Расчет фильтра

Коэффициент пульсаций на входе фильтра (отношение амплитуды напряжения к среднему значению)

, (П7.28)

где т – пульсность схемы выпрямления (т = 6 – для трехфазной мостовой схемы,т = 2 – для однофазной мостовой схемы).

Параметр сглаживания LС-фильтра

, (П7.29)

где S = q_1вх/ q_1вых – коэффициент сглаживания по первой гармонике;f_s – частота сети, Гц.

Продолжение прил. 7

Параметр сглаживания С-фильтра

, (П7.30)

где L_s – индуктивность сети, Гн, приведенная к звену постоянного тока.

Значения коэффициента сглаживания 5 лежат в диапазоне от 3 до 12.

Индуктивность дросселя LC-фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителяK_м = 0,95 определяется по формуле

L₀ ≥ 3 L_0min .(П7.31)

, (П7.32)

где I_d – номинальный средний ток звена постоянного тока.

В трехфазных инверторах с ШИМ по синусоидальному закону реактивная энергия полностью скомпенсирована по выходной частоте. Это означает, что К_м зависит преимущественно (без учета запаздывания открывания полупроводниковых приборов) от индуктивности фильтраL₀ и индуктивности питающей сетиL_s, зависимостьК_м = f(L₀/L_0min) для трехфазного мостового выпрямителя приведена на рис. П7.20.

Значение минимальной индуктивности L_0min фильтра определяется из формулы (П7.31).

Из рис. П7.20 видно, что для обеспечения К_м =0,95 необходимо иметь индуктивность дросселя фильтраL₀ =3 L_0min.

Емкость конденсаторов, необходимая для протекания реактивного тока нагрузки инвертора, находится из выражения

,(П7.33)

где I_sm1 – амплитудное значение тока в фазе двигателя, А;φ₁ – угол сдвига между первой гармоникой фазного напряжения и фазного тока;q₁ – коэффициент пульсаций;f_sw – частота ШИМ, Гц.

После выбора типа фильтра (LC илиС) рассчитывается емкость конденсаторовC₀₁ илиС₀₂ и сравнивается с емкостьюС₀₃, рассчитанной по формуле (П7.33). Для практической реализации фильтра используют конденсаторы с наибольшим значением емкостиС_0i(i = 1, 2 или 3).

Продолжение прил. 7

Рис. П7.20. ЗависимостьК_м =f(L₀/L_0min) для трехфазного выпрямителя

Амплитуда тока, протекающего через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока (по первой гармонике)

.(П7.34)

Далее в зависимости от значения С_0iи амплитуды тока формируется батарея конденсаторовс емкостью С_0i и более, допустимым по амплитуде током I_C0m и более и напряжением 800 В и более для трехфазной мостовой схемы или 400 В для однофазной мостовой схемы выпрямителя. Запас по току принимается в зависимости от требуемого ресурса работы инвертора.

Некоторые фирмы, производящие электролитические конденсаторы, дают более подробную информацию по выбору конденсаторов по току. Например, для конденсаторов, изготовляемых по стандарту IEC384-4,имеем допустимое амплитудное значение тока (при Т = 85°С и f = 100 Гц) I = 3,1 А при следующих номинальных параметрах: U = 450 В, С = 470 мкФ. В каталоге фирмы «SiemensMatsushitaComponents» для электролитических конденсаторов приведена зависимость поправочного коэффициента от частоты для приведения тока к частотеf= 100 Гц (табл. П7.5).

Например, для ПЧ на мощность двигателя 55 кВт С_0i = 5540 мкФ (32 конденсатора с номинальными параметрами 680 мкФ, 400 В, включенных парами последовательно для повышения рабочего напряжения – всего 16 пар, которые включены параллельно для получения заданной емкости), а на мощность 2,2 кВтС_0i, = 235 мкФ (2 конденсатора с параметрами 470 мкФ, 400 В, включенных последовательно). Применяются также электролитические конденсаторы на большие емкости и большие токи, например конденсаторыRifa(4700 мкФ, 450 В) допускают амплитудное значение переменной составляющей тока такие, как на 100 Гц – 14,8 А и на 10 кГц – 34,9 А, и классифицируются как приборыLongLife(10 лет службы). Однако по цене и удобству распределенного размещения электролитических конденсаторов в ПЧ в целях уменьшения индуктивности монтажа, по ремонтопригодности и доступности приобретения «батарея» из «мелких» конденсаторов может оказаться более предпочтительной, чем из «крупных» конденсаторов.

Продолжение прил. 7

Таблица П7.5

Зависимость поправочного коэффициента от частоты для приведения тока к частоте f_i= 100 Гц

Частота, Гц	90	100	400	800	1000	2000
Поправочный коэффициент	0,8	1,0	1,2	1,3	1,35	1,4