Рекуперативные преобразователи частоты со звеном постоянного тока для трехфазных асинхронных двигателей, страница 4

4 и к нагрузке прикладывается напряжение -0,5U_d. В системе управления должна существовать кратковременная задержка между размыканием одного ключа и замыканием другого для восстановления запирающих свойств транзистора, выходящего из работы. Обычно эта задержка предусматривается в драйвере ключа.

Если управляющий сигнал представляет собой синусоиду, то напряжение на выходе инвертора напряжения будет представлять собой гармоническую кривую, содержащую наряду с первой гармоникой, которая имеет частоту управляющего сигнала, ряд гармонических составляющих более высокого порядка. Таким образом, первая гармоника напряжения на выходе инвертора в определенном масштабе повторяет управляющий сигнал. Изменение его частоты приводит к изменению частоты на выходе инвертора. Изменение амплитуды управляющего сигнала при неизменной частоте будет приводить к изменению соотношения длительностей положительных и отрицательных импульсов напряжения на выходе, т.е. изменению амплитуды его первой гармоники.

Рисунок 7 - Принцип широтно-импульсной модуляции на примере однофазного инвертора

На рисунке 7 показаны сигнал управления u_у, опорное напряжение u_оп, диаграмма состояния ключей и напряжение на нагрузке u_н. Для упрощения и наглядности построения принято, что частота опорного напряжения всего в 12 раз превышает частоту управляющего сигнала. На самом деле в современных инверторах частота опорного напряжения (частота ШИМ) составляет от единиц до десятков килогерц при номинальной частоте напряжения на выходе инвертора 50 Гц. При высокой частоте ШИМ и активно-индуктивной нагрузке, какой является обмотка статора, ток нагрузки оказывается практически синусоидальным.

Произведем расчет электромагнитных процессов согласно заданию:

Линейное напряжение сети U1л	380 В
Частота напряжения сети f1	50 Гц
Число фаз сети	3
Число фаз АД	3
Мощность нагрузки Р2	374 кВт
Частота напряжения нагрузки f2	50 ÷ 5 Гц
Частота модуляции fоп	2 кГц

Действующее значение напряжения на выходе выпрямителя

,

 В.

Зададим сигналы управления и опорное напряжение

,

,

,

.                

Рисунок 8 - Сигналы управления и опорное напряжение при f₂ = 50 Гц

Эти напряжения сравниваются и на затворы транзисторов подаются соответствующие сигналы. Напряжение на нагрузке фазы А в схеме с нулевым проводом показано на рисунке 9. Соответствующие напряжения в других фазах имеют такой же вид, но сдвинуты на 120 градусов.

Рисунок 9 - Напряжение на нагрузке фазы А в схеме с нулевым проводом при f₂ = 50 Гц

Напряжения на нагрузке в мостовой схеме находим по формулам

,

,

.

Напряжение на нагрузке фазы А в мостовой схеме и его первая гармоника представлены на рисунке 10. Расчет произведен в программе Mathcad, формулы приведены в приложении А.

Рисунок 10 - Напряжение на нагрузке фазы А в мостовой схеме и его первая гармоника при f₂ = 50 Гц

Линейные напряжения находим по формулам

,

,

.

Линейное напряжение  показано на рисунке 11.

 

Рисунок 11 - Линейное напряжение  при f₂ = 50 Гц

Чтобы найти ток в фазах нагрузки, необходимо решить дифференциальное уравнение:

Найденные токи и первые гармоники напряжений соответствующих фаз изображены на рисунке 12. При этом угол между током и первой гармоникой напряжения соответствует углу, указанному в параметрах двигателя. На рисунке 13 изображены токи всех фаз. Расчет токов произведен в программе Mathcad оператором Odesolve, формулы приведены в приложении Б.

а)

б)

в)

Рисунок 12 – Ток и первая гармоника напряжения при f₂ = 50 Гц:

а - в фазе А; б - в фазе В; в - в фазе С

Рисунок 13 – Токи в фазах нагрузки при f₂ = 50 Гц