1. Вступ

Необхідно показати значення перетворювачів енергії для електроприводів, навести короткий історичний опис їхнього розвитку.

2. Вибір схеми перетворювача

Автономний інвертор напруги будується за мостовою схемою. Використовується принцип однократної комутації вентилів з тривалістю провідного стану ключів 180 ел. град. або широтно-імпульсна модуляція. При використанні ШІМ автономний інвертор виконує регулювання частоти та напруги одночасно. У такому разі на вході перетворювача використовують нерегульований випрямляч, а гальмування двигуна відбувається шляхом вимикання двигуна від джерела постійної напруги та замикання статора на активній опір. При частотно-регульованому гальмуванні необхідно передавати енергію від двигуна до мережі змінного струму. Такий режим стає спроможним при використанні реверсивного керованого випрямляча, в якому одна група вентилів працює в режимі керованого випрямляча, а друга – в режимі веденого мережею інвертора.

При значній відміні напруги мережі від напруги двигуна використовують узгоджений трансформатор, через який напруга подається на вхід випрямляча. При відсутності трансформатора на вході випрямляча вмикають струмообмежувальні реактори.

Функціональна схема перетворювача частоти наведена на рис. 1.

На схемі зображені:

КВР – керований реверсивний випрямляч; Ф – фільтр ланки постійного струму; АІН – автономний інвертор напруги; СКВ, СКІ – системи керування випрямлячем та інвертором відповідно; ФП – функціональний перетворювач; U_зш, U_зн, U_зч - сигнали завдання швидкості, напруги та частоти.

3. Проектування автономного інвертора напруги

У курсовій роботі необхідно виконати розрахунок параметрів автономного інвертора напруги. Проектування інвертора складається з розрахунку та вибору силових ключів, а також розрахунку та вибору апаратів захисту. Принципова схема автономного інвертора напруги, який виконується за мостовою схемою наведена на рис. 2. Фази навантаження асинхронного двигуна з’єднані за схемою “зірка”.

Силові ключі (IGBT модулі) вибирають за напругою та струмом навантаження. Для цього використовують технічні параметри асинхронного двигуна, які наведені в табл. Д1 відповідно до варіанта завдання.

Визначається значення номінального струму статора

, (1)

де Р_н, U_{н -} номінальна потужність та фазна напруга АД, Вт, В;

cos j, h_н - номінальний коефіцієнт потужності та ККД асинхронного двигуна.

Значення пускового струму

I_П=k_пер·I_1Н, (2)

де k_пер – коефіцієнт кратності перевантаження перетворювача за струмом.

Найбільша напруга, яка може бути подана на транзисторний ключ, дорівнює напрузі ланки постійного струму

U_dн=3·U_н/ . (3)

Середнє значення струму, який споживається інвертором з ланки постійного струму при номінальній частоті АІН дорівнює

(4)

де К_вг = 1,1 … 1,2 – коефіцієнт, що враховує вплив вищих гармонік.

Активний R_ен та індуктивний X_ен опори знаходять за схемою заміщення асинхронного двигуна (рис.3).

Визначаються параметри схеми заміщення асинхронного двигуна

R₁=R_σ·R₁^’,

R₂^’=R_σ·R₂^’’,

Х₁=R_σ·Х₁^’, (5)

Х₂^’=R_σ·Х₂^’’,

X_μ=R_σ·Х₀.

Активним опором контуру намагнічування можна знехтувати через його незначну величину.

Номінальний опір, який розглядається як базовий,

. (6)

Для номінальної частоти АІН визначається активний та індуктивний опори фази асинхронного двигуна

(7)

(8)

де s_н – номінальне ковзання, яке обумовлене відносною різницею кутової швидкості магнітного поля w₀ і кутової швидкості ротора АД w_н (табл.Д1).

(9)

До складу модулів входять транзистори та діоди, параметри яких узгодженні з паспортними параметрами модуля, тому немає потреби розраховувати значення окремих елементів.

Середнє значення струму, який проходить через ключ

І_кл = І_dн/m, (10)

де m – кількість фаз перетворювача.

Рекомендується вибирати IGBT модулі фірми SEMIKRON з табл. Д2 на підставі умов

, (11)

де k_пер – коефіцієнт кратності перевантаження перетворювача за струмом (дається в технічному завданні);

I_к, U_{ке -} каталожні параметри IGBT модулів (табл. Д2).

Схеми приладів модулів наведені на рис. Д1.