Новости

Преобразователи частоты для регулируемого электропривода. Функциональная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока

Работа добавлена:






Преобразователи частоты для регулируемого электропривода. Функциональная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока на http://mirrorref.ru

Вопросы 10,11.

Принцип частотного регулирования скорости АД. Механические характеристики АД при частотном регулировании.

Преобразователи частоты для регулируемого электропривода. Функциональная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока.

Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока.  Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока (ДПТ) достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор; такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Асинхронные электродвигатели (АД) превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов; имеют меньшие по сравнению с ДПТ размеры, массу и стоимость при той же мощности; АД просты в  изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток).  Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем сIGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления  позволило различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять  при помощи различных устройств: механических вариаторов,  гидравлических муфт,  дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости,  неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации.Статические преобразователи частотыявляются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Принцип частотного метода регулирования скорости АД заключается в том, что,  изменяя частотуf1питающего напряжения, можно в соответствии с выражением0при неизменном числе пар полюсовp изменять угловую скорость магнитного поля статора .  Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения АД, поэтому потери мощности при регулировании невелики.

Для получения высоких энергетических показателей АД – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера  момента  нагрузкиMс.При  постоянном  моменте   нагрузкиMс=constнапряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте .Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид , апри моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости – . Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре АД.

Структура преобразователя частоты

Большинство современных преобразователей частоты построено по схемедвойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей:звена постоянного тока(неуправляемого выпрямителя),силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит изнеуправляемого выпрямителя и фильтра.  Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовыеIGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Принцип работы преобразователя частоты.

Преобразователь частоты (ПЧ) состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора (АИН), системы  управления  СУИ ШИМ, системы автоматического регулирования  (САР), дросселяLв и конденсатора фильтраCв (рис.1.43).

ВAИН

fcLвfвых

L1                                                                                                                                 М

L2                                                                 Св

L3

f

Uупр

U

Рис. 1.43.. Упрощенная схема автономного инвертора с широтно-                                импульсной модуляцией (ШИМ).

Регулирование выходной частотыfвых.и напряженияUвыхосуществляется в АИН за счетвысокочастотного широтно-импульсного (ШИМ) управления. ШИМ характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора ЭД подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя. Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 1.44). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодулирована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения АИН можно осуществить двумя способами: амплитудным  (АР) за счет изменения входного напряженияUви широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилейV1-V6 приUв =const. Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры,IBGT-транзисторы). При ШИМ-модуляции форма токов в обмотках статора АД получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Uвых

ωt

I вых

ωt

Рис.1.44. Форма кривых напряжения и тока на выходе инвертора                                с широтно-импульсной модуляцией.

Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения.

Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов –запираемыхGTO – тиристоров, либобиполярныхIGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рис. 1.45 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора наIGBT-транзисторах. Она состоит из входного емкостного фильтраCфи шестиIGBT-транзисторовV1-V6включенными встречно-параллельно диодами обратного токаD1-D6. За счет поочередного переключения вентилейV1-V6по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжениеUвпреобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключиV1-V6протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя АД, через диодыD1-D6– реактивная составляющая тока АД.

          ВLв                                                                 И

UвСфV1D1V2D2V3D3

D4D5D6

V4V5V6

М

Рис.1.45. Схема инвертора. И – трехфазный мостовой инвертор; В - трехфазный                                мостовой выпрямитель; Сф – конденсатор фильтра

Преобразователи частоты для регулируемого электропривода. Функциональная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Реферат Расчет регулируемого электропривода постоянного тока по схеме тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д)

2. Реферат Преобразователи частоты. Усилители промежуточной частоты

3. Реферат ПРИБОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЧАСТОТЫ

4. Реферат Лабораторная работа Тиристорные преобразователи частоты

5. Реферат Выбор перспективной топологии построения преобразователя частоты для электроприводного газоперекачивающего агрегата

6. Реферат Изучение методов и приборов для измерения частоты переменного тока

7. Реферат Принципиальная схема системы стабилизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения

8. Реферат Усилители постоянного тока. АЧХ и ФЧХ усилителей постоянного тока

9. Реферат ЛАВИНА ЧАСТОТЫ

10. Реферат Измерение частоты и фазы