3.2 Обгрунтування вибору системи регулювання привода за схемою пч-ад

Найбільш перспективних і широко використовуються в даний час способів регулювання швидкості АД є частотний спосіб. Цей спосіб забезпечує плавне регулювання в широкому діапазоні, одержувані характеристики володіють високою жорсткістю. Частотний спосіб до того ж відрізняється і ще одним дуже важливим властивістю: при регулюванні швидкості АД не відбувається збільшення його ковзання, як це має місце, наприклад, при реостатном регулювання.

Розглянемо характеристики основних типів ПЧ.

а) НПЧ. НПЧ призначений для перетворення високої частоти в низьку і складається з 18 тиристорів, об'єднаних у зустрічно-паралельні групи (рисунок 3.3). В основі перетворювача лежить трифазна нульова схема випрямлення; кожна фаза перетворювача складається з двох таких зустрічно включених випрямлячів.

НПЧ розрізняють з роздільним і совмесным управлінням.

При роздільному керуванні керуючі імпульси повинні подаватися на тиристори однією з вентильних груп у відповідності з на-правлінням струму в навантаженні. Для забезпечення роздільної роботи застосовується спеціальне логічний пристрій, який виключає можливість проходження струму в одкой групі в той час, коли струм проходить в іншій групі.

У перетворювачах зі спільною роботою вентильних груп необхідно включення додаткових реакторів, що обмежують зрівняльний струм між вентилями кожної групи, а кути управління позитивної і негативної груп змінюються за певним законом, виключає появу постійної складової рів-виконавчого струму. Перетворювачі з спільним управлінням роботою вентильних груп володіють великою потужністю силових елементів.

Рисунок 3.3 – ПЧ с безпосереднім зв'язком.

Для одержання вихідної напруги, близької по формі до синусоїдальної, необхідно змінювати кут включення вентилів таким чином, щоб середнє за напівперіод живильної мережі значення напруги змінювалося протягом напівперіоду вихідної напруги за синусоїдальним законом. Регулювання частоти і напруги на виході перетворювача досягається зміною кута включення вентилів (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Графік вихідної напруги НП.

До достоїнств цього типу перетворювачів можна віднести: - одноразове перетворення енергії і, отже, високий ККД (близько 0,97-0,98); - можливість незалежного регулювання амплітуди напруги на виході від частоти; - вільний обмін реактивної та активної енергією з мережі до двигуна і назад - відсутність комутуючих конденсаторів, так як комутація тиристорів здійснюється природним шляхом (напругою мережі). До недоліків розглянутого ПЧ відносяться: - обмежене регулювання вихідної частоти (від 0 до 40 % частоти мережі); - порівняно велике число силових вентилів і складна схема управління ними; - невисокий коефіцієнт потужності - максимальне значення на вході перетворювача близько 0,8. б) ПЧ з ланкою постійного струму. Найбільш широке застосування в сучасних частотно-регульованих приводах знаходять перетворювачі з явно вираженим ланкою постійного струму, принципова схема якого наведена на рисунок 3.6. В перетворювачах цього класу використовується подвійне перетворення електричної енергії: вхідна синусоїдальна напруга з постійною амплітудою і частотою випрямляється у випрямлячі (УВ), фільтрується фільтром (C), згладжується, а потім знову перетворюється інвертором (Та) в змінну на-пряжение змінної частоти і амплітуди. Подвійне перетворення енергії призводить до зниження к.к.д. і до деякого погіршення масогабаритних показників по відношенню до перетворювачів з безпосереднім зв'язком.

Перетворювач з проміжною ланкою постійного струму дозволяє регулювати частоту як вгору, так і вниз від частоти живильної мережі; він відрізняється високим ККД (близько 0,96), значною швидкодією, сранительно малими габаритами і надійністю.

Рисунок 3.6 - Принципова схема ПЧ з ланкою постійного струму.

На рисунку 3.6

СФ - мережний фільтр для відсікання вищих гармонік;

В - випрямляч, зазвичай не регульований (ПЧ першого покаления) для регулювання напруги в ланці постійного струму;

ДН і ДТ - датчики напруги і струму;

ТК - гальмуй ключ;

АІ - автономний інвертор, зазвичай ШІМ (рисунок 3.7);

МТ - мотор-фільтр, зменшення вищих гармонік на двигун;

СК - система керування.

Рисунок 3.7 – Принципиальная схема силової АІ.

Як замикаються ключем в АІ можуть використовуватися GTO тиристори або IGBT транзистори. В даній курсовій роботі розглядається схема на транзисторах виходячи з наступних міркувань.

Тиристор є полууправляемым приладом: для його включення достатньо подати короткий імпульс на керуючий висновок, але для вимикання необхідно прикласти до нього зворотне напруга, або знизити струм, що комутується до нуля. Для цього в тиристорному перетворювачі частоти потрібна складна і громіздка система управління.

Біполярні транзистори з ізольованим затвором IGBT відрізняють від тиристорів повна керованість, проста неэнергоемкая система управління, найвища робоча частота.

Внаслідок цього перетворювачі частоти на IGBT дозволяють розширити діапазон регулювання швидкості обертання двигуна, підвищити швидкодію приводу в цілому.

Застосування IGBT з більш високою частотою перемикання в сукупності з мікропроцесорною системою управління в перетворювачах частоти знижує рівень вищих гармонік, характерних для тиристорних перетворювачів. Як наслідок - менші додаткові втрати в обмотках і магнітопроводі електродвигуна, зменшення нагріву електричної машини, зниження пульсацій моменту виключення так званого «шагания» ротора в області малих частот. Знижуються втрати в трансформаторах, конденсаторних батареях, збільшується їх термін служби і ізоляції проводів, зменшуються кількість помилкових спрацьовувань пристроїв захисту і похибки індукційних вимірювальних приладів.

Зміною періоду подачі управляючих імпульсів на силові ключі досягається зміна частоти напруги подваемого на двигун (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – Алгоритм подачі імпульсів на транзистори.

При такому алгоритмі в будь-який момент часу працюють три силові ключі (VT1, VT4, VT6)

Для роботи двигуна необхідно з зміною частоти змінювати і на-пряжение. Для цього його змінюють у ланці постійного струму або використовують ШІМ. При виборі співвідношень між частотою і напругою найчастіше виходять їх умов збереження перевантажувальної здатності.

Вибір перетворювача частоти виробляємо виходячи з умов:

; (8)

; (9)

Умовами (8) і (9) задовольняє перетворювач частоти Tmdrive MV фірми Mitsubishi-Electric.