуется обратно в переменное напряжение разной частоты.

Есть 2 схемы двойного преобразования: ток или напряжение инвестора.

Первая цепь имеет высокую индуктивность. На выходе преобразователя частоты поддерживается постоянная амплитуда тока независимо от нагрузки.

Преобразователи частоты этого типа могут восстанавливать электроэнергию в сети в режиме электродинамического торможения, их назначение — оборудование и механизмы, работающие с частыми остановками, реверсами и пусками.

В схему преобразователя частоты включен индуктивно-емкостной фильтр, построенный по схеме инвертора напряжения. Величина выходного напряжения таких устройств не зависит от тока, потребляемого электродвигателем.

Главное достоинство частотников — это натяжная форма «чистая грудь». Такое электрооборудование обеспечивает стабильную работу привода во всем диапазоне регулирования скорости.

Следовательно, двойное преобразование IF:

  • Они позволяют регулировать выходное напряжение в широком диапазоне частот: для устройств, построенных по схеме источника напряжения от 0 до 1500 Гц, для преобразователей частоты «инвертора тока» — 0-125 Гц. Частота ограничена только быстродействием полупроводниковых элементов.
  • Это не снижает производительности двигателя. Выходное напряжение преобразователей частоты имеет форму синусоиды.
  • В них меньше тиристорных переключателей, чем в преобразователях с прямой связью. Схемы инвертора не требуют синхронизации с сетью и сложной схемы для управления открытием и закрытием элементов.
  • Нечувствителен к коротким замыканиям на выходе. Инверторы тока обеспечивают бесперебойную работу в случае короткого замыкания в выходной цепи, а также возможность рекуперировать электроэнергию в сеть.

К недостаткам преобразователей частоты на основе схемы двойного преобразования можно отнести: невозможность работы инвертора тока при групповой нагрузке, зависимость искусственного переключения от cosϕ и уровня нагрузки электродвигателя, значительную стоимость конденсатора или индуктивности, снижение КПД при двойном преобразовании. Даже инверторы напряжения без дополнительных цепей не возвращают электричество в сеть.

Оцените статью
Блог о печах