как устроен частотный преобразователь

Частотный преобразователь (ЧП, инвертор) — это устройство, предназначенное для регулировки скорости вращения асинхронных и синхронных электродвигателей путем изменения частоты и амплитуды выходного напряжения.

1. Устройство частотного преобразователя

Основные блоки ЧП:

1.1. Входной выпрямитель (диодный или активный)

Преобразует переменное напряжение сети (~220/380 В, 50/60 Гц) в постоянное (DC).

• Диодный выпрямитель – простой, но нерегулируемый.

• Активный выпрямитель (IGBT) – позволяет рекуперировать энергию в сеть и снижать гармоники.

1.2. Фильтр (LC-цепь или конденсаторы)

Сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

1.3. Инвертор (IGBT-транзисторы)

Преобразует постоянное напряжение (DC) обратно в переменное (AC) с регулируемой частотой (0…400 Гц) и амплитудой.

1.4. Система управления (микроконтроллер + ШИМ)

• Генерирует управляющие сигналы для IGBT.

• Реализует ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) для формирования синусоиды.

• Обеспечивает защиту от перегрузок, контроль тока и напряжения.

1.5. Входы/выходы (цифровые и аналоговые сигналы)

• Аналоговые входы (0…10 В, 4…20 мА) – задание частоты.

• Цифровые входы – пуск/стоп, реверс.

• Выходы – сигнализация, реле.

---

2. Принцип работы частотного преобразователя

2.1. Преобразование напряжения

1. Выпрямление

   • Сетевое напряжение (~380 В, 50 Гц) выпрямляется диодным мостом в постоянное (~540 В DC).

2. Фильтрация

   • Конденсаторы сглаживают пульсации.

3. Инвертирование

   • IGBT-транзисторы по сигналу ШИМ формируют переменное напряжение нужной частоты (например, 0…400 Гц).

2.2. ШИМ-модуляция

• Для формирования синусоиды используется высокочастотное переключение IGBT (обычно 2…16 кГц).

• Изменяя ширину импульсов, можно регулировать действующее значение напряжения.

2.3. Управление двигателем

• ЧП изменяет частоту и напряжение пропорционально (по закону V/f = const для асинхронных двигателей).

• При снижении частоты (например, с 50 Гц до 25 Гц) напряжение также снижается (~со 100% до 50%), чтобы избежать насыщения магнитопровода.

---

3. Схемы частотного преобразователя

3.1. Структурная схема

3.2. Принципиальная схема выпрямителя и инвертора

3.3. Выходное напряжение (ШИМ)

---

4. Режимы работы

• Скалярное управление (V/f) – простой метод, без обратной связи.

• Векторное управление – точный контроль момента и скорости (с датчиком или без).

• Торможение – рекуперативное или динамическое.

---

5. Применение

• Насосы, вентиляторы (экономия энергии).

• Конвейеры, станки (точное регулирование).

• Краны, лифты (плавный пуск).