|
2.4. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ — АСИНХРОННЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ»
2.4.1. Назначение, состав и виды ППЧ — АД
Частотный способ регулирования скорости асинхронных двигателей является самым
экономичным в сравнении с другими известными способами. Возможность регулирования
скорости АД изменением частоты следует из выражения скорости идеального холостого
хода:
где
f
1
— частота напряжения обмотки статора;
р
п
— число пар полюсов двигателя.
Меняя частоту
f
1
напряжения обмотки статора, можно получать разные скорости
идеального холостого хода. При этом, как видно из выражения (2.24), зависимость
скорости
, линейная. Механические характеристики АД при частотном способе ре-
гулирования скорости могут существенно отличаться от естественной характеристики [17,
53]. При постоянной амплитуде напряжения, подводимого к обмотке статора, с
уменьшением
f
1
пусковой и критический моменты двигателя увеличиваются, а жесткость
механических характеристик повышается. Однако при неизменном напряжении источника
питания
U
1
с уменьшением частоты
f
1
резко увеличиваются ток намагничивания и ток
статора. Магнитная система двигателя насыщается. В результате существенно
увеличиваются электрические и магнитные потери. Для повышения технико-
экономических показателей двигателя при изменении частоты необходимо регулировать
амплитуду напряжения
U
1
как функцию от частоты
1
и момента нагрузки
М.
Зависимость
U
1
от частоты
1
и момента нагрузки
М
выражает закон частотного управления:
32
В полной мере законы частотного управления вида (2.26) реализуются в замкнутых
системах автоматического управления электроприводами. В разомкнутых системах
управления напряжение
U
1
обычно регулируется в функции от частоты
f
1
:
Таким образом, для осуществления частотного способа регулирования скорости АД
необходимо иметь преобразователь частоты (ПЧ) с возможностью раздельного изменения
амплитуды и частоты выходного напряжения.
Преобразователи
частоты,
предназначенные
для
частотно-регулируемых
асинхронных электроприводов, подразделяются по типу связи с питающей сетью на
непосредственные преобразователи частоты и двухзвенные преобразователи частоты
(ДПЧ) с промежуточным звеном постоянного или переменного тока.
В современных частотно-регулируемых асинхронных электроприводах широко
применяются ДПЧ с промежуточным звеном постоянного тока. Основными элементами
таких преобразователей являются выпрямитель, фильтр промежуточного звена посто-
янного тока и автономный инвертор.
По типу инвертора, который представляет собой коммутатор на полупроводниковых
силовых ключах, ДПЧ подразделяются на два класса: с автономным инвертором
напряжения (АИН) и с автономным инвертором тока (АИТ).
При определенных алгоритмах переключения силовых ключей и свойствах
источника питания инвертора ДПЧ с АИН обеспечивают заданную форму выходного
напряжения, а ДПЧ с АИТ — заданную форму выходного тока независимо от параметров
нагрузки с возможностью раздельного регулирования амплитуды и частоты основной
гармоники выходного напряжения или тока инвертора. Широкое применение в
регулируемых асинхронных электроприводах находит такой вид ДПЧ, как
преобразователи частоты с автономными инверторами напряжения. Большинство
выпускаемых преобразователей частоты с АИН, предназначенных для регулирования
скорости вращения трехфазных АД, имеют схему силовых цепей, приведенную на рис.
2.7.
Преобразователь частоты содержит неуправляемый выпрямитель, фильтр в звене
постоянного тока и АИН, выполненный на полностью управляемых полупроводниковых
ключах. Автономный инвертор работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
выходного напряжения. В случае необходимости в схему силовых цепей кроме главного
выключателя, линейных предохранителей, главного контактора включаются фильтр
электромагнитной совместимости, входной коммутирующий реактор, синусоидальный
фильтр и выходной реактор.
Преобразователь частоты с АИН (см. рис. 2.7) не позволяет обеспечивать
двухсторонний обмен энергией между сетью и двигателем, так как в нем используется
неуправляемый выпрямитель. При генераторном торможении отдаваемая двигателем
энергия рассеивается в элементах инвертора и резисторе тормозного устройства, который
подключается к шинам постоянного тока через управляемый полупроводниковый ключ.
В тех случаях, когда для осуществления режимов электропривода выгоден обмен
энергией между сетью и двигателем, двухзвенные преобразователи частоты с АИН содер-
жат вместо неуправляемого выпрямителя активный выпрямитель напряжения.
Выпрямитель и инвертор в таких преобразователях выполняются по идентичным схемам,
которые работают в режиме ШИМ [22, 63].
С помощью активного выпрямителя напряжения обеспечивается не только
рекуперативное торможение асинхронного двигателя, но и работа преобразователя
частоты с заданным значением коэффициента мощности, например равным единице.
33
Активные выпрямители применяются также в ДПЧ с автономными инверторами тока.
При этом получаются результаты, аналогичные тем, что при применении ДПЧ с АИН.
В ближайшей перспективе в регулируемом асинхронном электроприводе могут найти
применение
ПЧ
с
непосредственной
связью
на
полностью
управляемых
полупроводниковых приборах. При специальных алгоритмах управления ключами ПЧ с
непосредственной связью обеспечивают двухсторонний обмен энергии между сетью и
двигателем при однократном ее преобразовании и коэффициенте мощности, равном
единице.
Применение двухзвенных ПЧ с активными выпрямителями и ПЧ с непосредственной
связью на управляемых полупроводниковых приборах позволяет решать на качественно
более высоком уровне задачу энергосбережения в системе автоматизированного
электропривода при выполнении им основной своей функции, заключающейся в
управлении движением рабочих органов технологических машин и агрегатов.
34
Do'stlaringiz bilan baham: |
