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>