Безпосередні перетворювачі частоти
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут енергетики та систем керування
Перетворювачі частоти
Конспект лекції
до самостійного вивчення теми з дисципліни ”Промислова електроніка та перетворювальна техніка” для студентів всіх форм навчання базового напряму 6.050701 “Електротехніка та електротехнології”
| Затверджено на засіданні кафедри “Електропостачання промислових підприємств, міст та сільського господарства”. Протокол № від ” ” 2010 р. |
Львів – 2010
Перетворювачі частоти. Конспект лекції до самостійного вивчення теми з дисципліни ”Промислова електроніка та перетворювальна техніка” для студентів всіх форм навчання базового напряму 6.050701 “Електротехніка та електротехнології”/ Укл. А.А. Маліновський, В.Г. Федишин. – Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2010-22с.
Укладачі: А.А. Маліновський, докт. техн. наук, професор
В.Г.Федишин, канд. техн. наук, доц.
Відповідальний за випуск Маліновський А.А., докт. техн. наук, професор
Рецензенти : Гоголюк П.Ф., канд. техн. наук, доц.
Турковський В.Г., канд. техн. наук, доц.
Вступ
Сучасний частотно регульований електропривод складається з асинхронного або синхронного електричного двигуна й перетворювача частоти. Електричний двигун отримує живлення від перетворювача частоти, який являє собою електронний статичний пристрій. На виході перетворювача формується електрична напруга зі змінними амплітудою й частотою.
|
|
|
Назва "частотно регульований електропривод" обумовлена тим, що регулювання швидкості обертання двигуна здійснюється зміною частоти напруги живлення, що подається на двигун від перетворювача частоти.
Протягом останніх 10-15 років у світі спостерігається широке й успішне впровадження частотно регульованого електропривода для вирішення різних технологічних завдань в багатьох галузях економіки. Це пояснюється в першу чергу розробленням і створенням перетворювачів частоти на принципово новій елементній базі, головним чином на біполярних транзисторах ІGBT(див. додаток) з ізольованим затвором.
В асинхронному електричному двигуні швидкість обертання ротора n2 в усталеному режимі відрізняється від швидкості обертання магнітного поля n1 на величину ковзання. Швидкість обертання магнітного поля n1 визначає частота напруги живлення. Живлення обмотки статора електричного двигуна трифазною напругою із частотою f створює обертове магнітне поле, швидкість якого визначається за відомою формулою
|
|
|
1 = 2 
f / p,
де p – число пар полюсів статора.
Перехід від швидкості обертання поля 
1, вимірюваної в радіанах, до частоти обертання n1 в обертах за хвилину, здійснюється наступною формулою
n1 = 60 1 / 2 ,
де 60 – коефіцієнт перерахування розмірності.
Підставивши в це рівняння швидкість обертання магнітного поля 1, отримаємо
n1 = 60 f / p.
Таким чином, швидкість обертання ротора асинхронного двигуна залежить від частоти напруги живлення. На цій залежності й заснований метод частотного регулювання. Змінюючи за допомогою перетворювача частоту f напруги живлення двигуна, ми регулюємо швидкість обертання ротора.
Отже, перетворювач частоти - це пристрій, призначений для перетворення змінного струму (напруги) однієї частоти в змінний струм (напругу) іншої частоти.
Вихідна частота в сучасних перетворювачах може змінюватися в широкому діапазоні й бути як вищою, так і нижчою від частоти мережі живлення.
Перетворювачі частоти, застосовувані в регульованому електроприводі, залежно від структури й принципу роботи силової частини поділяють на два класи:
1. Перетворювачі частоти з явно вираженою проміжною ланкою постійного струму.
|
|
|
2. Перетворювачі частоти з безпосереднім зв'язком (без проміжної ланки постійного струму).
Кожен з класів перетворювачів має свої переваги й недоліки, які визначають область раціонального застосування кожного з них. Історично першими були створені перетворювачі частоти з безпосереднім зв'язком.
Безпосередні перетворювачі частоти
Безпосередні перетворювачі частоти слугують для перетворення енергії змінного струму частоти f1 в енергію змінного струму іншої (як правило нижчої) частоти f2.
Рис. 1. Схема двокомплектного безпосереднього перетворювача частоти
В цих перетворювачах крива вихідної напруги формується з фрагментів напруг мережі завдяки здійсненню за допомогою тиристорів безпосереднього зв’язку ланки навантаження з мережею змінного струму. Часова діаграма кривої вихідної напруги перетворювача наведена на рис. 2.
Крива вихідної напруги формується під час почергового (1, 2, 3, 4, …) вступу тиристорів перетворювача в роботу, але з циклічною зміною в часі їх кутів відкривання. Як результат крива вихідної напруги складається із фрагментів міжфазних напруг вторинних обмоток трансформатора з основною гармонійною складовою uн(1), яка за формою близька до синусоїди. Якщо б навантаження було чисто активним, то змінна напруга на ньому створювалася б за почергової роботи обох тиристорних комплектів тільки в режимі випрямлення. Під час формування додатньої півхвилі напруги працює перший тиристорний комплект з кутом керування a1 , що змінюється від 90° до 0 і надалі знову зростає до 90°, а під час формування від’ємної півхвилі напруги працює в режимі випрямлення другий тиристорний комплект з кутом керування a1І, який змінюється в тих же межах. В будь-який проміжок часу робота перетворювача на чисто активне навантаження відбувається з споживанням енергії із мережі змінного струму з частотою f1 через тиристорні комплекти 1або 2.
|
|
|
Рис. 2. Часова діаграма вихідної напруги uн(1) та струму ін безпосереднього перетворювача частоти
За активно-індуктивного навантаження існують проміжки часу, впродовж яких струм iн та напруга uн(1) навантаження знаходяться у протифазі (наприклад, ділянки 0 - w2t1, p - w2t2 …). На вказаних проміжках часу відповідний тиристорний комплект працює в режимі інвертування. Наприклад, на проміжку w2t1 - p тиристорний комплект 1працює в режимі випрямлення, а після досягнення точки p він переводиться в режим інвертування, який триває до w2t2. На проміжку від точки w2t2 до 2p другий тиристорний комплект працює в режимі випрямлення. Інвертувальний режим роботи другого тиристорного комплекту відповідає проміжку 0 - w2t1.
З рис. 2 видно, що частота вихідної напруги не може бути рівною або вищою від частоти мережі живлення. Вона знаходиться в діапазоні від 0 до 30 Гц. Як наслідок - малий діапазон керування швидкості обертання двигуна (не більше 1:10). Це обмеження не дозволяє застосовувати такі перетворювачі в сучасних частотно регульованих приводах із широким діапазоном регулювання технологічних параметрів.
Використання одноопераційних тиристорів вимагає відносно складних систем керування, які збільшують вартість перетворювача. Перехід тиристорних груп перетворювача з режиму випрямлення в режим інвертування та навпаки створює чималі труднощі в організації узгодженого суміщеного чи узгодженого розмежованого керування тиристорами цих груп.
"Різана" синусоїда на виході перетворювача є джерелом вищих гармонік, які викликають додаткові втрати в електричному двигуні, перегрів електричної машини, зниження моменту, дуже сильні завади в мережі живлення. Застосування пристроїв, які усувають ці недоліки, призводить до підвищення вартості, маси, габаритів, зниженню ККД системи в цілому.
Поряд з названими недоліками перетворювачів з безпосереднім зв'язком, вони мають певні переваги, а саме:
- практично найвищий ККД щодо інших перетворювачів (98,5% і вище);
- здатність працювати з високими напругами й великими струмами робить можливим їхнє використання в потужних високовольтних приводах;
- відносна дешевизна, незважаючи на збільшення абсолютної вартості за рахунок схем керування й додаткового устаткування.
Схеми перетворювачів з безпосереднім зв’язком використаються в старих приводах, а їх нові конструкції практично не розробляються. На зміну їм успішно впроваджені перетворювачі частоти на основі автономних інверторів з ланкою постійного струму.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 438; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!