Преобразователи частоты для управления асинхронного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
которую будут замыкаться реактивные токи инвертора. Расчет данного фильтра является наиболее сложным расчетом силовой части схемы.
Для того, чтобы уменьшить перенапряжения, возникающие из-за di/dt при коммутации ключей инвертора напряжения нужно зашунтировать вход инвертора без индуктивной связью. Такой связью является конденсатор с малой внутренней индуктивностью.
Действующее значение тока, протекающего через конденсатор, будет складываться из действующего значения переменной составляющей входного тока инвертора и действующего значения трехсотгерцового тока, даваемого выпрямителем. Составляющую пульсационного тока от выпрямителя можно уменьшить, включив в цепь, между выпрямителем и конденсаторной батареей, дроссель. При этом пульсации выпрямленного напряжения будут распределяться между индуктивностью и конденсатором.
Рис. 2.3 Инвертор напряжения c входным LC-Фильтром и выпрямителем
Определим на основе анализа действующих значений входного тока инвертора и выходного тока выпрямителя, значения параметров фильтра.
Анализ токовой загрузки конденсаторной батареи, при отсутствии индуктивности.
Найдем действующее значение тока, протекающего через конденсатор при отсутствии индуктивности L.
Время заряда ТC и разряда ТDC конденсатора фильтра звена постоянного тока определяются из следующих соотношений (рис. 2.4):
,
,
где Umax и Umin - амплитудное значение линейного сетевого напряжения и минимальное значение напряжения на конденсаторе соответственно, mp - пульсность выпрямителя (, где m - число фаз питающего напряжения, а q - полупериодность схемы выпрямителя), fc - частота сетевого напряжения:
,
,
где Urms - действующее значение сетевого линейного напряжения, - величина изменения напряжения на конденсаторе.
Рис. 2.4 Форма выходного напряжения выпрямителя
Найдем аналитическое выражение для ?U. Будем считать, что вся энергия двигателю передается из конденсатора. Энергия, запасенная в конденсаторе равна:
,
где С? - суммарная емкость конденсаторной батареи.
Тогда мощность инвертора будет определяться так:
.
Из этого соотношения выразим значение величины изменения напряжения на конденсаторе ?U:
Подставив полученное выражение в (3.6), получим квадратное уравнение:
,
Решая которое, получаем:
.
Для случая классической схемы трехфазного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, когда пульсность схемы выпрямителя mp=6, частота питающего напряжения fc=50Гц и максимальным значением величины напряжения на конденсаторе Umax=600В выражение (х.х) примет вид:
.
Определим, каким образом удельная емкость (Суд=C?/P [мкФ/кВт]) зависит от пульсаций напряжения на конденсаторе (?U). Пользуясь соотношением (х.х) получим зависимость Суд, относительно ?U (рис. 2.5, табл. 2.1).
Очевидно, что при определении параметров LC-фильтра величина удельной емкости должна находится в следующих пределах: . Это объясняется тем, что значение Суд150 мкФ/кВт дальнейшее снижение ?U будет сопровождаться значительными материальными затратами.
Рис. 2.5 Зависимость удельной емкости Суд от величины изменения напряжения на конденсаторе ?U
Табл. 2.1
626.0316.0212.6161.0130.1109.594.883.875.268.462.858.254.350.948.1?U, В102030405060708090100110120130140150
Определим амплитудные и действующие значения токов разряда и заряда конденсатора для одной стойки конденсаторной батареи (стойка - два последовательно соединенных конденсатора).
Амплитудное значение тока заряда конденсатора:
.
Действующее значение тока заряда конденсатора:
.
Амплитудное значение тока разряда конденсатора:
;
Действующее значение тока разряда конденсатора:
.
Действующее значение тока конденсатора будет определяться следующим образом:
.
После упрощения:
.
Анализируя выражение
,
где, - скважность, а , можно сказать, что действующее значение тока конденсатора слабо зависит от распределения времени заряда и разряда, а выражение при изменении х в диапазоне от 0,3 до 0,7 практически равно 600 (табл. 2.2, рис. 2.6).
Т.е. выражение для действующего значения тока стойки конденсаторов можно упростить до вида:
,
при fc =50 Гц и mp =6.
Табл. 2.2
х0,30,350,40,450,50,550,60,650,7654,7629612,4603600603612,4629654,7
Рис. 2.6 Зависимость времени заряда и разряда конденсатора от скважности
Далее определим влияние индуктивности на действующее значение тока пульсаций протекающего через конденсатор.
Влияние индуктивности фильтра на действующее значения тока конденсаторной батареи.
Индуктивность фильтра определяется следующим образом :
,
где действующее значение напряжения на дросселе:
,
2,11 - коэффициент перехода от амплитудного значения напряжения на дросселе к действующему (получен эмпирическим путем), отношение дейс?/p>