10.2. Электропривод по системе преобразователь частоты с непосредственной связью – асинхронный двигатель

Преобразователь частоты с непосредственной связью включается в статорную цепь асинхронного двигателя и служит для преобразования напряжения стандартной частоты в регулируемое в определенных пределах напряжение по величине и частоте.

Преобразователи частоты с непосредственной связью обычно представляют собой три согласованно работающих реверсивных тиристорных преобразователя постоянного тока. Блок схема непосредственного преобразователя частоты представлена на рис.10.7. Развернутая схема каждого из трех реверсивных преобразователей дана на рис.6.10в.

Каждая фаза асинхронного двигателя питается от своего реверсивного преобразователя. Напряжение, прикладываемое к обмотке статора, будет равно:

_.

Если угол регулирования α устанавливать в соответствии с текущим значением частоты, например,

(10.15)

и поддерживать неиз-менным в течение одно-го полупериода входной частоты преобразователя, а в течение второй полуволны переключать группы вентилей преоб-разователя с углом уп-равления , то получим переменное на-пряжение прямоуголь-ной формы заданной час-тоты. Сдвинув моменты включения преобразо-вателей, питающих фазы В и С двигателя соответственно на и , получим трехфазную систему напряжений прямоугольной формы заданной частоты и соответствующей ей амплитуды напряжения (рис.10.8).

Если величину α_в и α_н в течение каждого полупериода заданной частоты регулировать по арккосинусоидальному закону

где , то среднее значения фазных напряжений будут иметь синусоидальную форму

---

.

Для получения приемлемой формы выходного напряжения частота напряжения питающей сети должна быть в несколько раз выше частоты выходного напряжения.

Преобразователи частоты с непосредственной связью по схеме рис.10.7 дают возможность при частоте питания 50Гц получать выходную частоту в пределах 0-20Гц. Поэтому асинхронные электроприводы данного типа чаще всего применяются для тихоходных безредукторных электроприводов средней и большой мощности.

О

Рис.10.9. Механические характеристики электропривода НПЧ-АД

сновным достоинством преобразователей часто-ты с непосредственной связью является естест-венная коммутация вентилей под действием на-пряжения питающей сети, как это происходит в уп-равляемых тиристорных преобразователях (выпря-мителях), используемых в приводе постоянного то-ка. Благодаря возможности перевода преобра-зователя из выпрямитель-ного в инверторный ре-жим, в рассматриваемых схемах возможно торможение асинхронного двигателя с отдачей энергии торможения в сеть (рекуперативное торможение). Механические харак-теристики асин-хронного элек-тропривода с пребразователем частоты с непос-редственной связью показаны на рис.10.9.

Для повышения диапазона регу-лирования часто-ты применяют схемы с промежуточным звеном повышенной частоты (см.рис.10.10). В такой системе первым звеном преобразования энергии является вентильный агрегат, преобразующий напряжение стандартной частоты в напряжение нерегулируемой повышенной частоты (400-2000Гц), а затем это напряжение посредством преобразователя частоты с непосредственной связью превращается в регулируемое по частоте и напряжению. Такие системы эффективны для многодвигательных электроприводов.

10.3. Электропривод по системе преобразователь частоты типа автономный инвертор – асинхронный двигатель

В этой системе используются преобразователи частоты с промежуточной цепью постоянного тока. Блок схема такого преобразователя представлена на рис.10.11.

Переменное напряжение промышлен-ной сети сна-чала выпрямляется пос-редством ре-гулируемого или нерегу-лируемого выпрямителя UD, а затем подается на автономный инвертор, преобразующий постоянное напряжение (или ток) в напряжение (или ток) регулируемой частоты и величины.

---

Регулирование величины напряжения (или тока) промежуточного звена постоянного тока может производиться управляемым выпрямителем UD, либо (в инверторах напряжения) в качестве первого звена используется неуправляемый выпрямитель, а регулирование напряжения осуществляется инвертором методом широтно-импульсного регулирования. В первом случае функции управления четко разделены: выпрямитель управляет величиной тока или напряжения, а инвертор – значением выходной частоты преобразователя. Во втором случае обе этих функции возлагаются на инвертор.

Важным узлом преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока является фильтр F. Этот фильтр выполняет две функции: сглаживает пульсации выпрямленного напряжения (или тока) и служит устройством для накопления и отдачи энергии, что необходимо для обеспечения циркуляции реактивной мощности между обмотками асинхронного двигателя и фильтром. Поскольку на входе преобразователя установлен полупроводниковый выпрямитель, то циркуляция реактивной мощности между асинхронным двигателем и сетью невозможна.

Преобразователи частоты по типу автономного инвертора, используемые в электроприводах, позволяют получать выходную частоту от долей Герца до нескольких сотен Гц. Верхний предел ограничивается возможной частотой коммутации вентилей инвертора, нижний – качеством выходного напряжения или тока; при несинусоидальной форме тока в обмотках двигателя при малых частотах нарушается равномерность вращения ротора – он переходит в режим «шагания».

При частотно-токовом управлении асинхронным двигателем применяются автономные инверторы тока (см.рис.10.12). Отличительной особенностью этих инверторов является наличие мощного дросселя (индуктивного фильтра L) в цепи постоянного тока и отсутствие обратных диодов в мостовой схеме инвертора. Для коммутации тиристоров используются коммутирующие конденсаторы С. Принцип коммутации состоит в следующем (см.рис.10.12). Пусть открыты тиристоры VS1 и VS2. Ток проходит через фазы двигателя «а» и «с». Конденсатор С₁₃ заряжен с положительным зарядом на верхней обкладке. При подаче отпирающего импульса на тиристор VS3 он открывается, и образуется короткозамкнутый контур С₁₃-VS1-VS3-C₁₃, по которому происходит перезаряд конденсатора С₁₃. Под действием тока перезаряда тиристор VS1 закроется и ток далее будет протекать через тиристор VS3, фазы «в» и «с» двигателя и тиристор VS2. Полярность заряда конденсатора С₁₃ изменится на обратную. Затем открывается тиристор VS4 и ток переходит с фазы «с» на фазу «а» (в обратном направлении) и т.д. За время периода заданной частоты происходит 6 коммутаций тиристоров, в результате чего по обмоткам статора двигателя будет протекать трехфазный переменный ток прямоугольной формы заданной частоты.

---

Величина тока контролируется регулятором тока РТ, в соответствии с выходным сигналом которого изменяется угол управления тиристорами и на выходе выпрямителя UD устанавливается необходимая величина выпрямленного напряжения. Выходная частота преобразователя определяется блоком управления вентилями инвертора БУИ в соответствии с заданием частоты.

Достоинствами инвертора тока являются относительная простота схемы, возможность ее реализации на тиристорах, что позволяет выполнять преобразователи на большую мощность и высокое напряжение. В приводах с инвертором тока возможен режим рекуперативного торможения. Для этого, не изменяя направление тока в звене постоянного тока, управляемый выпрямитель переводится в инверторный режим (угол α устанавливается больше π/2).

Недостатками инверторов тока является несинусоидальная форма тока в обмотках статора, а также невозможность питания от одного преобразователя нескольких асинхронных двигателей.

В настоящее время большинство преобразователей изготавливаются по схеме автономного инвертора напряжения. Это связано с появлением полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов: IGB – транзисторов и запираемых тиристоров. Типичная схема электропривода с инвертором напряжения на полностью управляемых приборах дана на рис.10.13. Схемной особенностью инвертора напряжения является наличие обратных диодов VD1-VD6 и фильтрового конденсатора С.

В отличие от инверторов тока, для которых характерным является работа в каждый момент времени по одному вентилю в анодной и катодной группах, в инверторах напряжения более целесообразна одновременная работа двух вентилей в одной группе и одного в другой. При этом продолжительность работы каждого вентиля составляет 2π. Допустим, что в некоторый момент времени работают транзисторы VT1, VT2 и VT6. Тогда ток протекает по всем трем фазным обмоткам двигателя, причем половина напряжения U_d прикладывается к фазе «а» и к двум параллельно включенным фазам «в» и «с». При запирании транзистора VT2 и включении транзистора VT5 ток в фазе «в» не может мгновенно измениться и замыкается через диоды VD3 и VD4 на конденсатор С, чем обеспечивается циркуляция реактивной мощности между обмотками двигателя и конденсатором С. После включения транзистора VT6 ток будет протекать по параллельно включенным фазам «а» и «с» и по фазе «в» и т.д. Фазное напряжение, прикладываемое к обмоткам двигателя, будет иметь форму, показанную на рис.10.14.

---

Требуемая выходная частота определяется частотой переключения вентилей инвертора и задается каналом регулирования частоты. Регулирование величины выходного напряжения может производиться двумя способами:

• использованием управляемого выпрямителя на входе преобразователя, с помощью которого регулируется величина U_d;

использованием способа широтно-импульсного регулирования (см.§6.3), осуществляемого вентилями инвертора; в этом случае входной выпрямитель может быть принят неуправляемым. Первый способ характеризуется двумя недостатками: ступенчатой формой выходного напряжения (см.рис.10.14) и низким коэффициентом мощности преобразователя.

Более современным является второй способ. При широтно-импульсном способе регулирования возможно не только регулирование средней величины напряжения за период, но и корректировка формы выходного напряжения. Такое регулирование называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Принцип широтно-импульсной модуляции синусоидального напряжения поясняется рис.10.15 [1-10].

Так как для двуполярной коммутации

,

то, регулируя непрерывно скважность по синусоидальному закону, можно получить среднее напряжение, также изменяющееся по синусоиде.

Изменяя с помощью системы управления амплитуду U_1* и угловую частоту , можно производить регулирование частоты и величины выходного напряжения преобразователя.

При использовании инверторов напряжения для реализации режима рекуперативного торможения асинхронного двигателя необходимо применение на входе реверсивного преобразователя с двумя группами вентилей, что усложняет схему преобразователя и снижает ее надежность. Поэтому в инверторах напряжения обычно предусматривают разрядное сопротивление R (см. рис.10.13), которое подключается в режиме торможения транзистором VT7 и в котором рассеивается энергия торможения.

Существует большое число разновидностей схем преобразователей частоты с автономными инверторами тока и напряжения, которые рассматриваются в литературе по преобразовательной технике [1-7].

---

Смотрите также файлы

• Глава 1.doc

• Гдава 23.doc

• Лекции.doc

• Задание.doc

• ТАУ курсовая.doc