С автономным инвертором напряжения

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

В ПЧ этого типа происходит двукратное преобразование электрической энергии. Сначала переменное напряжение с частотой выпрямляется, а затем постоянное напряжение U_d преобразуется (инвертируется) АИН в переменное с заданной амплитудой первой гармоники U_21m и частотой f₂. В качестве ключевых элементов в АИН в настоящее время практически всегда используются транзисторы.

На рис. 6 показана схема ПЧ, в котором АИН выполнен на биполярных транзисторах с изолированным затвором. Здесь показаны только основные силовые элементы ПЧ, необходимые для процесса преобразования.

Рис. 6. Транзисторный АИН

Принципы инвертирования напряжения АИН хорошо известны. В каждой фазе АИН всегда открыт один из двух ключевых элементов, и потенциал фазы на выходе АИН всегда равен потенциалу положительной или отрицательной шины на входе АИН.

Таким образом, амплитуда линейного напряжения на выходе АИН всегда равна входному напряжению U_2m= U_d. Частота выходного напряжения однозначно определена частотой переключения транзисторов и для ЭП не имеет ограничения сверху, так как у мощных современных транзисторов частота переключения достигает значения f_m_ах = 20 - 40 кГц. Поэтому в ПЧ с АИН для формирования выходного напряжения с заданными частотой f₂ и амплитудой первой гармоники U_21m исключительное применение находит способ широтно - импульсной модуляции (ШИМ) напряжения с постоянной частотой коммутации или с переменной частотой коммутации в системах прямого цифрового управления моментом (рис. 7, 8).

Частота, форма и амплитуда модулирующего напряжения при ШИМ определяют форму гладкой составляющей напряжения на выходе АИН, амплитуду первой гармоники U_21m и ее частоту f₂. Для получения синусоидальной гладкой составляющей выходного напряжения форма модулирующего напряжения может быть также синусоидальной. Но линейное напряжение на выходе АИН с ШИМ в бестрансформаторной схеме при этом равно (первая гармоника):

(1.2)

т.е. даже при , и двигатель ЭП не может быть использован в номинальном режиме. Поэтому модулирующее напряжение и_м обычно имеет форму, соответствующую уравнению:

(1.3)

Рис. 7. Зависимость модулирующего напряжения от значений

Коэффициента модуляции

На рис. 7 модулирующее напряжение показано для трех значений коэффициента модуляции μ = 0, 1; 0, 5; 1, 0. Линейное напряжение (первая гармоника) на выходе ПЧ в этом случае при μ = 1 равно сетевому напряжению на входе U₂₁= U₁. А благодаря трехпроводной системе подключения двигателя к ПЧ третья гармоника отсутствует и в линейном, и в фазном напряжении.

Формы линейного напряжения и линейного тока при работе ПЧ с АИН на нагрузку с отстающим коэффициентом мощности приведены на рис. 8. При регулировании частоты f₂ и напряжения u₂ изменяется скважность импульсов, частота которых равна частоте переключения f_k (коммутации) транзисторов в АИН, а их амплитуда остается постоянной и равной U_d.

Частота коммутации транзисторов f_k выбирается обычно равной 3—6 кГц, так как с ее увеличением растут потери в АИН, а с уменьшением — в двигателе.

Рис. 8. Линейные напряжение и ток на выходе ПЧ с АИН

Гармонические составляющие напряжения столь высоких частот из - за фильтрации индуктивностями рассеяния обмоток двигателя не создают больших гармонических составляющих в выходном токе АИН, и его форма близка к синусоидальной даже при отсутствии фильтров на выходе ПЧ (рис. 8). Однако такие фильтры используются для уменьшения скорости изменения напряжения на обмотке двигателя в момент переключения транзисторов (чаще при мощности двигателя 50 кВт и более) и для уменьшения перенапряжений на выходе ПЧ при работе на длинный соединительный кабель (30 м и более).

В ПЧ с АИН невозможен обмен реактивной энергией двигателя с питающей сетью, и реактивная составляющая тока двигателя циркулирует в контуре электродвигатель — АИН — входной конденсатор С, наличие которого вместе с диодами, шунтирующими в обратном направлении транзисторы АИН, является обязательным для схемы инвертора напряжения.

Схема ПЧ с АИН, показанная на рис. 6, нереверсивная из-за нереверсивности выпрямителя. При возникновении режима генераторного торможения избыточная энергия идет на заряд конденсатора С, напряжение на котором нарастает лавинообразно, и для предотвращения аварии используется защита, контролирующая это напряжение.

Рис. 9. Включение тормозного резистора в ПЧ с АИН

Возможны схемные решения с использованием диодно-тиристорного или тиристорного реверсивного выпрямителя. Но в промышленных установках такие схемы применяются очень редко. Если же в системе ЭП может возникать необходимость экстренного торможения, то используется схема ПЧ с дополнительным транзистором и тормозным резистором, который устанавливается вне корпуса ПЧ (рис. 9).

Коэффициент мощности ПЧ с АИН благодаря нерегулируемому выпрямителю на входе близок к единице k_м = 0, 92—0, 96. Во время работы из сети потребляется в основном активная мощность нагрузки ЭП и мощность потерь в ПЧ и в электродвигателе.

Основные достоинства ПЧ с АИН:

· широкий диапазон выходных частот (от 0 до 1000 Гц и более);

· возможность формирования необходимой кривой тока (обычно синусоидальной);

· простота силовой схемы ПЧ.

Недостатки ПЧ с АИН:

· нереверсивность при выполнении по основной схеме;

· большая скорость изменения напряжения на обмотке двигателя.

Двухзвенный ПЧ с автономным инвертором тока состоит из управляемого выпрямителя (УВ), автономного инвертора тока (АИТ), сглаживающего реактора L и конденсаторов С, являющихся источником реактивной энергии для двигателя (рис. 10).

Рис. 10. Двухзвенный преобразователь частоты

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒