Структуру выходного каскада преобразователя частоты можно представить в виде следующей схемы (рис.1):
Как видно из схемы выходной каскад преобразователя частоты состоит из 3-х фазного мостового инвертора, который питается в простейшем случае от внешнего источника постоянного тока (в реальных преобразователях частоты от промежуточного звена постоянного тока). Также на управляющий вход мостового инвертора подается управляющее напряжение, под действием которого происходит коммутация тока в фазах. Управляющее напряжение генерируется в блоке PWM, основываясь на показаниях датчиков обратных связей. После мостового инвертора напряжение попадает в фильтр. А после фильтра идет на нагрузку.
Рассмотрим более подробно силовые каскады инвертора.
Трёх фазный мостовой инвертор напряжения, выполняется на силовых управляемых вентилях. В данной модели используются мощные MOSFET транзисторы, которые соединены по следующей схеме (рис.2).
Как было сказано выше мостовой инвертор питается от источника постоянного напряжения, а на затворы полевых транзисторов подается сигналы управления.
Сигналы управления, генерируемые блоком ШИМ переводят транзисторы из открытого состояния в закрытое и наоборот, тем самым изменяя направление и значение тока в нагрузке.
Допустим в первом состоянии включены транзисторы VT2, VT4 и VT3. Фазы A и С подключены к положительной шине входного источника питания, а фаза В нагрузки подключена к отрицательной шине источника. При симметричной нагрузке, т.е. при одинаковом сопротивлении фаз, на две параллельно соединенные фазы А и С будет приложена в положительном направлении треть напряжения источника, а на последовательно соединенную с ним фазу В две трети напряжения питания отрицательной полярности. Далее процесс коммутирования продолжается так, чтобы фаза А была подключена к положительной шине питания, а фазы С и В к отрицательной шине, далее фазы В и А подключены к положительной шине питания, а фаза С к отрицательной и т.д. Таким образом для того чтобы получить полный период выходного напряжения необходимо проделать 6 ступеней коммутации. Поскольку транзисторы переключаются из одного состояния в другое скачком, то и выходное напряжение будет иметь ступенчатую форму. Для ряда устройств такая форма выходного напряжения (иногда её называют модифицированная синусоида) оказывается приемлемой, однако такая форма абсолютно не подходит для питания электродвигателей. Для того, чтобы можно было подключить к такому преобразователю частоты электродвигатель, необходимо после мостового инвертора поставить фильтр.
Основная задача фильтра — это сгладить форму кривой на выходе мостового инвертора, т.е. получить из ступенчатого сигнала на входе синусоидально изменяющееся напряжение на выходе фильтра. В простейшем случае такой фильтр состоит из дросселя и конденсатора, включенных в каждую фазу (рис 3).
На следующей осциллограмме представлено выходное напряжение всех трёх фаз преобразователя (рис.4).
Как видно из графиков в начальный момент времени примерно до 0.01с нарушается синусоидальность кривых, это объясняется переходными процессами возникающие в фильтре.