Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 33 )

Рис. 114. Схема электро­привода с  преобразова­телем частоты с непо­средственной связью

Напряжение Uаb будет иметь мень­шую частоту, чем UАВ, если время, в течение которого оно положитель­но, и время, в течение которого оно отрицательно - больше. Частный случай формирования напряжения умень­шенной частоты на выходе ПЧ по­казан на рис. 115,б. Как видно из этого рисунка, такое напряжение будет обеспечено, если СЧ в интер­вале Дt1 линии А и В подклю­чит соответственно к линиям а и b, в интервале Дt2 линии В и С—к линиям а и с, а в интервале Дt3 линии С и А — к линиям а и b. Таким образом, напряжение Uab будет положительным более длительное время, чем UАВ.

Для получения отрицательного значения UАВ такой же длительности необходимо в интервале Дt4 оставить подключенными линии С и В к линиям а и b, в интервале Дt5 линии А и В — к линиям а и b и в интерва­ле Дt6 линии В и С—к линиям а и b. Далее все повторить.

Кривая напряжения, полученного на выходе преобразователя при неиз­менном угле включения вентилей б = 0, состоит из отрезков полуволн напряжения сети. Если перед подачей этого напряжения на двигатель разло­жить его на гармонические составляю­щие и подсоединить к преобразовате­лю частоты фильтр Ф, можно выде­лить первую гармонику, изображен­ную на рис. 114 пунктирной сину­соидой. Из рисунка видно, что частота напряжения U1 подаваемого на дви­гатель (пунктирная синусоида), мень­ше частоты питающей сети.

­

Рис. 115. Диаграммы напряжений питающей сети (а), преобразователя частоты с непосредст­венной связью при б = 0 (б) и б 0 (в)

Если изменить угол включения тиристоров а, можно, во-первых, изменить амплитуды напряжения на выходе преобразователя, во-вторых, получить напряжение, более близкое к первой гармонике. За счет этого упрощается конструкция фильтра и увеличивается кпд привода.

Изменение амплитуды напряжения на выходе ПЧ при а ≠0  по отно­шению к б = 0 иллюстрируется рис. 115,в.

Существенным преимуществом рассмотренного преобразователя является однократное преобразова­ние энергии, благодаря чему дости­гается высокий кпд (0,97—0,98).

Из принципа действия преобразо­вателя частоты с непосредственной связью следует, что с его помощью возможно получить напряжение с частотой, меньшей сетевой (до 0,4fс). Кроме того, силовая часть таких преобразователей состоит из большого числа тиристоров, а система управле­ния очень сложна. Поэтому на практи­ке чаще используют тиристорные преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока.

В таких преобразователях напря­жение сети переменного тока вначале выпрямляется, а затем снова преоб­разуется в напряжение переменного тока, но уже требуемой регулируемой частоты и амплитуды. Тиристорные преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока бывают с управляемым выпрямителем и не­управляемым.

Структурная схема тиристорного преобразователя с управляемым выпрямителем показана на рис. 116. На вход управляемого выпрямителя УВ поступает переменное напряжение сети.

Рис. 116. Структурная схема тиристорного преобразователя частоты с управляемым выпрямителем

Рис. 117. Диаграмма напряжения преобразователя частоты с управляемым выпрямителем

На выходе УВ напряжение сети преобразуется в напряжение Uп постоянного тока, значение ко­торого определяется сигналом управ­ления, поступающим на УВ от блока управления выпрямителя БУВ.

Выход УВ непосредственно связан с входом автономного инвертора АИ, который преобразует поступающее на его вход напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока. Причем частота выходного напряже­ния U1 зависит от управляющего сигнала, поступающего на АИ от регулятора частоты РЧ.

Управляющие сигналы, поступаю­щие на БУВ и РЧ, формируются в блоке задания скорости БЗС напря­жением Uз, соответствующим задан­ной частоте вращения.

Таким образом, на статорные обмотки асинхронного двигателя поступает напряжение, амплитуда которого формируется управляемым выпрямителем, а частота — автоном­ным инвертором, т. е. можно неза­висимо регулировать частоту и ампли­туду питающего напряжения, что является существенным достоинством.

Преобразователь частоты с управ­ляемым выпрямителем формирует ступенчатое напряжение с синусои­дальной огибающей (рис. 117). Для получения напряжения, близкого к синусоиде, в преобразователе имеются сглаживающие фильтры, которые из ступенчатого сигнала преобразовате­ля частоты выделяют на выходе только первую гармонику, показанную на рисунке пунктиром. Максимальный ступенчатый сигнал, а следовательно, и амплитуда выделенного синусои­дального напряжения прямо пропорциональны напряжению, получен­ному на выходе УВ. Достоинством преобразователя частоты с управляе­мым выпрямителем является относи­тельная простота его конструкции.

Тиристорные преобразователи час­тоты с неуправляемым выпрямителем отличаются от рассмотренных выше тем, что выпрямленное промежуточ­ное напряжение не регулируется, поэтому изменение амплитуды и час­тоты выходного напряжения осущест­вляется в инверторе.

При переключении тиристоров инвертор выдает электрический сиг­нал в виде импульсов с постоянной частотой f=1/Т. Длительность им­пульсов tи и соответственно пауз tП изменяется во времени. Если закон изменения длительности импульсов будет носить синусоидальный харак­тер, после фильтрации на выходе преобразователя появится непрерыв­ное синусоидальное напряжение той или иной частоты и амплитуды (рис. 118).

Преобразователи с неуправляемы­ми выпрямителями отличаются боль­шим диапазоном регулирования вы­ходного напряжения, но относительно сложны и включают в себя боль­шое число элементов.

Рис. 118. Диаграммы напряжения преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем

Рис. 119. Структурная схема замкнутого при­вода с преобразователем частоты

Составной частью преобразовате­лей частоты являются автономные инверторы напряжения или тока, соответственно обеспечивающие управление воздействия на статор дви­гателя изменением частоты и напря­жения или частоты и тока.

Несмотря на то что параметри­ческий частотный способ регулирова­ния дает удовлетворительные показа­тели, большой диапазон частоты вра­щения (глубокое регулирование) при произвольно меняющейся нагрузке можно получить только в замкнутом приводе.

Структурная схема электроприво­да с автономным инвертором напря­жения (АИН) и стабилизирующей отрицательной обратной связью по частоте вращения приведена на рис. 119. В этом приводе сигнал управ­ления Uу образуется в результате сравнения заданного сигнала U3 с сигналом Uтг, соответствующим текущей частоте. Усиленный усилите­лем У сигнал Uу воздействует в виде сигналов Uf на частоту и Uа — на амплитуду напряжения через функциональный преобразователь.

Как указывалось выше, в зависи­мости от конкретных условий необхо­димо выдерживать различные соотно­шения между амплитудой напряжения и его частотой. Функциональный пре­образователь обеспечивает эти соот­ношения. Он может состоять из ана­логовых элементов или микропроцес­сора.

Диапазон регулирования для приводов с автономным инвертором напряжения находится в пределах Д = (10ч20): 1.

Структурная схема привода с авто­номным инвертором тока мало отли­чается от структурной схемы, при­веденной на рис. 119, если авто­номный инвертор напряжения заме­нить на инвертор тока. Диапазон регулирования привода с инвертором тока может достигать Д = (20 ч 30): 1.

Для регулирования с ещё лучшими показателями кроме обратной связи по частоте вращения используют дру­гие обратные связи (по току, эдс, напряжению, потоку и т. д.).