5. Автоматизированный электропривод с двигателем переменного тока со статическими преобразователями частоты (спч).

В настоящее время СПЧ является наиболее широко применяемым и перспективным видом ПЧ в составе автоматизированного электропривода с двигателем переменного тока.

СПЧ классифицируется по следующим признакам:

1. По структуре преобразования энергии.

• СПЧ с непосредственным преобразованием.

• СПЧ с звеном постоянного тока.

2. По виду инвертеров подразделяются на:

• ПЧ с сетноведомыми инверторами.

Силовые ключи таких инверторов запираются при подаче на анод отрицательной полуволны питающего напряжения.

• ПЧ с автономным инвертором

Силовые ключи таких инверторов запираются либо при разряде коммутирующих конденсаторов, либо с помощью управляющих импульсов.

• ПЧ с АИН

• ПЧ с АИТ

• ПЧ с АИ с поочередной коммутацией (ПЧ с неполным управляющим напряжением)

• ПЧ с АИ с индивидуальной коммутацией (ПЧ с полностью управляющим напряжением)

5.1 Преобразователь частоты с звеном постоянного тока

В настоящее время этот вид частотных преобразователей является наиболее широко распространенным видом, и при этом в отличии от НП+Ч поставляется в виде самостоятельного элемента электропривода.

рис.8

где U₁ – трехфазное переменное напряжение с постоянной амплитудой.

П₁ – управляемый или неуправляемый выпрямитель, который предназначен для преобразования входного синусоидального напряжения в выходное постоянное (пульсирующее) напряжение.

Ф – фильтр тока или напряжения предназначен для сглаживания пульсации с выхода выпрямителя.

П₂ – автономный инвертор тока или напряжения, предназначен для преобразования постоянного сглаженного тока или напряжения в переменное трехфазное.

М – трехфазный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором.

В предлагаемой структурной схеме блок П₁ может работать как в управляемом так и в неуправляемом режимах. При этом в первом случае АИ выполняет функции изменения только выходной частоты преобразователя, а функции воздействия на амплитуду выходного напряжения выполняет выпрямитель. Во втором случае АИ выполняет функции изменения выходной частоты и действующего значения выходного напряжения.

Вариант УВ имеет несомненное преимущество, заключающееся в существенном упрощении системы управления, несмотря на наличие БУВ. При этом вся система значительно удешевляется.

В случае варианта с НВ значительно улучшается совместимость всей системы с электрической сетью. Однако при этом схема управления существенно усложняется и соответственно вся система становится значительно дороже.

6. Автономные инверторы (аи).

По степени управляемости АИ делятся на:

• АИ с поочередной коммутацией.

• АИ с индивидуальной коммутацией.

Схемное отличие этих двух инверторов заключается в том, что в АИ с поочередной коммутацией все силовые ключи являются рабочими. В АИ с индивидуальной коммутацией на каждый рабочий силовой ключ приходится как минимум по одному вспомогательному силовому ключу. Второй вариант как правело более функционален, но при этом значительно более дорогой и менее надежный. В настоящее время практически все АИ относятся к АИ с поочередной коммутацией.

Рассмотрим принцип действия АИ с поочередной коммутацией на примере однофазного АИ у которого запирание силовых ключей осуществляется с помощью коммутирующего конденсатора.

Рис.9

Т 1,Т2 – рабочие тиристоры

С_К – коммутирующий конденсатор

Пусть в момент времени t = 0 открыт Т2, Т1 закрыт; входное напряжение приложено к Rн2, через промежуток времени равный периоду коммутации Т2 подается отпирающий импульс на Т1. При этом входное напряжение прикладывается к Rн1, а через открытую цепь Т1, Rн1, Rн2 к Т2 прикладывается обратное напряжение с Ск в результате чего Т2 запирается и т.д. Период коммутации –длительность открытия ключа.

По форме выходного напряжения и тока Аи делится на:

• АИТ

• АИН

У АИТ форма выходного напряжения зависит, как от последовательности и длительности коммутации силовых ключей так и от характера нагрузки, а форма выходного тока зависит, только от последовательности и длительности коммутации силовых ключей.

У АИН форма выходного тока зависит, как от последовательности и длительности коммутации силовых ключей так и от характера нагрузки, а форма выходного напряжения зависит, только от последовательности и длительности коммутации силовых ключей.

Внешнее отличие АИТ от АИН: АИТ имеет входной L – фильтр, а входной L или LC фильтр. Кроме того, если в схеме инвертора используются не полностью управляемые силовые ключи, то на каждую фазу АИТ имеется один конденсатор, а у АИН по одному коммутирующему конденсатору на каждый силовой ключ.

Рассмотрим работу однофазного АИТ.

Рис.10

Т1,Т3 – силовые ключи анодной группы

Т2,Т4 – силовые ключи катодной группы

С_К – коммутирующий конденсатор

L – входной фильтр.

В первый момент времени в открытом состоянии находятся два накрест лежащих силовых ключа – первый из анодной, второй из катодной группы. В момент отпирания двух других силовых ключей первые два запираются и т.д. При этом если открыты ключи Т3 и Т2 происходит заряд конденсатора в прямом направлении, при открытых ключах Т1 и Т4 происходит перезаряд конденсатора в противоположном направлении.

рис.11

В момент времени t = 0 подается отпирающий импульс на Т1 и Т4. конденсатор Ск в этот момент предварительно заряжен, и при отпирании Т1 и Т4 разряжается на Т3 и Т2 в направлении отрицательной полярности тем самым закрывая Т3 и Т2. в следующий промежуток времени равный периоду коммутации Т1 и Т4 ток через сопротивление нагрузки будет протекать в положительном направлении. По истечении промежутка времени происходит перезаряд конденсатора в противоположное направление. В этот момент подается отпирающий импульс на Т3 и Т2 конденсатор разряжается в направлении отрицательной полярности запирает Т1 и Т4 , ток протекает через Т4, Zн, и открытый Т2 и будет иметь отрицательное направление.