2. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока

В этой системе используются преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Блок схема такого пре­образователя представлена на рис.6.10.

Рис.6.10. Блок-схема электропривода с преобразо­вателем частоты с промежуточным звеном постоян­ного тока

Перемен­ное напряже­ние промыш­ленной сети сначала выпрямляется посредством регулируемого или нерегулируемого выпрямителя UD, а затем подается на автономный инвертор, преобразующий постоянное напряжение (или ток) в напряжение (или ток) регулируемой частоты и величины.

Регулирование величины напряжения (или тока) промежуточного звена постоянного тока может производиться управляемым выпрямителем UD, либо (в инверторах напряжения) в качестве первого звена используется неуправляемый выпрямитель, а регулирование напряжения осуществляется инвертором методом широтно-импульсной модуляции. В первом случае функции управления четко разделены: выпрямитель управляет величиной тока или напряжения, а инвертор - значением выходной частоты преобразователя. Во втором случае обе этих функции возлагаются на инвертор.

Важным узлом преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока является фильтр F. Этот фильтр выполняет две функции: сглаживает пульсации выпрямленного напряжения (или тока) и служит устройством для накопления и отдачи энергии, что необходимо для обеспечения циркуляции реактивной мощности между обмотками асинхронного двигателя и фильтром. По­скольку на входе преобразователя установлен полупроводниковый выпрямитель, то циркуляция реактивной мощности между асинхронным двигателем и сетью невозможна.

Преобразователи частоты по типу автономного инвертора, используемые в электроприводах, позволяют получать выходную частоту от долей герца до нескольких сотен Гц. Верхний предел ограничивается возможной частотой коммутации вентилей инвертора, нижний - качеством выходного напряжения или тока; при несинусоидальной форме тока в обмотках двигателя при ма­лых частотах нарушается равномерность вращения ротора.

При частотном регулировании величина относительного скольжения s_j зависит как от разности скоростей вращающегося электромагнитного поля и ротора – абсолютного скольженияs_абс= ω₀– ω, так и от относительного значения f₁ частоты пи­тающего напряжения

С учетом (6.2)

(6.6)

Рис.6.3. Схема замещения асин­хронного двигателя

Для анализа электроме­ханических характеристик двигателя при частотном ре­гулировании рассмотрим Т-­образную схему замещения двигателя (рис.6.3). В отли­чие от ранее приведенной схемы замещения в данном случае приходится учитывать, что реактивные сопротивления двигателя зависят от частоты питающего напряжения и изменя­ются с изменением частоты.

(6.13)

где

Механиче­ские характери­стики, соответ­ствующие час­тотному регули­рованию при выполнении со­отношения (6.13) и r₁= 0, показаны на рис.6.4 (сплош­ными линиями). В первом при­ближении пропорциональное регулирование напряжения в соответствии с соотношением (6.13) обеспечивает работу двигателя с постоянным потоком.

Рис.6.4. Механические характеристики асин­хронного двигателя при ЭЭ

частотном регулиро­вании при U₁*/f₁*=const

В действительности при малых значениях частоты (f₁* < 0,3) падение напряжения на сопротивленииr₁существенно снижает величину напряжения, прикладываемого к контуру намагничива­ния (напряжениеU_аб на рис.6.5).

U_аб = U₁ – I₁r₁

Падение напряжения на индуктивном сопротивлении х₁уменьшается с уменьшением частоты и поэтому не оказывает та­кого влияния на напряжениеU_аб, как падение напряжения на ак­тивном сопротивленииr₁которое не зависит от частоты.

Рис.6.5. Зависимость величины напряжения питания от частоты

1 – U_1* = f_1* , 2 – U₁= U_1нf_1* + I₁r₁(1 – f_1*).

При более точном расчете с учетом падения напряжения на сопротивлении r₁ меха­нические характеристики име­ют вид, показанный на рис.6.4 пунктиром. При малых значе­ниях частоты, когда относи­тельное значение падения напряжения на сопротивленииr₁становится значимым, поток двигателя уменьшается и соответственно уменьшается максимальный моментМ_к, что следует также из формулы (6,11).

Поэтому для того чтобы регулировать скорость двига­теля, сохраняя максимальный момент двигателя постоянным, нужно величину напряжении уменьшать в меньшей степени, чем уменьшается частота, при­мерно в соотношении:

U₁ = U_1нf_1* + I₁r₁ (1 – f_1*) (6.14)

Такой способ регулирования напряжения называют «про­порциональное регулирование с I · rкомпенсацией». ЗависимостьU_1* = f(f_1*) показана на рис.6.5. При регулировании напряжения в соответствии с соотношением (6.14) механические характери­стики будут иметь вид, показанный на рис.6.4 сплошными ли­ниями.