5.4 Двухзвенный преобразователь частоты с автономным инвертором тока.

Аналогичные результаты обеспечивает применение активных выпрямителей и в двухзвенных ПЧ с автономными инверторами тока. Типовая структура силовых цепей такого преобразователя представлена на рис. 5.4.1

Рисунок 5.4.1 - Структура силовых цепей двухзвенного ПЧ с активным выпрямителем и автономным инвертором тока

В силовой цепи преобразователя последовательно включены входной фильтр Ф1, активный выпрямитель тока АВТ, сглаживающий реактор в цепи выпрямленного тока СР, автономный инвертор тока АИТ и выходной фильтр Ф2. Силовые полупроводниковые переключающие элементы выпрямителя и инвертора, обладающие полной управляемостью и односторонней проводимостью тока, условно показаны в виде ключей. Выпрямитель и инвертор выполнены по идентичным схемам и работают в режиме ШИМ.

Ток I в звене постоянного тока сглажен реактором и на периоде ШИМ не претерпевает существенных изменений. В результате дискретной работы ключей автономный инвертор тока формирует на своих выходных зажимах A, B, С трехфазный переменный ток в виде широтно-модулированных периодических импульсных последовательностей. Этот ток содержит низкочастотную (полезную) гармоническую составляющую и высокочастотные составляющие, обусловленные дискретностью работы ключей инвертора в режиме ШИМ. Высокочастотные составляющие тока замыкаются через конденсаторы выходного параллельного фильтра Ф2. Кроме того, проникновению их в цепь нагрузки препятствуют индуктивности рассеяния обмоток двигателя. Поэтому ток, потребляемый двигателем, близок к синусоидальному. Конденсаторы фильтра Ф2 выполняют также функцию компенсаторов реактивной мощности двигателя и при соответствующем выборе их емкости способствуют уменьшению установленной мощности оборудования ПЧ. Активный выпрямитель представляет собой обращенный автономный инвертор тока. В связи со сглаживанием тока Id реактором и дискретной работой ключей активный выпрямитель формирует на своих входных зажимах А1, В1 и С1 периодические последовательности широтно-модулированных импульсов тока. По существу это трехфазный переменный

импульсный ток, генерируемый обращенным автономным инвертором тока. Вместе с основной (полезной) гармонической составляющей этот ток содержит высшие гармоники, проникновение которых в питающую сеть нежелательно. Поэтому на входе АВТ включены конденсаторы, обеспечивающие контуры короткого замыкания высокочастотных составляющих этого тока. Кроме того, для препятствия их проникновению в питающую сеть во входной цепи включены реакторы. В результате ток, потребляемый преобразователем из питающей сети, также как и выходной ток преобразователя частоты, близок к синусоидальному.

Преобразователи частоты данного, также как и предыдущего типа, обладают возможностью обеспечения двустороннего энергетического обмена между питающей сетью и двигателем и регулирования коэффициента мощности на входе преобразователя.

Вышеизложенное свидетельствует о том, что преобразователи частоты с активными выпрямителями обладают комплексом ценных качеств и являются эффективным средством решения актуальным проблем регулируемого электропривода и энергосбережения на его основе.

В заключение отметим, что для реализации этих качеств необходимы соответствующие высококачественные системы автоматического регулирования, учитывающие специфику активных выпрямителей как объектов управления.

Вывод: Выбираю преобразователь UL типа 1/IP 20. Исходные данные: мощность электродвигателя 15 кВт. Данные преобразователя Altivar 71: Сеть, линейный ток 48А, напряжение 380В, полная мощность 36,1кВА, максимальный линейный ток к.з. 22кА, максимальный ток в установившемся режиме 33А, максимально переходной ток в течении 50 секунд 49,5А, № по каталогу AVT71HD15N4, масса 16 кг.

Характеристики преобразователя частоты для асинхронного двигателя Altivar71.

Электрические характеристики цепей управления.

Кривые разгона и торможения. Формы кривых: линейная с раздельной настройкой от 0,01 до 999,9; S-, U образная или индивидуальная. Автоматическая адаптация темпа торможения при превышении тормозной способности, возможно запрещение такой адаптации (использование тормозного сопротивления).

Торможение до полной остановки. Динамическое торможение: при подаче сигнала на назначаемый дискретный вход; автоматически при уменьшении частоты ниже 0,01 Гц, в течении 0-60 с. или постоянно, ток настраивается от 0 до 1,2 ln (только в разомкнутой системе).

Основные защиты и характеристики безопасности преобразователя частоты.

Тепловая защита: от чрезмерного перегрева; силового каскада. Защита от: коротких замыканий выходными фазами; обрыва фазы сетевого питания;

перегрузки по току между выходными фазами и землей; перенапряжение в звене постоянного тока; обрыва цепи управления; превышения ограничения скорости. Функции защиты от: повышенного или пониженного напряжения питания; потери фазы для трехфазного питания.

Защита двигателя. Встроенная в преобразователь тепловая защита: сохранение теплового состояния двигателя при отключении питания ПЧ; изменение функции с помощью диалоговых средств в зависимости от охлаждения двигателя (принудительное или естественное). Защита от обрыва фазы двигателя. Защита с помощью терморезисторов РТС.

Электрическая прочность AVT 71. Между силовыми цепями и землей – 3535В. Между цепями управления и силовыми цепями – 5092В.

Сопротивление изоляции относительно земли. > 1 МОм (электрическая изоляция) – 500В в течении 1 мин.

Условия эксплуатации.

Соответствие стандартам. Преобразователи частоты Altivar71 разработаны в соответствии с самыми строгими стандартами касающихся промышленного оборудования (МЭК, EN), а именно систем низкого напряжения МЭК/EN 61800-5-1, МЭК/EN 61800-3 (помехоустойчивость – наведенные и изучаемые помехи ЭМС).

Помехоустойчивость ЭМС. МЭК/EN 61800-3, условия эксплуатации 1-2.

Наведенные и излучаемые помехи ЭМС для преобразователей AVT71. С дополнительным фильтром ЭМС.

Маркировка СЕ. Преобразователи частоты имеют маркировку СЕ соответствия Европейским директивам по нижнему напряжению (73/23 СЕЕ и 93/68 СЕЕ) и стандартам ЭМС (89/336/СЕЕ).

Сертификация изделия. UL, CSA, DNV, C-Tick, NOM 117 и ГОСТ 51321.- 1-2000.

Виброустойчивость. Двойная амплитуда 1,5 мм от 3 до 13 Гц, 1g, от 13 до 200 Гц в соответствии с МЭК/EN 60068-2-6.

Ударопрочность. 15g в течении 11 мс в соответствии с МЭК/EN 60068-2-27.

Характеристики привода.

Диапазон выходной частоты. 0 – 1600.

Конфигурируемая частота коммутации. Номинальная частота коммутации 4 Гц, без уменьшения мощности в установившимся режиме. Настраиваемая при работе от 1 до 16.

Диапазон скорости. 1000 в замкнутой системе с импульсным датчиком скорости, 100 в разомкнутой системе (без инкодера).

Точность поддержания момента. +/_ 5% в замкнутой системе, +/_ 15% в разомкнутой.

Переходный перегрузочный момент (временный). 170% номинального момента двигателя (типовое значение +/_ 10% ) в течении 60 с. 220% номинального момента двигателя (типовое значение +/_ 10% ) в течении 2 с.

Тормозной момент. 30% номинального момента двигателя без тормозного сопротивления (типовое значение). До 150% номинального момента двигателя с тормозным сопротивлением .

Переходный максимальный ток. 150% номинального тока ПЧ в течении 60 с. (типовое значение). 165% номинального тока ПЧ в течении 2с. (типовое значение).