Все преобразователи частоты, которые используются в частотно-регулируемом электроприводе — это силовые полупроводниковые устройства, в которых используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). В таких устройствах силовые IGBT-транзисторы работают в ключевом режиме. Если посмотреть осциллограмму выходного напряжения преобразователя частоты (ПЧ), то мы там не увидим синусоидальную форму, а увидим форму ШИМ-сигнала. Об этом очень подробно рассказано в нашей статье преобразователь частоты и выходное напряжение. Однако, если на выходе ПЧ установить выходной LC-фильтр (sin-фильтр), то тогда действительно увидим синусоидальное напряжение. Установка sin-фильтров удовольствие дорогое, поэтому они устанавливаются при острой необходимости, например, у двигателя повышенные требования к напряжению пробоя изоляции, или Вам необходимо увеличить длину моторного кабеля и т. д. Следует помнить, что на выходном синусоидальном фильтре будут неизбежные потери мощности и КПД ПЧ уменьшится на несколько процентов.
Теперь о коммутации. Заводы-изготовители оговаривают, что частота коммутации (f ком) должна быть не менее чем в десять раз выше выходной частоты ПЧ. Другими словами, если выходная частота ПЧ составляет 50 Гц, то f ком не должна быть меньше 500 Гц. На практике заводская уставка составляет 2 — 3 кГц. А почему она не может быть, например, 20 — 30 кГц? Такие высокие частоты коммутации в преобразователях частоты, как правило, не используются из-за значительного увеличения динамических потерь при переключении (коммутации) транзисторов. Для информации — увеличение f ком на каждый 1 кГц выше заводской уставки снижает КПД ПЧ на 7%. Например, увеличив частоту коммутации с 5 кГц до 10 кГц получим КПД ПЧ равным 60%, а это уже очень большие потери. Кроме того, на высоких частотах коммутации, на некоторых двигателях, возникает искрение на подшипниках, что приводит к их быстрому выходу из строя.
Тогда давайте использовать минимально допустимую f ком. Можно и так, но на низких частотах коммутации у большинства асинхронных двигателей (АД) возникает повышенный шум — начинают «петь» обмотки двигателя. Для уменьшения шума АД приходится увеличивать f ком. А как же быть? Тут «поет» двигатель, там увеличиваются потери? Наверное необходимо выбирать «разумную» серединку, и не много и не мало, и настраивать f ком для каждого конкретного двигателя.
В новых разработках преобразователи частоты выпускаются с так называемой «мягкой» ШИМ. Суть этого метода заключается в том, что частота коммутации в небольших пределах изменяется по случайному закону (белый шум) относительно основной f ком. Такой способ значительно уменьшает шум двигателя и нет необходимости увеличивать f ком.
А зачем тогда в ПЧ предусмотрена высокая f ком, достигающая 15 кГц и более? Необходимо иметь в виду то, что для высокоскоростных приводов (гироскопы, электрошпиндели и т. д.) выходная частота ПЧ составляет 1 кГц и более. Вот тут то и начинает «работать» оговорка заводов-изготовителей, о которой упоминалось в начале статьи.
НПП Техносервиспривод
И.С. Кутрань
+38 096 1111 628
г. Киев