- •Методические указания
- •Содержание
- •1 Преобразователи частоты с автономными инверторами
- •1.1. Классификация преобразователей частоты для электропривода
- •1.2 Способы регулирования выходного напряжения преобразователей частоты
- •2 Автономные инверторы напряжения
- •2.1 Принцип работы трехфазного автономного инвертора напряжения
- •2.2 Принцип широтно-импульсной модуляции
- •2.3 Принцип пространственно-векторной модуляции
- •2.4 Сравнение автономных инверторов напряжения
- •2.5. Рекуперативное и динамическое торможение в двигателях при питании от пч со звеном постоянного тока
- •3 Автономные инверторы тока
- •4 Расчет и выбор преобразователей частоты
- •4.1 Расчет мощности пч (инвертора)
- •4.2 Расчет и выбор выпрямителя
- •4.3 Расчёт параметров силового фильтра аин с амплитудной модуляцией
- •Выбор преобразователя частоты
- •2. Выбор выпрямителя
- •6 Промышленные преобразователи частоты с автономными инверторами
- •6.1 Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы серии триол at
- •6.2 Частотные электроприводы зарубежных фирм
- •7 Методические указания по выполнению курсовой работы
- •7.1 Задание на выполнение курсовой работы
- •7.2 Содержание курсовой работы
- •Список использованных источников
2.4 Сравнение автономных инверторов напряжения
с различными видами модуляции
АИН с амплитудной модуляцией (AM) с управляемыми выпрямителями имеют наименьшую частоту коммутации ключей (n=6 на периоде основной частоты) по сравнению с ШИМ. Они наиболее просты в реализации. Кроме того, они имеют неизменную форму выходного напряжения. Применение управляемых выпрямителей позволяет также осуществить рекуперативное торможение асинхронных двигателей.
Однако АИН с AM имеют серьезные недостатки: изменение входного напряжения инвертора, требующее соответствующее изменение емкости сглаживающего (компенсирующего) конденсатора, высокий состав высших гармоник в напряжении инвертора и токе нагрузки, повышенные значения емкости и индуктивности силового фильтра в звене постоянного тока, пониженный cos φ привода, обусловленный применением управляемого выпрямителя.
В АИН с широтно-импульсными преобразователями в цепи постоянного тока требуемая индуктивность фильтра снижается примерно на порядок, аналогично в несколько раз снижается емкость конденсатора.
Применение неуправляемого выпрямителя вызывает значительное повышение cos φ. Отсутствие, к тому же, дополнительных цепей управления делает его более простым, менее дорогим и более надежным. Неуправляемый источник напряжения позволяет осуществлять подключение к нему нескольких автономных инверторов при параллельной работе двигателей без прерывания в питании электрической энергией. Однако гармонический состав выходного напряжения не улучшается.
В АИН с ШИМ cos φ и параметры фильтра будут иметь те же значения, что и в предыдущем случае. Гармонический состав напряжений и токов инвертора наилучший по сравнению с другими видами модуляции. Но основным недостатком этих инверторов c ШИМ является более сложная система управления, что влияет на стоимость ПЧ.
Преобразователи частоты с АИН используются:
для питания машин малой мощности, имеющих повышенную номинальную частоту, особенно в тех случаях, когда инверторы получают питание от аккумуляторной батареи;
в случаях применения машин средней и большой мощности при питании инверторов от сети с постоянным напряжением используют обычно широтно-импульсную модуляцию;
в случаях применения машин средней и большой мощности при питании инверторов от выпрямителей и повышенной частоты коммутации (например, для машин с повышенной номинальной скоростью);
для многодвигательных электроприводов;
для систем векторного управления асинхронными двигателями применяют в основном пространственно-векторную модуляцию.
В настоящее время преобразователи с АИН на IGBT-модулях находят массовое применение в большом числе электроприводов в самых различных отраслях. Как у нас в стране, так и за рубежом многие фирмы заняты разработкой и производством ПЧ с АИН, непрерывно расширяют их номенклатуру и объем выпуска. Все это связанно с теми преимуществами, которые дает применение силовых транзисторных IGBT-модулей:
малая мощность управления (единицы Вт), которая необходима для перезаряда емкости затвора транзистора через включенный последовательно с ней резистор, постоянная времени этой цепи не превышает десятые доли микросекунд; высокие значения допустимого напряжения Uэк, достигающие значения 1200 В и более (до 4,5 кВ), что позволяет использовать бестрансформаторное подключение электропривода к сети и тем самым повысить его КПД, cos φ и снизить стоимость;
малое время переключения (сотни наносекунд), высокая допустимая частота коммутации (до 15 кГц), что позволяет обеспечить при двухполярной синусоидальной ШИМ модуляции синусоидальные напряжения и токи в обмотках двигателя;
- возможность выпуска в виде гибридных модулей в зависимости от рабочего тока;
- высокая стойкость к токовым перегрузкам, допускающая двукратные броски тока по отношению к номинальному и десятикратные неповторяющиеся броски при t=10 мкс.
Известно, что аппаратная часть систем управления ПЧ мало влияет на его массогабаритные и стоимостные показатели и надежность. В то же время, схема монтажа силовой части и подсоединения блока выходных усилителей существенно отражается на надежности ПЧ, особенно при увеличении его мощности. Эти особенности конструкции ПЧ приводят к тенденции - разработке и выпуску новых типовых силовых модулей - IPM (Intelligent Power Modular). Модули IPM выполняются по гибридной технологии и содержат силовые транзисторы, выходные усилители (драйверы), охладители и элементы защиты и контроля силовых транзисторов. Ряд зарубежных фирм уже начали разработку ПЧ с этими модулями вместо IGBT (Mitsubishi Electric, Siemens и др...).