Условия применения статических преобразователей частоты

 

Параметры электропри­вода	НПЧ	ПЧ с АИН	ПЧ с АИТ
Мощность двигателя:
· 100 кВт и менее	-	+	-
· 0, 1—1 МВт	+	+	+
· 1, 0 МВт и более	+	-	+
Частота на выходе ПЧ:
· < 50 Гц	+	+	+
· =50—100 Гц	-	+	+
· > 100 Гц		+
Диапазон регулирования:
· D < 10: 1	+	+	+
· D = 10: 1—100: 1	+	+	-
· D > 100: 1	-	+	-
Режим генераторного торможения	+	-	+
Многодвигательный электропривод	-	+	-

 

2. ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ЧАСТОТНО­-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ

Электрическая функциональная схема ЭП с серийным ПЧ приведена на рис. 14.

В ПЧ применена наиболее распространенная для управления короткозамкнутым АД схема ПЧ с АИН и ШИМ напряжения на выходе, неуправляе­мым выпрямителем на входе силовой части схемы и микропроцессорным управлением.

При питании от сети 380 В наиболее рациональным является применение в инверторе полупроводниковых при­боров нового поколения — биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT.

Основные элементы, входящие в эту схему (рис. 14):

UZ— неуправляемый выпрямитель; L₀, С₀ — фильтр; RT — термистор, ограничивающий ток заряда конденсатора С₀; R₀ — разрядное сопротив­ление для конденсатора С₀; FU1, FU2, FU3 — пре­дохранители; R, С — цепь защиты (снаббер) от перенапряжений на транзисторах IGBT; RS — датчик тока для организации защиты (FA) от сквозных и недопустимых токов перегрузки через IGBT; VT— VD — трехфазный инвертор на IGBT с обратным диодным мостом.

 

 

 

Рис. 14. Функциональная электрическая схема асинхронного электропривода с преобразователем частоты

Основные блоки в системе управления:

· блок питания БП, состоящий из восьми гальва­нически развязанных источников постоянного на­пряжения;

· микроконтроллер AD;

· плата индикации DS с переключателем способа управления: местное или дистанционное;

· блок сопряжения ТВ для работы с внешними сигналами или командами;

· согласующие усилители UD — драйверы IGBT.

Электропривод работает следующим образом. При подаче напряжения 380 В на силовой вход ПЧ в звене постоянного тока происходит процесс заряда конденсатора фильтра С₀, который опреде­ляется значениями RT, С₀. Одновременно с этим в информационную часть схемы подается пи­тание (напряжения U₁—U₈). В процессе выдерж­ки времени на установление напряжений стабили­зированных источников питания U₁—U₄ аппарат­ная защита FA блокирует открывание ключей ин­вертора и происходит запуск программы управле­ния процессором по аппаратно формируемой ко­манде «Рестарт».

Выполняется инициализация. Производится за­пись начальных условий в ячейки ОЗУ процессора и определяется способ управления — местное или дистанционное. Если с датчиков тока фаз двигателя ТА_А, ТА_B, TA_с, аппаратной защиты FA, напряже­ния сети U_c, а также от всех каналов вторичного источника питания поступает информация о нор­мальных параметрах, то ЭП готов к работе и на цифровой индикатор выводятся нули, светится све­тоизлучающий диод «Подача». В противном слу­чае загорается светоизлучающий диод «Авария» и на цифровом индикаторе появляется код срабаты­вания той или иной защиты.

Для управления двигателем процессор форми­рует систему трехфазных синусоидальных напря­жений, изменяемых по частоте и амплитуде, и пе­редает их в модулятор, в котором синусоидальные сигналы управления фазами — «стойками» инвер­тора, состоящими из последовательно включенных ключей IGBT, преобразуются в дискретные коман­ды включения и отключения транзисторов класси­ческим методом центрированной синусоидальной ШИМ. Несущая частота ШИМ составляет от 5 до 15 кГц. Одновременное замыкание двух ключей в «стойке» инвертора блокируется, для уче­та реального времени запирания транзисторов в процесс переключения вводится «мертвое» вре­мя, составляющее единицы микросекунд, в течение которого оба ключа разомкнуты.

Структура системы автоматического управления технологическим объектом, в которую включен данный ПЧ, может быть самой разнооб­разной — от разомкнутой системы до замкнутой обратными связями по нескольким сигналам. Алго­ритм управления также зависит от требований тех­нологического объекта. Структура и алгоритм мо­гут быть перепрограммированы.

Силовая часть ПЧ неизменна и пригодна для других способов управления координатами элек­тродвигателя с применением более совершенных микропроцессорных средств.

 

2.1 Методика и пример расчета параметров силовой части преобразователя частоты с автономным инвертором с широтно-импульсной модуляцией и выбор охладителей

Инвертор преобразователя формирует синусоидальные по основной гармонике напряжения на выходе, сдвинутые по фазе на 120 эл. градусов. Применен классический метод центрированной синусоидальной широтно­-импульсной модуляции ключей IGBT инвертора [2].

2.1.1 Расчет инвертора

Максимальный ток через ключи инвертора определяется из выражения:

, (2.1)

Р_н - номинальная мощность двигателя, Вт;

k₁ - коэффициент допустимой кратковременной перегрузки по току (1, 2 - 1, 5), необходимой для обеспечения динамики электропривода;

k₂ - коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока (1, 1 - 1, 2);

η _н - номинальный КПД двигателя;

U_Л - номинальное напряжение двигателя, В.

 

Транзисторы IGBT выбираются с постоянным (номинальным) током коллектора I_с I_с.max.

 

Расчет потерь в инверторе при ШИМ-формировании синусоидального тока на выходе заключается в определении составляющих потерь IGBT в проводящем состоянии и при коммутации, а также потерь обратного диода.

 

Потери в IGBT в проводящем состоянии , Вт:

, (2.2)

где - максимальная величина амплитуды тока на входе инвертора;

- максимальная скважность импульса ( 0, 95);

- коэффициент мощности ( );

U_ce(sat) - прямое падение напряжения на IGBT в на­сыщенном состоянии при I_ср и T_j =125⁰C (типовое значение 2, 1 - 2, 2 В).

 

Потери в IGBT при коммутации , Вт:

, (2.3)

где t_с(on) и t_с(off) - продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание t_с(on) и закрывание t_с(off) транзистора, с. Типовое значение t_с(on) = 0, 3 - 0, 4мкс, t_с(off) = 0, 6 - 0, 7 мкс;

U_сс - напряжение на кол­лекторе IGBT (коммутируемое напряжение, равное напряжению звена посто­янного тока), В;

f_sw - частота коммутации ключей (частота ШИМ), обычно от 4 до 16 кГц.

 

Суммарные потери IGBT , Вт:

(2.4)

 

Потери диода в проводящем состоянии , Вт:

, (2.5)

I_ер I_ср - максимум амплитуды тока через обратный диод, А;

U_ec - падение напряжения на диоде в проводящем состоянии при I_ер, В.

 

Потери восстановления запирающих свойств диода , Вт:

, (2.6)

I_rr - амплитуда обратного тока через диод ( I_ср), А;

t_rr – продолжительность импульса обратного тока (типовое значение 0, 2 мкс).

 

Суммарные потери диода , Вт:

. (2.7)

 

Результирующие потери в IGBT с обратным диодом определяются по формуле , Вт:

. (2.8)

 

Найденные результирующие потери являются основой для теплового расчета инвертора, в ходе которого определяются тип и геометрические размеры необходимого охладителя, а также проверяется тепловой режим работы кристаллов IGBT и обратного диода.

 

Максимально допустимое переходное сопротивление охладитель - окружающая среда в расчете на пару IGBT/FWD (транзистор/обратный диод) R_th(f-a), °С/Вт:

, (2.9)

где Т_а - температура охлаждающего воздуха (45-50 °С);

Т_с - температура теплопроводящей пластины (90-110 °С);

R_th(с-f) - термическое переходное сопротив­ление корпус-поверхность теплопроводящей пластины модуляв расчете на одну пару IGBT/FWD, °С/Вт.

 

Температура кристалла IGBT , °C:

, (2.10)

где R_{th(j-c), a} - термическое переходное сопротивление кристалл-корпус для IGBT-части модуля. При этом должно выполняться неравенство T_ja< 125°C.

 

Температура кристалла обратного диода FWD , °C:

, (2.11)

где R_{th(j-c), d} - термическое переходное сопротивление кристал-корпус для FWD-части модуля. Должно выполняться неравенство T_jd < 125 °C.

 

Если T_j 125 °С или опасно приближается к этой максимально допустимой температуре кристалла, то нужно улучшить теплоотвод за счет исполь­зования охладителя с меньшей величиной R_th(f-a), т.е. задавшись меньшей температурой корпуса Т_с.

 

Расчет выпрямителя

Среднее значение выпрямленного напряжения , В:

, (2.12)

где k_сх = 1, 35 - для мостовой трехфазной схемы,

k_сх = 0, 9 для мостовой однофазной схемы.

 

Максимальное значение среднего выпрямленного тока , А:

, (2.13)

где n - количество пар IGBT/FWD в инверторе.

 

Максимальный рабочий ток диода , А:

, (2.14)

 

где при оптимальных параметрах Г-образного LC-фильтрa, установленного на выходе выпрямителя k_сс = 1, 045 для мостовой 3-фазной схемы;

k_сс = 1, 57 для мостовой 1-фазной схемы.

 

Максимальное обратное напряжение вентиля (для мостовых схем) , В:

, (2.15)

k_с - коэффициент допустимого повышения напряжения сети ( 1, 1);

k_зн - коэффициент запаса по напряжению (> 1, 15);

U_n - запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока ( 100-150 В).

 

Вентили выбираются по постоянному рабочему току ( I_{ν m}) и по классу напряжения .

 

Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима работы электропривода , Вт:

, (2.16)

k_cs = 0, 577 для мостовой 3-фазной схемы;

k_cs = 0, 785 для мосто­вой 1-фазной схемы;

R_on - динамическое сопротивление в проводящем со­стоянии вентиля;

U_j - прямое падение напряжения на вентиле;

составляет около 1В для диода или 1, 3 В для тиристора;

m_v – число вентилей в схеме.

 

Тепловой расчет параметров охладителя выпрямителя следует прово­дить аналогично приведенному выше расчету для инвертора.

 

Максимально допустимое переходное сопротивление охладителъ -окружающая среда в расчете на выпрямитель R_th(f-a), °С/Вт:

, (2.17)

где R_th(c-f) - термическое переходное сопротивление корпус-поверхность теплопроводящей пластины модуля выпрямителя.

 

Если не все вентили моста размещены в одном модуле, то необходимо привести P_DV к числу вентилей, расположенных в одном корпусе.

 

Температура кристалла вентиля модуля , ⁰C:

, (2.18)

где R_{th(j-c), DV} - термическое переходное сопротивление кристалл-корпус для одноговентилямодуля;

–количество вентилей в модуле.

 

Необходимо, чтобы выполнялось неравенство T_jDV < 140 ⁰C.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. IV. Основные условия культуры
2. IX. Порядок и условия заочного голосования (опросным путём).
3. MS Excel. Расчеты с условиями. Работа со списками
4. Абсолютная монархия в России (признаки, особенности, идеалогия, условия возникновения, реформы Петра первого)
5. Актуальные проблемы совершенствования деятельности налоговых органов РФ для реализации промышленно-торговой политики РФ в современных условиях хозяйствования
6. Актуальные проблемы совершенствования деятельности налоговых органов РФ для реализации промышленно-торговой политики РФ в современных условиях хозяйствования.
7. Акты применения права:понятие,признаки,виды.Н,П,А.и акты примен.права:сходство,различия.
8. Алгоритм применения правил Кирхгофа
9. Аудит в условиях компьютерной обработки данных
10. Безопасные условия труда на объекте проектирования.
11. В каких условиях нельзя использовать автоматический наружный дефибриллятор?
12. В какой степени предусмотренные законом условия правомерного причинения вреда при задержании преступника определяют соответствующие действия сотрудников полиции?