Применение IGBT с более высокой частотой переключения в совокупности с микропроцессорной системой управления в преобразователях частоты снижает уровень высших гармоник, характерных для тиристорных преобразователей. Как следствие меньшие добавочные потери в обмотках и магнитопроводе электродвигателя, уменьшение нагрева электрической машины, снижение пульсаций момента и исключение так называемого «шагания» ротора в области малых частот. Снижаются потери в трансформаторах, конденсаторных батареях, увеличивается их срок службы и изоляции проводов, уменьшаются количество ложных срабатываний устройств защиты и погрешности индукционных измерительных приборов.
Преобразователи на транзисторах IGBT по сравнению с тиристорными преобразователями при одинаковой выходной мощности отличаются меньшими габаритами, массой, повышенной надежностью в силу модульного исполнения электронных ключей, лучшего теплоотвода с поверхности модуля и меньшего количества конструктивных элементов [3].
Транзисторные модули содержат два, четыре, шесть или семь транзисторов в одном корпусе. Каждая пара в таких модулях включена по схеме двухтактного усилителя и имеет диоды, шунтирующие коллектор и эмиттер при воздействии ЭДС самоиндукции. В состав модуля также входит узел, защищающий его и управляемое устройство от чрезмерных токов, перегрева и от выхода напряжения питания за пределы нормируемого диапазона. Выполненные по интегральной полупроводниковой или гибридной технологии, в едином технологическом процессе вместе с самими IGBT-транзисторами, такие элементы обладают более высокой надежностью, нежели IGBT-транзисторные модули и защитные цепи, сформированные на печатном узле из дискретных элементов [5].
В качестве нагрузки возьмем 17 асинхронных двигателей 5АИ 180 S2 с короткозамкнутым ротором с параметрами:
|
Номинальная мощность |
22 кВт |
|
Номинальное напряжение |
220/380 В |
|
Скольжение |
4 % |
|
Частота вращения (синхронная) |
3000 об/мин |
|
КПД |
90,5 % |
|
cos φ |
0,9 |
|
φ |
30 град |
Произведем расчет Т-образной схемы замещения двигателя (рисунок 5).
Рисунок 5 - Т-образная схема замещения двигателя
При номинальном режиме
,
А.
Результаты опыта короткого замыкания
Pk = 25 кВт, Ik = Iн, Uk = 55B.
,
Ом,
,
Ом,
,
Ом.
Ом,
Ом,
мГн.
Результаты опыта холостого хода
P0 = 12,5 кВт, I0 = 153 А, U0 = Uн.
,
Ом,
,
Ом,
,
Ом.
Ом,
Ом,
мГн.
Сопротивление фазы двигателя
Ом.
Ом,
Ом,
,
мГн.
По результатам расчетов выберем полумостовой IGBT-модуль MG800J2YS50A (2 транзистора) фирмы TOSHIBA с параметрами
|
Напряжение коллектор-эмиттер VCES, В |
600 |
|
Ток коллектора IC, А |
800 |
Для управления модулями возьмем трехфазный мостовой драйвер IR2133 с параметрами
|
Напряжение, В |
600 |
|
Время вкл/выкл, нс |
750/700 |
|
Время паузы, нс |
250 |
Рассмотрим принцип действия схемы при наличии нулевого провода, при этом трехфазная мостовая схема АИН превращается в три однофазные полумостовые независимые схемы. Поясним принцип ШИМ на примере однофазного инвертора напряжения в фазе А, получающего питание от источника постоянного напряжения, образованного выпрямителем и фильтром с двумя одинаковыми конденсаторами (рисунок 6).
Рисунок 6 – Структура однофазного инвертора с ШИМ
Активно-индуктивная нагрузка включена между средней точкой источника и точкой соединения электронных ключей 1 и 4, образованных IGBT-транзистором и диодом обратного тока. На вход системы управления подается синусоидальный сигнал управления uу и треугольное опорное напряжение uоп. Эти сигналы сравниваются компаратором: если uу > uоп, то на выходе компаратора напряжение +Um, иначе 0. Затем полученный сигнал подается на электронные ключи: на ключ 1 – непосредственно, на ключ 4 – через инвертор. Таким образом, если uу > uоп, то замыкается ключ 1 и к нагрузке прикладывается напряжение +0,5Ud, если uу < uоп, то замыкается ключ
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.