Расчеты преобразователя частоты для регулирования скорости асинхронного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?мена подключения фаз, в результате чего мы получаем переменный ток в нагрузке.
Идею автономного инвертора напряжения (АИН) проиллюстрируем на наипростейшей однофазной схеме с четырьмя идеальными ключами 1, 2, 3, 4 и активной нагрузкой R - рис. 7.
При попарной коммутации ключей 1,2 - 3,4 - 1,2 и так далее, через время Т/2 (рис. 7,б) к резистору будет прикладываться переменное напряжение uab прямоугольной формы с частотой Ток при активной нагрузке будет повторять форму напряжения. Изменяя коммутационный промежуток Т/2, можно менять частоту в каких-либо границах.
Рисунок 7. Простейшая однофазная схема АИН,нагруженная активным сопротивлением и диаграмма работы.
При активно-индуктивной нагрузке размыкание ключа недопустимо без дополнительных мероприятий, поскольку энергия, запасенная в индуктивности, при разрыве цепи вызывает больше пиковые перенапряжения и сделает устройство полностью недееспособным. Так же, при размыкании ключей должны оставаться контуры, по которым продолжал бы протекать ток в прежнем направлении и запасалась бы энергия, переданная из индуктивности, которая разряжается.
Конфигурация схемы, при которой выполняются указанные условия, показанная на рис. 8, а. Пунктирные диоды в ключей 1-4 отражают их одностороннюю проводимость. Диоды D1 - D4 образуют вместе с конденсатором С контуры для обмена энергией. Коммутация ключей не отличается от показанной на рис. 7, однако ток на каждом полупериоде меняет направление, протекая по контурам, показанным на рис. 8, б. Нетрудно видеть, что формы напряжения и токи существенно разные, и ток в силу индуктивного характера нагрузки отстает от напряжения.
Рис. 8. Однофазный инвертор с R- L нагрузкой (а) и диаграмма работы (б).
При однократной коммутации и продолжительности ведущего положения 180 электроградусов необходима одновременная работа двух ключей в одной фазе и одного ключа в другой. На затворы вентилей VT1 VT6 подаются импульсы управления длительностью 180 эл. градусов, сдвинутые друг относительно друга на 60 эл. градусов. При такой последовательности импульсов управления течение полупериода три раза меняются схемы подключения фаз. При широтно-импульсной модуляции выполняется множество коммутаций вентилей течение полупериода напряжения питания.
Идею построения автономного инвертора напряжения с ШИМ проиллюстрируем на простейшей идеализированной однофазной схеме с чисто активной нагрузкой - рис. 9, а. Для изменения амплитуды и формы напряжения на нагрузке раздробим каждый период Т на n равных частей (интервалов с длительностью каждого и будем коммутировать ключи 1,2 на каждом интервале положительного полупериода, а ключи 3,4 - на каждом интервале отрицательного полупериода как показано на рис. 9, а. Тогда на каждом интервале i к нагрузке будет прикладываться не полное напряжение U, а лишь его часть Uiср:
Рис. 9. ШИМ на интервале (а) и на половине периода выходной частоты (б).
Меняя на каждом интервале относительную ширину импульса, можно легко управлять средним за интервал напряжением Uiср, то есть формировать на каждом полупериоде любую нужную форму напряжения, как показано на рис. 9, б. С увеличением n будет уменьшаться ? и ступенчатая кривая будет приближаться к заданной плавно. Используя широтно-импульсную модуляцию, можно формировать любые нужные формы кривой тока, учитывая параметры, изменяющиеся в процессе работы, нагрузки. В современных хорошо сделанных преобразователях часто-ты ШИМ позволяет при любой необходимой исходной частоте преобразовате-ля изменять нужным образом амплитуду напряжения, управляя магнитным потоком двигателя, и формировать при любой нагрузке на валу близкую к синусоидальной формы тока двигателя.
.2 Расчёт мгновенных значений тока для заданной частоты
При использовании закона частотного управления должно выполняться условие:
,
где U2 - напряжение на выходе преобразователя частоты, В; 2 - необходимое значение пониженной частоты, Гц.
где D =10- нужный диапазон регулировки скорости.
Действующее значение напряжения на выходе АИН зависит от ее частоты и определяется:
где Uн - номинальное фазное напряжение асинхронного двигателя, В. Нужное значение напряжения в звене постоянного тока, соответствующее заданному значению частоты:
,
Угол включения тиристоров управляемого выпрямителя при заданном значении частоты получим так:
Для заданной частоты АИН определяется активное и индуктивное сопротивления фазы асинхронного двигателя:
где s2 - увеличенное скольжения.
Угол сдвига между током асинхронного двигателя и выходным напряжением преобразователя частоты:
В течение одного полупериода три раза меняются схемы подключения фаз. Мгновенное значение тока одной фазы в течение полупериода состоит из трех отрезков экспоненциальных функций. Рекомендуется выполнять расчет тока на примере фазы А
Параметр, характеризующий нагрузку инвертора, определяется:
На каждом интервале расчета tw отсчет времени надо начинать с нуля. Расчет выполнять в течение периода. Кривую мгновенных значений тока следует строить на одном графике с напряжением соответствующей фазы с учетом угла нагрузки j е2=1,198=0,0209 рад, ?=2?f=314/с.