Введение

Частотный преобразователь — это электронное или электромеханическое устройство, которое преобразует переменный ток (AC) одной частоты в переменный ток другой частоты. Устройство также может изменять напряжение, но если это происходит, то это является второстепенной функцией, поскольку преобразование напряжения переменного тока гораздо проще, чем преобразование частоты. Традиционно эти устройства представляли собой электромеханические машины, называемые мотор-генераторной установкой. Также использовались устройства с ртутными дуговыми выпрямителями или вакуумными лампами. С развитием твердотельной электроники стало возможным создание полностью электронных частотных преобразователей. Эти устройства обычно состоят из выпрямительного каскада (генерирующего постоянный ток), который затем инвертируется для получения переменного тока требуемой частоты. В инверторе могут использоваться тиристоры, IGCT или IGBT. Если требуется преобразование напряжения, трансформатор обычно включается во входную или выходную цепь переменного тока, и этот трансформатор может также обеспечивать гальваническую развязку между входной и выходной цепями переменного тока. Для повышения устойчивости преобразователя к кратковременным перебоям в питании к цепи постоянного тока может быть добавлена батарея. Частотные преобразователи различаются по мощности от нескольких ватт до мегаватт.

Приложения

Преобразователи частоты используются для изменения частоты переменного тока, когда две соседние энергосистемы работают на разных частотах сети. Преобразователь частоты с регулируемым напряжением и частотой (VFD) – это тип преобразователя частоты, применяемый для управления скоростью двигателей переменного тока, например, насосов и вентиляторов. Скорость синхронного или асинхронного двигателя переменного тока зависит от частоты питающего напряжения переменного тока, поэтому изменение частоты позволяет изменять скорость вращения двигателя. Это позволяет регулировать производительность вентилятора или насоса в соответствии с технологическими условиями, что может привести к экономии энергии. Циклопреобразователь также является типом преобразователя частоты. В отличие от VFD, который является косвенным преобразователем частоты, поскольку он использует стадию преобразования переменного тока в постоянный и затем постоянного тока в переменный, циклопреобразователь является прямым преобразователем частоты, так как не использует промежуточных ступеней. Другое применение – в аэрокосмической и авиационной отраслях. Часто самолеты используют питание с частотой 400 Гц, поэтому для использования в наземном источнике питания самолета, находящегося на земле, требуется преобразователь частоты с 50 Гц или 60 Гц на 400 Гц. Авиакомпании также могут использовать эти преобразователи для обеспечения пассажиров питанием 220 В для ноутбуков и других устройств. Оборудование радио- и боевых систем на военных кораблях часто также питается от сети 400 Гц для снижения уровня шума в постоянном токе после выпрямления. В системах возобновляемой энергии преобразователи частоты являются важным компонентом двухскоростных асинхронных генераторов (DFIG), используемых в современных ветровых турбинах класса нескольких мегаватт. Система HVDC может использоваться в качестве преобразователя частоты для больших нагрузок.

Альтернативное использование

Частотный преобразователь может также относиться к схеме с гораздо меньшей мощностью, которая преобразует радиочастотные сигналы с одной частоты на другую, особенно в супергетеродинном приемнике. См. частотный смеситель. Схема обычно состоит из гетеродина (локального осциллятора) и частотного смесителя (аналогового умножителя), которые генерируют суммарные и разностные частоты от входного сигнала и гетеродина, из которых одна (промежуточная частота) необходима для дальнейшего усиления, а остальные отфильтровываются. Ранее аналогичный результат достигался с помощью пентагридиного преобразователя или триода и гексода в одной лампе, но в транзисторных радиоприемниках это может быть экономично реализовано с помощью одного транзистора, работающего как самовозбуждающийся смеситель.