4 Расчет и выбор преобразователей частоты

4.1 Расчет мощности пч (инвертора)

Выпрямители и автономные инверторы преобразователей частоты характеризуются ограниченной перегрузочной способностью. Поэтому выбор преобразователя частоты должен быть осуществлен в соответствии с реальной нагрузкой. Кроме того, автономные инверторы характеризуются следующими значениями токов:

-номинальный длительно-допустимый ток, зависящий от температуры окружающей среды и максимально-допустимой температуры вентилей;

-максимально-допустимый ток, учитывающий условия термической стабильности тиристоров либо транзисторов;

-ограниченная величина тока коммутации, т.к. чрезмерные токи короткой длительности могут вызвать разрушение полупроводниковых элементов.

С учетом всего этого, автономные инверторы и преобразователи частоты характеризуются тремя значениями мощности:

-номинальная мощность т.е. максимальная мощность в длительном режиме на выходе ПЧ (инвертора);

-кратковременная мощность (малой длительности) которая может быть достигнута на выходе ПЧ при номинальном токе и максимально-допустимой температуре окружающей среды;

-коммутационная мощность S_KT, представляющая собой максимальную мгновенную мощность, позволяющую обеспечить перегрузочную способность при коммутации.

Обычно полагают, что:

(4.1)

Если коммутационная мощность специально не оговаривается, то считают, что она равна кратковременной мощности ПЧ ( ). Эта мощность намного меньше аналогичной мощности электрических машин. При прямом пуске с номинальным напряжением и частотой сети пусковые токи асинхронных двигателей превышают номинальный ток двигателя в 4-7 раз. В этом случае номинальный ток инвертора должен иметь такой же порядок, что приводит к завышению мощности инвертора, а значит и ПЧ. Приемлемые номинальные данные ПЧ могут быть получены либо при ограничении пускового тока двигателя, либо при пуске посредством изменения частоты от нуля (минимального значения) до номинальной. Но указанные мероприятия уменьшают момент двигателя, что замедляет процесс пуска двигателя. Кроме того, в многодвигательных электроприводах не всегда возможно осуществить одновременный пуск двигателей. Если двигатели пускаются индивидуально, то кратковременный ток инвертора не должен быть меньше суммы пусковых токов запускаемых двигателей и номинальных токов остальных двигателей.

В АИН с амплитудной модуляцией выходное напряжение инвертора имеет ступенчатую форму, поэтому при расчёте мощности ПЧ (АИН) необходимо учитывать также влияние высших гармоник, которые увеличивают действующее и максимальное значения токов инвертора (двигателя), зависящие от индуктивного сопротивления обмоток двигателя

. (4.2)

Для шестиступенчатой кривой выходного напряжения действующее значение токов при номинальной нагрузке, выраженное в относительных единицах, равно:

. (4.3)

При двенадцатиступенчатой форме выходного напряжения, а так же для АИН с ШИМ-модуляцией форма кривой напряжения и тока приближается к синусоиде, поэтому действующее значение тока в относительных единицах 1.

Асинхронные двигатели работают при отстающем коэффициенте мощности, поэтому расчёт и выбор ПЧ необходимо производить с учётом реактивной мощности, подводимой к двигателю. При этом выпрямители рассчитывают на активную мощность, а инверторы (ПЧ) - на полную мощность.

Обычно асинхронные двигатели работают с постоянным моментом нагрузки, поэтому напряжение статора изменяется линейно с частотой, а ток статора остаётся примерно постоянным при всех частотах. Поэтому полная мощность инвертора будет наибольшей при . При питании двигателей обычного исполнения, максимальная частота инверторов не превышает 150-200 Гц, т.к. при больших частотах существенно увеличиваются потери на коммутацию в инверторе и в стали двигателя. Эта максимальная мощность должна быть рассчитана при выборе ПЧ.

Расчёт мощностей инвертора производится следующим образом. В качестве примера рассмотрим расчет мощности инвертора (ПЧ), предназначенного для питания n=4 двигателей со следующими данными:

I_н = 4 A, U_н = 220 В, Cosφ = 0,7 , I_п =25 А (при Cosφ = 0,6). Требуется пускать одновременно два двигателя.

Индуктивное сопротивление асинхронного двигателя

Действующее значение полного тока при номинальной нагрузке

Номинальная длительно-допустимая мощность инвертора

Кратковременная мощность инвертора должна быть достаточной для обеспечения пусковых режимов двух двигателей и номинального режима остальных двигателей, т.е.