1. Общие сведения

Функциональная схема ТПЧ со звеном постоянного тока показана на рис.1, где обозначены следующие блоки:

УВ - управляемый тиристорный выпрямитель,

Ф - сглаживающий фильтр,

АИ - автономный инвертор,

М1 - нагрузка (двигатель),

СУВ - система управления выпрямителем,

СУИ - система управления инвертором,

БС - блок связи между СУВ и СУИ.

Управляемый выпрямитель УВ преобразует переменное напряжение питающей сети Uc в выпрямленное постоянное, которое затем сглаживается фильтром Ф (обычно Г-образным) и подается в виде напряжения питания на автономный инвертор АИ. Выходная частота АИ регулируется с помощью СУИ, а амплитуда выходного переменного напряжения АИ (ТПЧ) регулируется в блоке УВ с помощью СУВ. Блок БС согласует напряжения управления УВ и АИ для задания необходимого закона управления выходным напряжением Uвых и частотой fвых.

Схема трехфазного инвертора с одноступенчатой коммутацией изображена на рис.2, где приняты следующие обозначения:

V S1...VS6 - силовые тиристоры, VD1...VD6 - отсекающие диоды, препятствующие разряду коммутирующих конденсаторов С1...С6 во время пауз их работы, VD7...VD12 - обратные диоды, которые служат для возвращения излишка реактивной энергии от нагрузки к конденсатору фильтра Сф, М1 - асинхронный короткозамкнутый двигатель.

Порядок работы тиристоров в схеме следующий:

VS1-VS2, VS2-VS3, VS3-VS4, VS4-VS5, VS5-VS6, VS6-VS1 и т.д. Импульсы управления поступают на пары тиристоров со сдвигом 60⁰.

Заряд коммутирующих конденсаторов происходит во время открытого состояния соответствующих по номеру тиристоров. Закрывание открытого тиристора происходит при включении соседнего тиристора одной с открытым тиристором группы (анодной или катодной) за счет встречного разряда коммутирующего конденсатора.

Д иаграммы выходного напряжения представлены на рис.3.

Система управления трехфазным инвертором представлена на рис.4, где обозначены следующие функциональные блоки:

ЗГ - задающий генератор,

РИ - распределитель импульсов управления,

УФ1...УФ6 - усилители-формирователи импульсов управления,

ГР1...ГР6 - устройства гальванической развязки.

Регулировочная характеристика ТПЧ показана на рис.5. По характеристике видно, что выходная частота ТПЧ ограничена и снизу (fмин), и сверху (fмах). Ограничение сверху обусловлено тем, что управляемый двигатель рассчитан на определенную частоту, превышать которую намного нельзя из-за возможных механических повреждений двигателя вследствие увеличения его частоты вращения выше номинальной. Ограничение выходной частоты снизу связано с несинусоидальностью формы выходного напряжения ТПЧ, т.к. при уменьшении ее ниже fмин частота вращения двигателя становится неравномерной, появляются рывки. Поэтому выходная частота ТПЧ обычно лежит в пределах от 5 до 60 Гц.

В ыходные характеристики ТПЧ подобны соответствующим характеристикам управляемого выпрямителя.

Частотное управление стало широко применяться благодаря разработке и внедрению надежных преобразователей частоты (ТПЧ). Достоинством этого метода является то, что регулирование производится при малых потерях скольжения, возможно плавное изменение скорости и формирование необходимых механических характеристик; возможно применение асинхронных короткозамкнутых двигателей, отличающихся своей надежностью и простотой.

2. Описание лабораторного стенда

Лабораторная установка ТПЧ-АД предназначена для изучения статических и динамических характеристик разомкнутой и замкнутой систем электропривода. В ее состав входят: тиристорный преобразователь частоты ТПЧ, исследуемый асинхронный двигатель типа 4АА50В4У3, нагрузочный генератор постоянного тока СЛ-621, цифровой тахометр ЦТ-3М . Система управления установкой обеспечивает: пуск, регулирование частоты вращения и остановку двигателя, регулирование величины нагрузки на валу испытуемого двигателя, защиту электрических машин и преобразователя от перегрузки и токов короткого замыкания, сигнализацию о включении установки, измерение параметров режима работы установки.

На лицевой панели ТПЧ расположены следующие аппараты управления: тумблеры включения силовой части и системы управления преобразователя, задатчик частоты вращения, кнопка "Защита". Реостат нагрузки размещен на фундаменте. Приборы установки предназначены для измерения: PA1- тока якоря нагрузочного генератора, ЦТ-3М - частоты вращения двигателя; ЦЧ - частоты задающего генератора СУИ или выходной частоты ТПЧ (в зависимости от режима измерения), PV1 - фазного напряжения статора.

Порядок подготовки к работе лабораторной установки следующий:

1.Включаются тумблеры силовой части и системы управления ТПЧ.

2. Нажимается кнопка "Защита".

3. Задатчиком частоты вращения устанавливается необходимая скорость двигателя.

Для изменения нагрузки необходимо с помощью реостата изменять величину нагрузки.

Технические характеристики ТПЧ представлены в табл.1, а электромашин стенда – в табл.2 на стр.24.

Таблица 1

Параметр	Данные
мощность, кВА максимальное выходное напряжение, В максимальный выходной ток, А пределы регулирования частоты, Гц	0,5 190 1 6…36

3. Программа исследований

1. Ознакомьтесь с расположением измерительных приборов и органов управления лабораторным стендом; составьте программу включения стенда.

2. Определите регулировочные характеристики двигателя n=k(fвых) и ТПЧ Uвых=k(fвых).

3. Определите статические характеристики системы n=f(Iн) и Uвых= f(Iн) при выходной частоте ТПЧ 20 и 35 Гц.

4. Постройте полученные характеристики в одном масштабе.

5. Рассчитайте основные показатели регулирования: диапазон регулирования D = nмах/nmin, статизм s = (n_о – n)/ n_о.

Лабораторная работа 6

ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Цель работы: изучение принципа действия и определение характеристик транзисторного ПЧ.