1. Вибір схеми перетворювача

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

При значному відміну напруги мережі від напруги двигуна використовують узгоджений трансформатор, через який напруга подається на вхід випрямляча. При відсутності трансформатора на вході випрямляча включають струмообмежувальні реактори. Функціональна схема перетворювача частоти наведена на рисунку 1.

Рисунок 1.1-Структурна схема перетворювача частоти з ланкою постійного

струму

На схемі зображено: НВ(В) - некерований випрямляч; С_Ф - фільтр ланки постійного струму L_Фвх ,L_Фвих – дроселі на вході та виході перетворювача; АІН - автономний інвертор напруги;

2. Проектування автономного інвертора напруги

_{Автономний інвертор напруги виконується по мостовій схемі}

Принципова схема автономного інвертора,наведена на рис.2.1 фази навантаження асинхронного двигуна з’єднанні. за схемою «зірка»

Рисунок. 2.1-Принципова схема автономного інвертора напруги

Номінальне значення струму

Силові ключі (IGBT модулі) вибирають по напрузі і струму навантаження. Для цього використовують технічні параметри асинхронного двигуна, які наведені в таблиці д1.

Обчислимо значення номінального струму статора:

де Рн, Uн - номінальна потужність і фазна напруга АТ, Вт, В;

cos , - номінальний коефіцієнт потужності і ККД асинхронного двигуна.

Значення пускового струму:

I_П = 2 • I_1Н = 2 · 29.8552= 59.7104А.

Найбільше напруження, яке може бути подано на транзисторний ключ дорівнює напрузі ланцюга постійного струму

U_dн=3·U_н/ =3·220/1,414=466,69В

Середнє значення струму, який вживається інвертором з ланцюга постійного струму при номінальній частоті АІН дорівнює:

де К_ВГ = 1,1 ... 1,2 - коефіцієнт, який враховує вплив вищих гармонік.

Активне R_ен і індуктивне X_ен напруги знайдемо за схемою заміщення-ня асинхронного двигуна (рисунок 3).

Рисунок 2.2- Схема заміщення асинхронного двигуна

Виділяємо параметри схеми заміщення асинхронного двигуна:

R_σ=U_n/I_1n=220/29.8552=7.3689Ом.

R₁=R_σ·R₁^’=7.3689*0,062 =0.4569Ом.

R₂^’=R_σ·R₂^’’=7.3689·0,028 =0.2063Ом.

Х₁=R_σ·Х₁^’=7.3689·0,10 = 0.7369Ом.

Х₂^’=R_σ·Х₂^’’=7.3689·0,16= 1.1790Ом.

X_μз= Rσ X_μ =7.3689·3= 22.1067Ом.

Активним опором контуру намагнічування можна зневажити, через його незначної величини.

Для номінальної частоти АІН визначається активний і індуктивний опір фази асинхронного двигуна:

де Sн - номінальне ковзання, що обумовлено відносною різницею кутовий швидкості магнітного поля ₀ і кутовий швидкості ротора АД _н:

До складу модулів входять транзистори і діоди, параметри яких узгоджені з паспортними параметрами модуля, тому немає необхідності розраховувати значення окремих елементів.

Середнє значення струму, який проходить через ключ:

де m - кількість фаз перетворювача.

Обираємо IGBT модулі фірми SEMIKRON з таблиці 2 на підставі умови.

де Кпер-коефіцієнт кратності перенавантаження по струму (задається в технічному завданні), Ік, Uке - каталожні параметри IGBT модулів (таблиця 2).

Тип модуля: SKM40GD123D,

Струм колектора Ik = 40A.

Напруга колектор-еміттор: Uке = 1200В, при Т = 25 ° С.

Потужність Ркmax = 200Вт.

Ukнас = 3 В.

Схема приладу IGBT наведена на рисунку 2.3

Рисунок 2.3- Схема IGBT модуля SKM40GD123D фірми SEMIKRON

3. Вибір схеми і розрахунок параметрів випрямляча

3.1 Вибір схеми випрямляча

Вибір схеми випрямляча залежить від потужності навантаження. При потужності навантаження менше одного кіловата може використовуватися однофазна схема випрямляча. При невеликої потужності навантаження рекомендується використовувати трифазну схему з центральною точкою. Це спрощує і здешевлює схеми управління випрямлячем. Однак використання цих схем виправдано при невисоких вимогах до ККД, навантаженні і невеликому діапазоні регулювання напруги, тому що в цих схемах частота пульсацій в два рази менше в порівнянні з трифазної мостової схеми. У випрямлячі середньої та великої потужності (більше 10кВт), використовують, як правило трифазну мостову схему.

3.2 Вибір і розрахунок параметрів силового трансформатора

Для узгодження напруги двигуна з напругою мережі використовуються силові трансформатори. Необхідність використання трансформатора може бути розрахована виходячи з необхідного значення найбільшої напруги на виході випрямляча:

де kсх - коефіцієнт схеми, який дорівнює 2,34 для мостової схеми і 1,17 для нульової схеми випрямляча,

Uф - фазна напруга електричної мережі, В.

Перевіримо виконання умови узгодження напруги двигуна з напругою мережи:

466,69<514,8 В

Очевидно, що необхідна умова виконується для мостових схем випрямляча.

3.3 Визначення параметрів випрямляча

Найбільше значення напруги на діодах буде в режимі холостого ходу перетворювача. Воно позначається:

- Для мостових безтрансформаторних схем:

де Uф - фазна напруга мережі живлення, В.

Середнє значення струму, який протікає через плече випрямича, позначається:

де m - кількість фаз випрямляча;

kпер - коефіцієнт кратності перевантаження перетворювача по струму;

kу - коефіцієнт, що враховує наявність зрівняльного струму при використанні реверсивної схеми з сумісним управлінням. При використанні роздільного управління та для нереверсивних схем kу = 1.

вибираємо більше значення струму,

де k_сх - коефіцієнт кута відкриття (запалення) діода.

Кут відкриття діода визначається на підставі вирази:

Залежність коефіцієнта kλ від кута відкриття тиристора λ дається в таблиці 1.

Таблиця 1. Залежність коефіцієнта kλ від кута відкриття тиристора.

λ	180˚	120˚	90˚	60˚	30˚
kλ	1,0	0,817	0,707	0,575	0,407

Діоди вибираються за умовою: [3]

Вибираємо діод Д212-25-6 ,Urm=600В, Iт=25А(Т=150°),

Порогова напруга - U_TO=0.78В

Динамічний опір - r_T=0,00815 Ом

3.4 Вибір струмообмежувальних реакторів

Струмообмежувальні реактори ставляться на вході керованого випрямляча і використовуються для обмеження швидкості росту струму в ланцюзі тиристорів. Швидкість росту анодного струму є важливим параметром, оскільки перевищення швидкості допустимого значення призводить до руйнування тиристору. Для діодів цей параметр не є важливим, бо максимальний ударний струм у діодів значно перевищує цей показник у тиристорів, але індуктивність має бути, бо при прямому підключенні швидкість росту струму може перевищити й параметри діода[1].

Реактор вибирається з необхідних, току на вході перетворювача і напрузі.

Струм на вході перетворювача:

де P_v - сумарні втрати у вентилях віпрямітеля, Вт;

Падіння напруги на діоді:

Uv = U_TO +r_T·I_d=0.78+0.00815·23.5702=1.068В

Виберемо реактор серії РТСТ (табл. 4):

РТСТ-82-0,505УЗ з параметрами:

- Номінальна лінійна напруга живильної мережі: U = 410В,

- Номінальний фазний струм I = 82А,

- Номінальна індуктивність фази: L_{тр ф(р)} = 0,505 мГн,

- Активний опір обмотки R_{тр ф(р)} = 0,037 Ом.

3.5 Розрахунок параметрів силового контуру діодного перетворювача

Після вибору силового трансформатора необхідно визначити індуктивність та активний опір силового контуру тиристорного перетворювача.

Індуктивність силового контуру перетворювача визначається так:

,

де Lтр ф (р) - індуктивність фази силового трансформатора або струмо- обмежуючого реактору, Гн;

n - кількість послідовно включених вторинних обмоток трансформатора або обмоток струмообмежувальні реактора; = 2 для мостової = 1 для нульової схеми віпрямувача.

Еквівалентний опір перетворювача Rтп:

де Rк - комутаційний опір, Ом,

де р - кількість імпульсів випрямленої напруги за один період змінної напруги мережі живлення,

де  - кутова частота напруги мережі живлення, с-1.

Напруга на виході перетворювача:

де U_ф – фазна напруга в электросеті, В;

kсх - коефіцієнт схеми; дорівнює 2,34 для мостової схеми і 1,17 для нульової схеми випрямляча.

З отриманим значенням напруги на виході перетворювача отримуємо інше значення напруги на транзисторі, потрібно уточнювати тип IGBT под інше значення напруги.

Нове значення U_dn не перевищує значень максимальної напруги обраних транзисторів.

Xтр ф (р) - індуктивний опір фази струмообмежувального реактора, Ом.