1.2 Инвертор напряжения

Основным видом преобразователя, питающего регулируемый по скорости асинхронный двигатель, является инвертор напряжения (рис.3), состоящий из трех частей: источника постоянного напряжения, звена постоянного тока и собственно инвертора.

Рисунок 3 – Структурная схема инвертора напряжения

Для большинства промышленных электроприводов источником постоянного напряжения является простой трехфазный двухполупериодный выпрямитель.

Рисунок 4 – Нерегулируемый входной выпрямитель

Индуктивность L ограничивает аварийный ток установки и скорость его нарастания, уменьшает искажения питающей сети. Напряжение на конденсаторе С равно в среднем 1,35U_с – действующее значение линейного питающего напряжения.

Звено постоянного тока состоит из дросселя L_d, конденсатора С и цепи полупроводниковый ключ-резистор R, служащий для гашения тормозной энергии двигателя и защиты конденсатора от перенапряжения. Индуктивность L_d в цепи постоянного тока служит для уменьшения зарядного тока конденсатора и уменьшения пульсаций тока.

Величина емкости конденсатора должна обеспечить:

1. Существенное уменьшение уровня пульсаций напряжения U_d, вызванных коммутационными процессами в инверторе и выпрямителе. Так частота этих процессов достаточно велика, то требуемая для этого емкость конденсатора оказывается небольшой.

2. При аварийном процессе в инверторе все ключи закрываются и энергия, накопленная в индуктивности двигателя, разряжается на конденсаторе, увеличивая его напряжение.

3. В переходных процессах сброса и наброса нагрузки и переходе двигателя в генераторный режим напряжение на конденсаторе не должно изменится более, чем на 15% от установленного значения.

Рисунок 5 – Инвертор напряжения

Оставшуюся часть схемы рис.3 составляет собственно инвертор. Простой (или двухуровневый) инвертор изображен на рис.5. каждый условно показанный ключ представляет собой IGBT. При нормальной работе в каждой фазе один из ключей замкнут, а второй разомкнут. Принято состояние инвертора обозначать трехразрядным двоичным кодом, в котором разряд «0» соответствует разомкнутому состоянию ключа соответствующей фазы, подсоединенного к шине «+» (и соответственно замкнутому состоянию ключа в этой фазе, подсоединенному к шине «-»), а «1» - противоположному состоянию ключей.

Выбранный преобразователь частоты представляет собой автономный инвертор напряжения (АИН) и содержит емкость в звене постоянного тока (силовой фильтр). В АИН имеет место однозначная зависимость напряжения в звене постоянно тока от напряжения на нагрузке, и поэтому он является источником напряжения. Благодаря наличию емкости, при работе инвертора как источника напряжения на активно-индуктивную нагрузку, каковым является АД, обеспечивается обмен реактивной энергией между АД и звеном постоянного тока. Преобразователь готов к работе после заряда конденсатора промежуточного контура. Построенный из IGBT-модулей инвертор вырабатывает из постоянного напряжения промежуточного контура трехфазные напряжения для питания двигателей. Кроме конденсатора для этой цели необходимы обратные диоды, включенные параллельно основным ключам. Через эти диоды протекает ток в моменты возврата реактивной энергии от двигателя в емкость. Ток в цепи на участке между инвертором и емкостью при низких Cosφ нагрузки может менять направление. Форма напряжения на выходе инвертора определяется порядком переключения ключей. Напряжение на выходе инвертора регулируется широтно-импульсным способом, который осуществляется модуляцией напряжения несущей частоты ω_к (частоты коммутации ключей) сигналом основной частоты.