Курсовая / MU_po_LR_SE

Запишем вектор среднего напряжения и базовые векторы , через их проекции на оси неподвижной системы координат:

На основании выражения и равенстве нулю проекции нулевых векторов U 0, можно записать проекции вектора требуемого напряжения через проекции базовых векторов:

=

При частотном регулировании на выходе АИН по соответствующему закону необходимо регулировать амплитуду и частоту трехфазного выходного напряжения. Регулирование амплитуды достигается за счет изменения коэффициента модуляции в формулах (11.64), (11.58). При этом уменьшение m приводит к снижению относительных продолжительностей включения ненулевых векторов и и увеличению относительной продолжительности включения нулевого вектора и, следовательно, к уменьшению среднего значения напряжения за период ШИМ.

Регулирование частоты на выходе АИН достигается за счет изменения скорости вращения (угла поворота ) пространственного вектора в полярной системе координат. Вращение пространственного вектора в обратном направлении приводит к изменению чередования фаз на выходе АИН и, следовательно, изменению направления вращения двигателя.

Один из возможных алгоритмов реализации векторной ШИМ описан в работе [39]. Сначала определяется номер сектора n, в котором находится заданный пространственный вектор. Затем на каждом периоде ШИМ рассчитываются значения и по формулам (11.64). По ним определяются уровни переключения УП1 = и УП2 = , при сравнении которых с пилообразным сигналом осуществляется переключение базовых векторов. Алгоритм переключений представляет собой следующую последовательность действий:

После определения номера сектора П в начале каждого периода ШИМ устанавливается состояние инвертора, соответствующее исходному базовому вектору (для сектора 2 — это вектор );

При первом сравнении с уровнем УП1 осуществляется переход ко второму базовому вектору (для сектора 2 — это вектор );

Первое сравнение с уровнем УП2 вызывает переход к нулевому вектору . При этом в соответствии с табл. 1 включается тот нулевой вектор, который требует минимального переключения ключей инвертора по отношению к предыдущему состоянию вентилей;

- при втором сравнении с УП2 восстанавливается предыдущее состояние (для сектора 2 — это51вектор );

- при втором сравнении с УП1 осуществляется возврат к начальному состоянию (для сектора 2 — это вектор ).

Входными сигналами для преобразователя частоты с автономным инвертором являются задаваемые из системы управления электропривода угол поворота обобщенного вектора, вращающегося с синхронной скоростью в полярной системе координат, и требуемое значение амплитуды Um пространственного вектора напряжения . Микропроцессорная система в реальном времени определяет номер сектора и внутрисекторный угол поворота , после чего производит расчет точек переключения в соответствии с выбранным алгоритмом.

Один из вариантов функциональной схемы микропроцессорной системы управления векторной ШИМ представлен на рис. 35.

«Направление вращения»

Рисунок 35 – Функциональная схема микропроцессорной системы управления векторной ШИМ

В состав микропроцессорной системы управления входят следующие основные блоки: формирователь угла поворота 9, определитель номера сектора, вычислитель уровней переключений УП1 и УП2, блок сравнения, генератор пилообразного напряжения (ГПН), генератор синхронизирующих импульсов (ГСИ), блок памяти и выходные драйверы.

Формирователь угла поворота осуществляет формирование угла поворота пространственного вектора в полярной системе координат и его изменение в функции частоты f задающего воздействия c целью регулирова-

ния выходной частоты АИН. Работа блока	сводится	к	расчету
52

дискретного угла поворота пространственного вектора внутри сектора = 360°/k, где к = / f — целое число, соответствующее количество периодов ШИМ за один период несущей частоты, и определение нового значения угла поворота = +. Увеличение угла поворота на величину осуществляется под действием синхроимпульсов , формируемых в моменты перехода пилообразного напряжения ШИМ через нулевой уровень. При выполнении условия 360°, что соответствует одному обороту пространственного вектора вокруг своей оси в полярной системе координат, осуществляется установка начального угла поворота = 0°.

Вычислитель уровней УП1, УП2 синхронно с приходом синхроимпульсов осуществляет расчет относительных продолжительностей включения и базовых векторов по формулам и определяет уровни переключения УП1 = и УП2 = + . В блоке сравнения происходит сравнение уровней переключения УП1 и УП2 с пилообразным напряжением, формируемым ГПН, с целью нахождения временных интервалов для переключения базовых векторов внутри сектора. Блок памяти представляет собой постоянное запоминающее устройство, в котором хранятся коды состояния ключей инвертора для каждого сектора, переключаемых в функции выходных сигналов блока сравнения. Порядок чередования выходных фаз инвертора изменяется логическим сигналом «Направление вращения», воздействующим на определитель номера сектора и блок памяти, в котором записываются коды состояния ключей инвертора при вращении пространственного вектора как по часовой, так и против часовой стрелки. Управление силовыми ключами инвертора осуществляется при помощи драйверов.

Формирование трехфазной системы фазных напряжений на выходе преобразователя показано на рис. 36. В верхней части рисунка изображен пилообразный сигнал и указаны значения угла поворота 0 на каждом периоде ШИМ. Отмечены уровни переключения УП1 и УП2, а также замкнутые состояния ключей на каждом периоде ШИМ. Построение произведено для второго сектора n = 2 и глубины регулирования = 0,7 в предположении, что пространственный вектор поворачивается на 60° за шесть периодов ШИМ.

Поскольку в реальном случае частота ШИМ составляет килогерцы, т.е. число периодов ШИМ за время поворота вектора на 60° многократно больше показанного на рис. 36, то среднее фазное напряжение, полученное в соответствии с описанным алгоритмом, обеспечивает практически синусоидальную форму токов на нагрузке АИН.

Одним из важнейшим преимуществ метода формирования фазных напряжений с помощью пространственного вектора является уменьшение числа переключений на периоде ШИМ с 6-и до 4-х по сравнению с методом формирования средних напряжений на выводах по отношению к средней точке источника питания и,53как следствие, сокращения на 30%

динамических потерь в ключевых элементах инвертора. Кроме этого при данном способе управления удается получить фазное и линейное напряжения на выходе АИН на 13,4% больше, чем при формировании средних напряжений на выводах по отношению к средней точке при неизменном напряжении питания Ud на входе инвертора.

Рисунок 36 – Формирование напряжения на выходе АИН с векторной ШИМ во втором секторе при m = 0,7

54

Таблица 1 – Схема включения ключей при векторном управлении

55

Задание для подготовки к эксперименту

Задание должно быть выполнено и оформлено в протоколе испытаний до начала проведения эксперимента.

1.Подготовить протокол испытаний, включающий в себя название, цель и содержание работы, принципиальную схему эксперимента, таблицы экспериментальных и расчетных данных.

2.Выполнить расчеты, прогнозирующие результаты эксперимента. 2.1 Определить пределы изменения напряжения на входе и выходе

инвертора.

2.2 Определить амплитуду временные интервалы управляющих сигналов АИН.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА Для проведения эксперимента необходимо:

1.Подключать осциллограф и контрольным точкам приведя и зарисовывать полученную осциллограмы.

2.Серия осциллограмм должна быть на частотах 50, 100, 150, 200 Гц.

Эксперимент

Параметры элементов и режимы цепи в эксперименте следует выбирать соответствующими прогнозирующему расчету задания для подготовки к эксперименту.

1.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы измерения, собрать измерительные цепи.

2.Измеряя частоту работы преобразователя и нагрузку привода снять серии осциллограмм. На которых указать амплитудные, временные и фазовые соотношения.

3.Снять данные для трех разных напряжений на входе и выходе

АИН.

Эксперимент считается успешно завершенным, а экспериментальная схема может быть разобрана после подписания преподавателем протокола испытаний.

Отчет

Отчет включает в себя:

– титульный лист с названием учебного заведения, кафедры и лабоpатоpной работы, Ф.И.О. студента и преподавателя, годом и местом

выполнения работы;

56

– протокол испытаний с заполненными таблицами всех экспериментальных и расчетных данных, подписанный преподавателем.

Вопросы к защите

1.Назовите схемы однофазных транзисторных АИН?

2.Каков угол проводимости транзисторов в трехфазных АИН?

3.Покажите пути токов в трехфазных АИН.

4.Как формируются фазные и линейные напряжения в трехфазных АИН?

5.Как изменяются пути токов при коммутации транзисторов и

разных коэффициентах мощности нагрузки?

6.Какие допущения принимаются при расчете трехфазных АИН?

7.Какие виды импульсной модуляции вы знаете?

8.Зачем вводится задержка при переключении противофазных транзисторов?

9.Чем отличается ШИР от ШИМ?

10.Как формируются фазные напряжения с помощью обобщенного пространственного вектора?

11.В чем отличия обобщенного пространственного вектора и временных?

векторов, введенных в курсе ТОЭ?

12.Как формируются средние напряжения на выводах по отношению

ксредней точке источника питания?

13.Как формируются фазные токи?

14.Сравните способы импульсной модуляции, применяемые в трехфазных АИН для формирования выходного напряжения.

15.Как регулируется в АИН величина выходного напряжения?

16.Каковы пути улучшения качества выходного напряжения?

57

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.

«ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР

ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ РЕАКТОРОВ»

Цель работы – Исследование работы реакторов входящих в состав частотных преобразователей.

Содержание работы:

1.Экспериментальное исследование режима работы реакторов входных цепей.

2.Экспериментальное исследование режима работы реакторов фильтра звена постоянного тока.

3.Экспериментальное определение зависимостей отражающих энергетику поведения реакторов в зависимости от режима работы привода.

Краткие теоретические сведения Реактор — это статическое электромагнитное устройство,

обладающее индуктивностью. Термин реактор применяется в электротехнике и силовой электронике. В слаботочной электронике и радиотехнике то же устройство называется дросселем. Так одно и то же устройство, имеющее оно и то же назначение, получило различные названия. В дальнейшем будем пользоваться термином реактор независимо от мощности устройств. Во всех применениях реакторов используется их главное свойство — индуктивность. Реакторы могут применяться в совершенно разных цепях, решать разные задачи. Ниже будут рассмотрены только реакторы, применяемые в устройствах силовой электроники.

По конкретному назначению и решаемым задачам преобразовательные реакторы делятся на:

а) токоограничивающие реакторы, применяемые на стороне переменного тока для ограничения амплитуды тока и скорости его нарастания в аварийных режимах;

б) сглаживающие реакторы, применяемые в сглаживающих фильтрах на стороне постоянного тока для уменьшения пульсаций тока и ограничения скорости нарастания тока в аварийных режимах;

в) уравнительные реакторы, применяемые для обеспечения параллельной работы групп вентилей, включенных на общую нагрузку;

г) уравнительные реакторы, применяемые для ограничения уравнительного тока, протекающего в реверсивных преобразователях между встречнопараллельно включенными вентильными комплектами,

работающими в разных режимах (выпрямительном и инверторном);
д)	помехоподавляющие	реакторы,	входящие	в	состав
		58

высокочастотных фильтров, применяемых для ограничения радиопомех, генерируемых преобразователями и распространяемых по проводам в питающую и приемную сеть;

е) насыщающиеся реакторы, включаемые для задержки нарастания тока через вентиль.

По конструкции и свойствам реакторы делятся на:

а) линейные, воздушные (без магнитопровода). Применяются в качестве токоограничивающих реакторов на стороне переменного тока и сглаживающих реакторов на стороне постоянного тока, а также в качестве помехоподавляющих ;

б) линейные (условно линейные) с ферромагнитным сердечником, имеющим воздушный зазор. Применяются в качестве токоограничивающих реакторов на стороне переменного тока и сглаживающих реакторов на стороне постоянного тока, а также в качестве помехоподавляющих;

в) нелинейные с ферромагнитным сердечником без воздушного зазора. Применяются в уравнительных и насыщающихся реакторах.

Рисунок 37 – Схема замещения трансформатора, приведенная к первичной стороне (а), ее упрощение (б) и упрощенная схема, приведенная

к вторичной стороне (в)

59

Iном

Основные параметры реакторов:

Lном - номинальная индуктивность реактора;

— номинальный ток (постоянный или переменный в зависимости от назначения);

R — активное сопротивление обмотки при 40°С.

Для сглаживающих реакторов дополнительно указываются потери в меди при номинальном постоянном токе Рм.

Для токоограничивающих реакторов дополнительно указывается номинальное напряжение Uном.

Иногда для токоограничивающих реакторов аналогично трансформаторам вводится понятие типовая мощность реактора Sp

Sp = Uном Iном .

Схема замещения токоограничивающего реактора соответствует упрощенным схемам замещения трансформатора (см. рис. 37 б — в). Для обеспечения защиты преобразователя индуктивность токоограничивающего реактора должна быть равна индуктивности рассеяния трансформатора соответствующей мощности.

Для обеспечения токоограничения индуктивность реактора не должна уменьшаться с ростом тока, поэтому часто токоограничивающие реакторы выполняются без ферромагнитного сердечника.

Сглаживающие реакторы должны сохранять индуктивность в условиях, когда через них проходит пульсирующий ток. При этом обычно амплитуда пульсаций значительно меньше постоянной составляющей тока. На рисунке 39 (а) показано, по каким гистерезисным циклам перемагничивается магнитопровод сглаживающего реактора при разных значениях постоянной составляющей протекающего через него пульсирующего тока. При амплитуде пульсаций тока Imax возникают пульсации потокосцеплений амплитудой Ψmax. Видно, как меняется наклон циклов перемагничивания, а, следовательно, и магнитная проницаемость материала сердечника и индуктивность реактора, так как . Для уменьшения изменения индуктивности при изменении постоянного тока в магнитопровод вводят «воздушный» зазор (обычно его роль выполняет немагнитная прокладка из диэлектрика). На рис. 38 (б) показано как меняется индуктивность реактора при изменении тока и разных величинах воздушного зазора δ. С ростом зазора зависимость индуктивности от тока уменьшается, но одновременно уменьшается и ее величина. При конструировании реактора выбирают оптимальный зазор.

Где применяются реакторы в преобразователях указано в классификации, приведенной в начале параграфа, но более понятным это станет к концу изучения курса. Поэтому тогда стоит еще раз прочесть этот параграф.

60