1. Теоретические сведения

При частотном управлении асинхронный двигатель представлен Т-образной схемой замещения при переменной частоте (рис. 1).

Рис.1. Схема замещения фазы АД при частотном регулировании

– относительная частота статора;

– частота первой гармоники подаваемого на статор напряжения;

– номинальная частота напряжения (50 Гц);

– абсолютное скольжение;

– э.д.с., учитывающая действие магнитного потока статора;

– э.д.с., учитывающая действие магнитного потока ротора;

– э.д.с., учитывающая действие основного (рабочего) магнитного потока

Преобразователь частоты выполнен на основе транзисторного автономного инвертора напряжения (АИН) со звеном постоянного тока (ЗПТ). Функциональная схема преобразователя приведена на рис. 2. Звено постоянного тока выполнено по схеме трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя с L-C фильтром, система управления инвертором (СУИ) обеспечивает необходимое напряжение на выходе в соответствии с выбранным алгоритмом управления.

Напряжение на нагрузке при алгоритме управления с  = 180^o (рис. 3) формируется следующим образом. В любой момент времени одна фаза нагрузки через соответствующую пару силовой транзистор – обратный диод подключена к шине «минус», а две другие – к шине «плюс» или наоборот: одна фаза подключена к шине «плюс», а две другие – к шине «минус». Соответственно фазное напряжение на последовательно включенной фазе равно  2/3Е, а на параллельно включенной 1/3Е. Знак напряжения зависит от того, к какой шине подключается фаза нагрузки. Структура силовой части АИН изменяется через каждую треть периода, в результате фазное напряжение имеет прямоугольно-ступенчатую форму, а линейное напряжение – форму импульса длительностью 2/3 и паузой на нуле /3. Фазный ток нагрузки является реакцией на фазное напряжение.

Ток в звене постоянного тока i_d равен току в последовательно включенной фазе. Если фазный ток меняет знак при  < /3, реактивный ток данной фазы замыкается через две другие фазы. В этом режиме имеют место интервалы, когда проводят два транзистора и один диод, и интервалы, когда проводят три транзистора. При этом ток i_d всегда имеет положительное направление. Если  > /3, то чередуются интервалы, когда проводят два транзистора и один диод или два диода и один транзистор. В этом режиме реактивный ток фазы нагрузки не может полностью скомпенсироваться в двух других фазах и ток i_d имеет интервалы с отрицательным направлением тока. Для компенсации этого тока при питании АИН от выпрямителя на входе АИН устанавливают конденсатор.

Недостаток данного способа управления инвертором – невозможность изменения напряжения на двигателе без изменения напряжения в звене постоянного тока.

Для регулирования амплитуды напряжения на выходе инвертора при питании от неуправляемого выпрямителя основным методом стала широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Применение широтно-импульсной модуляции обеспечивает близкую к синусоидальной форму фазного тока двигателя в широком диапазоне регулирования. Соответственно уменьшаются потери и дополнительные паразитные моменты от высших гармоник.

Для обеспечения паузы на нуле в кривой выходного напряжения АИН с ШИМ все три фазы нагрузки одновременно подключаются к положительной либо к отрицательной шине звена постоянного тока.

Рис. 2. Функциональная схема преобразователя

Рис. 3

Рис.4. Алгоритм управления, реализующий однополярную синусоидальную ШИМ

Формирование алгоритма переключения силовыми элементами инвертора и реализация заданного закона частотного управления обеспечиваются системой управления инвертором (СУИ). Современные СУИ выполняются на основе микропроцессорной техники.

На рис. 4 показан алгоритм управления силовой частью инвертора, реализующий однополярную ШИМ по синусоидальному закону. Здесь же приведены кривые выходного (линейного) напряжения АИН. Импульсы управления, подчиняющиеся закону модуляции, показаны на рисунке заштрихованными. Данный метод ШИМ реализован в программе Model.