2. Описание преобразователя частоты.
2.1. Функциональная схема преобразователя.
Любой преобразователь частоты состоит из силовой и управляющей частей, каналов связи с внешними управляющими устройствами и других дополнительных функциональных устройств (опций). В свою очередь силовая часть включает: неуправляемый выпрямитель, звено постоянного тока (конденсатор), тормозной прерыватель ТП и инвертор, к выходу которого подключены обмотки статора двигателя.
Рис.2.1. Функциональная схема преобразователя частоты с U/f - управлением без датчика скорости.
Управляющая часть имеет в своем составе ШИМ-модулятор, блок управления тормозным прерывателем, блок управления двигателем, устройства задания, ограничения, защиты и др. В блоке управления двигателем – основном интеллектуальном блоке преобразователя, выполненном на базе микропроцессора, заложены математические модели двигателя и алгоритмы управления для всех режимов работы привода.
Силовая часть, а так же ШИМ-модулятор и блок управления тормозным прерывателем независимо от способа управления у всех современных преобразователей частоты выполняют одинаковые функции и имеют идентичное исполнение. Поэтому эту часть преобразователя рассмотрим только на примере системы U/f - управления, а для других систем ограничимся ознакомлением с блоком управления двигателем.
Сетевой выпрямитель представляет собой неуправляемую трехфазную мостовую схему. Его задачей является преобразование переменного напряжения сети в постоянное
(выпрямленное) напряжение, сглаживаемое конденсатором промежуточного звена постоянного тока. Отличительная особенность таких преобразователей состоит в том, что их входной ток меньше выходного, т.к. напряжение на выходе выпрямителя больше, чем на обмотках статора двигателя. Современные трехфазные преобразователи уже не оснащаются большими конденсаторами. Благодаря этому снижаются токи при включении, оптимизируется обратное влияние на сеть и уменьшаются габариты преобразователя.
Недостаток, связанный с уменьшением емкости конденсатора, заключается в более слабой защите от колебаний напряжения сети и более быстром отключении при кратковременных просадках сетевого напряжения.
Инвертор представляет собой трехплечевой мост, каждое плечо которого имеет по два транзистора и два диода. Он преобразует постоянное напряжение промежуточного звена в трехфазное импульсное выходное напряжение. Среднее значение выходного напряжения определяется скважностью (относительной длительностью) импульсов, которая задается ШИМ-модулятором. Для работы асинхронного двигателя средние значения фазных напряжений должны изменяться по синусоидальному закону, что выполняется системой управления ШИМ-модулятора. Для формирования импульсов управляющего напряжения для транзисторов инвертора такими, чтобы в каждом плече инвертора создавалось синусоидальное напряжение, используется синусоидальное опорное напряжение, которое сравнивается с вспомогательным напряжением пилообразной формы, как это показано на рисунке.
Рис.2.2. Формирование импульсов управляющего напряжения для вентилей инвертора.
Сравнение осуществляется цифровым способом. В точках пересечения кривых пилообразного и синусоидальных опорных напряжений транзисторы инвертора включаются или отключаются. Если пилообразное напряжение больше синусоидального, выходной импульс отрицателен (-Uz/2), а если меньше – положителен (+Uz/2). Таким образом, в каждом плече моста открыт либо верхний, либо нижний транзистор. В зависимости от коммутационного состояния отдельных плеч моста к обмоткам подключается либо положительный, либо отрицательный полюс звена постоянного тока. Трехфазное напряжение получается в результате наложения напряжений отдельных плеч. Различные опорные сигналы синусоидальной формы хранятся в табличной памяти (EEPROM), они считываются и обрабатываются микроконтроллером в зависимости от задания. Изменением задания можно менять частоту и амплитуду синусоидального напряжения.
В момент запирания транзисторов в обмотках двигателя возникает значительная по величине ЭДС самоиндукции, противоположной по отношению к Uz полярности, что может привести к пробою транзисторов, поэтому параллельно каждому транзистору включены защитные диоды. Без этих диодов транзисторы были бы повреждены. Благодаря этой же ЭДС токи двигателя продолжают течь в прежнем направлении и при запертом транзисторе, но только уже через защитные диоды.
Инвертор выполнен на базе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT =Isolated Gate Bipolar Transistor). В этих полупроводниковых элементах сочетаются две транзисторные технологии. IGBT-транзистор представляет собой комбинацию из биполярного и полевого транзисторов. При их разработке решалась задача использовать преимущества и исключить недостатки обеих технологий. IGBT-транзистор управляется через высокоомный затвор (МОП - технология), как полевой транзистор. То есть, схемы управления такими транзисторами – очень маломощные. Переход „коллектор-эмиттер“ выполнен по биполярной технологии. За счет этого в полностью открытом состоянии он имеет очень низкое сопротивление. Меньшие потери при пропускании тока в прямом направлении обеспечивают снижение потерь мощности в транзисторе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
