Глава 3. Эп переменного тока с преобразоватеями частоты

3.1. ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока

ПЧ для управления АД могут быть разделены на три группы:

1. Преобразователь без промежуточного звена (непосредственное преобразование)

2. Преобразователь с промежуточным звеном постоянного напряжения (преобразователь напряжения или импульсный преобразователь)

3. Преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока (преобразователь тока).

Преобразователь напряжения, благодаря своим универсальным свойствам, является наиболее широко используемым типом ПЧ и может применяться в одно- и многодвигательном приводе. Благодаря режиму ограничения напряжения в звене постоянного тока, преобразователь может работать на холостом ходу, а также при отключенной нагрузке. Поэтому ниже рассматриваются преобразователи только этого типа.

Устройство и функции преобразователя напряжения.

Н аибольшее распространение получили преобразователи с нерегулируемым выпрямителем и инвертором с ШИМ. Эти преобразователи имеют на входе неуправляемый выпрямитель. Конденсатор промежуточного контура заряжается выпрямленным нерегулируемым напряжением сети, поэтому инвертор выполняет функции управления как частотой, так и величиной выходного напряжения путем ШИМ напряжения промежуточного контура в течении полуволны выходного напряжения. Наилучшей является синусоидальная ШИМ, при которой среднее значение выходного напряжения меняется по синусоидальному закону. При синусоидальной ШИМ двигатель в наименьшей степени загружен высокочастотными гармониками тока, что обеспечивает наиболее плавное вращение и отсутствие дополнительного нагрева.

Рис. 3. Простейшая блок-схема преобразователя напряжения

Такое управление может быть достигнуто благодаря использованию быстродействующих полупроводниковых приборов:

• в диапазоне мощностей до 100 кВА – силовых транзисторов (MOSFET-модулей, модулей Дарлингтона или IGBT-транзисторов);

• в диапазоне мощностей от 50 до 500 кВА – полностью управляемых тиристоров.

Отличительные свойства:

• эксплуатация преобразователя независимо от степени загрузки с коэффициентом мощности сети т.е. он потребляет небольшую реактивную мощность. Необходимая двигателю реактивная мощность обменивается между инвертором и промежуточным контуром через обратные диоды;

• хорошее использование двигателя; низкий уровень его ВЧ шумов;

• возможность получения высоких ВЧ для особых применений (в диапазоне кГц).

Меньшее распространение получили два других типа:

а) преобразователь с выходным напряжением выпрямителя, у которого выпрямитель на входе выполняется управляемым и изменение выходного напряжения инвертора осуществляется выпрямителем, а инвертором изменяется только частота.

б) преобразователь с регулируемым промежуточным контуром. На выходе нерегулируемого выпрямителя напряжение регулируется с помощью прерывателя промежуточного контура. Инвертор работает с частотой до 90 Гц по способу синусной ШИМ. За счет дополнительного прерывателя стоимость преобразователя несколько выше, что, однако, компенсируется достигаемыми достоинствами. Схема может использоваться и без синусной ШИМ, но при этом ухудшается плавность вращения на низких скоростях из-за ступенчатой формы напряжения.

Тормозной режим привода с преобразователем напряжения

В тормозном режиме двигатель работает генератором, отдавая энергию в промежуточный контур. Если нужно избежать того, чтобы напряжение промежуточного контура поднималось недопустимо высоко, энергия должна отводиться. Тормозной коммутатор включается в зависимости от величины напряжения промежуточного контура и нагружает контур тормозным сопротивлением. Излишняя энергия преобразуется в тепло. Другой возможностью отвести излишнюю энергию из промежуточного контура является отдача ее в сеть. При этом входной выпрямитель, работающий встречно-параллельно с инвертором, при подъеме напряжения промежуточного контура должен автоматически обеспечивать изменение направления тока в питающую сеть.

При проектировании ЭП с ПЧ необходимо выбирая двигатель, учитывать следующее:

1. Из-за ухудшения охлаждения на нижней скорости необходимо либо уменьшать допустимый момент, либо применять внешнее принудительное охлаждение.

2. Более или менее отличающееся от синусоидального напряжение на выходе преобразователя приводит к появлению высших гармоник тока, что вызывает дополнительные потери в двигателе.

3. Двигатель, питающийся от преобразователя, неизбежно работает при напряжении несколько меньшем, чем напряжение сети (падение напряжения в преобразователе, а также в процессе ШИМ), что увеличивает потери скольжения.