Математическое описание и динамическая модель асинхронного двигателя. Регулирование напряжения на выходе двухзвенных преобразователей частоты, страница 8

На рис. 2.4 с целью упрощения графического представления коммутационных функций и формируемого напряжения принято .

В течение первого интервала длительностью , когда подаются управляющие сигналы на VT1, VT5 и VT6, транзисторы VT1, VT5 постоянно открыты, а транзистор VT6 – то включается, то выключается. Переключения происходят в моменты совпадения управляющего напряжения U_ybс опорным напряжением. При этом логика работы устройства управления переключением такова, что транзисторы нечетной группы открыты при , а ключи четной группы – при .

Состояние транзисторов характеризуют коммутационные функции , имеющие два значения: 0 и 1. Номера коммутационных функций совпадают с номерами транзисторов. Открытому состоянию ключей соответствуют функции F_i ,равные 1.

Анализируя графики функций F_iи составляя схемы соединения обмоток для каждой комбинации этих функций, можно построить кривые фазных напряжений на выходе АИН.

Начальному состоянию схемы соответствуют значения: F₁ = F₃ =F₅ = = 1, F₂ = F₄ = F₆ = 0. Это означает, что фаза а замкнута накоротко и U_a= 0. Затем состояние схемы меняется, т. к. коммутационные функции принимают следующие значения: F₁ = F₅ = F₆ = 1, F₂ = F₃ = F₄ = 0.

Фаза А подключена к положительной шине, а фазы В и С – к отрицательной шине выпрямителя. Следовательно, по отношению к средней (нулевой) точке имеем:

, .

Продолжая рассуждения, построим кривую U_b(t) (см. рис. 2.4).

При включении обмоток статора в звезду без нулевого провода в спектрах фазных и линейных напряжений, кроме основных гармоник, присутствуют [11] гармоники с частотами k₁f_m ± k₂f₁, где k₁, k₂ – числа из натурального ряда. В наибольшей степени проявляются гармоники при k₁и k₂, равных 1 и 2.

Максимальные амплитудные значения имеют гармоники с частотами . Однако при высокой частоте опорного напряжения  эти гармоники оказывают малое влияние на синусоидальность токов в фазных обмотках из-за фильтрующих свойств индуктивностей рассеяния, вследствие чего магнитное поле вращается равномерно даже при очень низких частотах. Это позволяет обеспечить широкий диапазон регулирования скорости при заданной ее неравномерности.

В электроприводах на основе АИН с ШИМ отсутствует шаговый режим работы двигателя. В связи с использованием неуправляемого выпрямителя электропривод в целом работает с высоким коэффициентом мощности и малыми искажениями напряжения в питающей сети переменного тока. Одновременно с этим применение ШИМ увеличивает потери энергии в инверторе из-за большой частоты переключения транзисторов.

Рис. 2.4. Диаграммы, поясняющие формирование

напряжения при ШИМ

Для электроприводов, работающих в интенсивных пуско-тормозных режимах, становится необходимым режим рекуперации энергии в сеть.      В этом случае для питания автономного инвертора применяется и используется управляемый выпрямитель-инвертор (см. рис. 2.5). Работу преобразователя частоты в двигательном режиме работы асинхронной машины обеспечивает диодный выпрямитель VD7–VD12. При переходе в режим рекуперации начинает работать инвертор напряжения, реализуемый         на VT7–VT12. При этом диоды VD1–VD6 (рис. 2.1) обеспечивают выпрямление ЭДС, вырабатываемой двигателем. В высоковольтных преобразователях частоты, силовая схема которых соответствует рис. 2.1, реализация ШИМ затрудняется из-за высоких требований, предъявленных к транзисторам и диодам. Одно из возможных решений проблемы заключается в переходе к многоуровневым преобразователям.

Силовая цепь многоуровневого ПЧ (рис. 2.6) состоит из специального сконструированного трансформатора T и включенных последовательно инверторных ячеек (однофазных преобразователей частоты) UZ1–UZN. Силовой трансформатор имеет количество комплектов вторичных обмоток, равное утроенному числу уровней выходного напряжения                    (на рис. 2.6 приведена схема трехуровневого преобразователя, N = 9).        К каждой вторичной обмотке трансформатора подключен однофазный инвертор напряжения. Кривая выходного напряжения преобразователя при амплитудно-импульсной модуляции показана на рис. 2.7.