(Начало статьи в №4 журнала)
Можно выделить следующие основные схемы высоковольтных ПЧ:
1) выполненные по двухтрансформаторной схеме с низковольтным инвертором;
2) содержащие автономные инверторы тока (АИТ), выполненные по мостовой схеме на SCR-тиристорах (включаемых по управлению и выключаемых с помощью конденсаторов);
3) содержащие АИТ, выполненные на полностью управляемых (включаемых и выключаемых по управлению) симметричных тиристорах (GTO, SGCT);
4) содержащие автономные инверторы напряжения (АИН), выполненные по схеме с тремя уровнями напряжения (3-level) и коммутацией в «звезду» с фиксированной нулевой точкой или фиксированной нейтралью (Neutral-Point Clamped – NPC));
5) содержащие АИН с четырьмя уровнями напряжения (4-level);
6) многоуровневые ПЧ (Multilevel).
Структура высоковольтного частотно-регулируемого привода (ВЧРП), выполненного по двухтрансформаторной схеме с низковольтным инвертором, приведена на рис. 9.
Двухтрансформаторная схема стала использоваться в тот период, когда не было доступных и надежных высоковольтных полупроводниковых ключей. Обычно использовали низковольтный инвертор на напряжение 690 В. Однако двухтрансформаторная схема имеет ряд недостатков:
1) такие ПЧ не могут работать в области низких частот, так как при этом характеристики трансформаторов резко ухудшаются;
2) через низковольтный инвертор протекают большие токи, и если требуется обеспечить на выходе большую мощность, то приходится включать параллельно несколько инверторов;
3) относительно низкий КПД ПЧ из-за многочисленных последовательных преобразований.
В связи с данными недостатками современные ВЧРП в большинстве случаев не строятся на основе двухтрансформаторной структуры.
Топология и принципы управления инверторами в настоящее время определяются современными силовыми полупроводниковыми элементами нового типа (IGBT, GTO, IGCT, SGCT), а также различными видами ШИМ (широтно-импульсной модуляции) [7]. Например, ШИМ со «слежением» (релейного типа), программная ШИМ с избирательным подавлением высших гармоник, многоуровневая ШИМ, ШИМ в комбинации с амплитудно-импульсной модуляцией и другие. Стремление получать на выходе инверторов ток и напряжение для питания электродвигателя с меньшим количеством гармонических составляющих определило, по мнению авторов, несколько подходов производителей к построению инверторов [8]. Например, известны инверторы с тремя уровнями напряжения (3-level, рис. 10) и коммутацией в «звезду», либо с четырьмя уровнями напряжения (4-level, рис. 11).