Преобразователи частоты (ПЧ) нашли широкое применение в электроэнергетике и на транспорте. Их разработка и применение существенно ускорились благодаря прогрессу в силовых полупроводниках (СПП), новой схемотехнике автономных инверторов (И), прогрессу в разработке новых быстроходных электрических двигателей (ЭД). СПП переживает новый подъем, связанный с переходом IGBT-транзисторов с кремния на карбид кремния, отраженный в [1–4]. Схемотехника И использует различные топологии многоуровневых преобразователей напряжения и частоты, отраженные в [5–7]. ЭД получили новое развитие благодаря применению постоянных магнитов или использованию индукторных быстроходных электрических машин (ИЭМ) [8–11]. Системы управления СУ инверторов И и преобразователей частоты ПЧ также непрерывно совершенствуются в части алгоритмов и аппаратной реализации на базе контроллеров, реализующих различные методы векторного управления, приведенные ниже и упомянутые в [13–15].
Цель настоящей статьи состоит в рассмотрении методики расчета наиболее тиражируемых схем ПЧ, анализе различных методов векторного управления ПЧ и приведение в качестве примера судового и энергетического ПЧ на мощности от 200 кВт до 1 МВт.
На рис. 1 приведена типовая структурная схема ПЧ в составе: выпрямителя, шины постоянного тока с фильтром, 2-уровневого инвертора, нагруженного на асинхронный ЭД. Выпрямитель представляет 6-пульсный преобразователь тока с использованием диодов или тиристоров. Фильтр выполнен с использованием двух дросселей, нагруженных на конденсатор. Инвертор И выполнен на IGBT-транзисторах и нагружен на ЭД.
Расчет мощности ПЧ выполняется исходя из параметров нагрузки. Схема расчета: исполнительный орган – электродвигатель (ЭД) – инвертор (И) – фильтр (Ф) – выпрямитель (В). Рассматривается пример расчета 6-фазного моста: В – на тиристорах, И – на IGBT-транзисторах по 2-уровневой схеме, нагруженного на асинхронный ЭД. Для расчета задаются: номинальный ток ЭД – Iн, Uс – фазное действующее напряжение сети, Uи – действующее номинальное напряжение ЭД.