2.4 Сравнение автономных инверторов напряжения

с различными видами модуляции

АИН с амплитудной модуляцией (AM) с управляемыми вы­прямителями имеют наименьшую частоту коммутации ключей (n=6 на периоде основной частоты) по сравнению с ШИМ. Они наиболее просты в реализации. Кроме того, они имеют неизменную форму выходного напряжения. Применение управляемых выпрямителей позволяет также осуществить рекуперативное торможение асинхронных двигателей.

Однако АИН с AM имеют серьезные недостатки: изменение входного напряжения инвертора, требующее соответствующее изменение емкости сглаживающего (компенсирующего) конденсатора, высокий состав высших гармоник в напряжении инвертора и токе нагрузки, повышенные значения емкости и индуктивности силового фильтра в звене постоянного тока, пониженный cos φ привода, обусловленный применением управляемого выпрямителя.

В АИН с широтно-импульсными преобразователями в цепи постоянного тока требуемая индуктивность фильтра снижается примерно на порядок, аналогично в несколько раз снижается емкость конденсатора.

Применение неуправляемого выпрямителя вызывает значительное повышение cos φ. Отсутствие, к тому же, дополнительных цепей управления делает его более простым, менее дорогим и более надежным. Неуправляемый источник напряжения позволяет осуществлять подключение к нему нескольких автономных инверторов при параллельной работе двигателей без прерывания в питании электрической энергией. Однако гармонический состав выходного напряжения не улучшается.

В АИН с ШИМ cos φ и параметры фильтра будут иметь те же значения, что и в предыдущем случае. Гармонический состав напряжений и токов инвертора наилучший по сравнению с другими видами модуляции. Но основным недостатком этих инверторов c ШИМ является более сложная система управления, что влияет на стоимость ПЧ.

Преобразователи частоты с АИН используются:

• для питания машин малой мощности, имеющих повышенную номинальную частоту, особенно в тех случаях, когда инверторы получают питание от аккумуляторной батареи;

• в случаях применения машин средней и большой мощности при питании инверторов от сети с постоянным напряжением используют обычно широтно-импульсную модуляцию;

• в случаях применения машин средней и большой мощности при питании инверторов от выпрямителей и повышенной частоты коммутации (например, для машин с повышенной номинальной скоростью);

• для многодвигательных электроприводов;

• для систем векторного управления асинхронными двигателями применяют в основном пространственно-векторную модуляцию.

В настоящее время преобразователи с АИН на IGBT-модулях находят массовое применение в большом числе электроприводов в самых различных отраслях. Как у нас в стране, так и за рубежом многие фирмы заняты разработкой и производством ПЧ с АИН, непрерывно расширяют их номенклатуру и объем выпуска. Все это связанно с теми преимуществами, которые дает применение силовых транзисторных IGBT-модулей:

• малая мощность управления (единицы Вт), которая необходима для перезаряда емкости затвора транзистора через включенный последовательно с ней резистор, постоянная времени этой цепи не превышает десятые доли микросекунд; высокие значения допустимого напряжения U_эк, достигающие значения 1200 В и более (до 4,5 кВ), что позволяет использовать бестрансформаторное подключение электропривода к сети и тем самым повысить его КПД, cos φ и снизить стоимость;

• малое время переключения (сотни наносекунд), высокая допустимая частота коммутации (до 15 кГц), что позволяет обеспечить при двухполярной синусоидальной ШИМ модуляции синусоидальные напряжения и токи в обмотках двигателя;

- возможность выпуска в виде гибридных модулей в зависимости от рабочего тока;

- высокая стойкость к токовым перегрузкам, допускающая двукратные броски тока по отношению к номинальному и десятикратные неповторяющиеся броски при t=10 мкс.

Известно, что аппаратная часть систем управления ПЧ мало влияет на его массогабаритные и стоимостные показатели и надежность. В то же время, схема монтажа силовой части и подсоединения блока выходных усилителей существенно отражается на надежности ПЧ, особенно при увеличении его мощности. Эти особенности конструкции ПЧ приводят к тенденции - разработке и выпуску новых типовых силовых модулей - IPM (Intelligent Power Modular). Модули IPM выполняются по гибридной технологии и содержат силовые транзисторы, выходные усилители (драйверы), охладители и элементы защиты и контроля силовых транзисторов. Ряд зарубежных фирм уже начали разработку ПЧ с этими модулями вместо IGBT (Mitsubishi Electric, Siemens и др...).