Развитие степени автоматизации электроэнергетических систем, а также повышение требований к энергоэффективности электротехнических комплексов актуализируют задачи оптимизации управления электроприводами, в частности, задают тенденции к более осознанному подбору режимов работы частотных преобразователей в зависимости от решаемых электроприводом задач.
Преобразователи частоты как ключевой элемент системы электропривода применяется сегодня практически во всех отраслях, начиная от судовых систем электродвижения, заканчивая управлением вентиляторов сухих градирен в составе ТЭЦ.
Функционально преобразователь частоты работает по схеме «выпрямитель-звено постоянного тока-инвертор». Напряжение, поступая на блок выпрямителя, теряет синусоидальную форму при сохранении пульсации сигнала. В звене постоянного тока пульсации устраняются посредством L–C фильтра. Далее уже постоянное напряжение поступает на звено управляемого инвертора, который преобразует его в прямоугольно-импульсное напряжение заданной частоты, на практике часто называемое ШИМ.
Частота выходных импульсов формирует действующее значение выходного напряжения, на которое и реагирует электродвигатель. Чем выше частота возникновения импульсов, тем выше действующее значение напряжения и тем выше скорость вращения вала электродвигателя. Это позволяет управлять синхронными и асинхронными двигателями в широком диапазоне скоростей при сохранении стабильного крутящего момента.
При скалярном (в некоторых источниках — вольт-частотное) управлении, путем задания режима работы ключей инвертора, изменяется амплитуда и частота приложенного к двигателю напряжения. Как известно, отклонение частоты питающего напряжения приводит к отклонению расчетных значений момента двигателя и коэффициента мощности. Таким образом, для соблюдения номинальных режимов работы двигателя необходимо пропорционально изменению частоты изменять амплитуду питающего напряжения, в рамках перегрузочной способности двигателя:
где Ммах — максимальный момент двигателя;