Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Ревнев Станислав Сергеевич

Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты
<
Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Ревнев Станислав Сергеевич. Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты : Дис. ... канд. техн. наук : 05.09.03 : Воронеж, 2003 143 c. РГБ ОД, 61:04-5/1077

Содержание к диссертации

Введение

1. Современные системы частотного электропривода. Цель и задачи исследования

1.1. Современные системы частотного электропривода 8

1.2. Преобразователи частоты в электроприводе переменного тока 17

1.3. Цель и задачи исследования 27

2. Анализ среднечастотных процессов в звене постоянного напряжения преобразователей частоты

2.1. Автономный инвертор напряжения как нагрузка звена постоянного напряжения 29

2.2. Математическое описание работы звена постоянного напряжения 34

2.3. Разработка машинной модели для решения уравнений, описывающих процессы в звене постоянного напряжения 38

2.4. Анализ результатов моделирования процессов, протекающих в звене постоянного напряжения 44

2.5. Сравнительный анализ работы звена постоянного напряжения при различных вариантах нагрузки 53

2.6. Выводы 70

3. Преобразователь частоты как потребитель электрической энергии

3.1. Общие положения 71

3.2. Коэффициент мощности преобразователей 74

3.3. Дополнительные критерии оценки влияния преобразователей на питающую сеть 79

3.4 Выводы 98

4. Рациональные варианты построения частотного электропривода

4.1. Общие положения 100

4.2. Анализ электроприводов с резистивным торможением 104

4.3. Анализ электроприводов с конденсаторным торможением 125

4.4. Выводы 133

Заключение 137

Список литературы 138

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Преимущества бесконтактных электродвигателей переменного тока в сочетании с возможностями современной силовой преобразовательной техники и микропроцессорных вычислительных средств определяют безусловную перспективность частотного электропривода, который все более интенсивно вытесняет регулируемые приводы постоянного тока. В промышленно развитых странах налажен выпуск высококачественных, компактных и надежных частотных электроприводов, находящих применение в различных устройствах, начиная от бытовой техники и заканчивая прецизионным оборудованием.

Для широкого класса механизмов необходимы электроприводы малой мощности (до 10 кВт). Бесконтактные варианты таких приводов реализуются с использованием как асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, так и синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов.

Несмотря на существенные достижения в области создания регулируемого электропривода переменного тока, требуется дальнейшее развитие методов проектирования систем частотного электропривода, определение рациональных областей применения тех или иных схемных решений, оценка влияния преобразовательных устройств, входящих в состав электропривода, на питающую сеть. На определенных этапах развития частотного привода его широкому распространению препятствовало множество проблем в области как создания преобразователей частоты, так и разработки систем управления. Возможности современных микропроцессорных устройств позволяют создавать приемлемые по многим показателям системы управления даже при реализации достаточно сложных алгоритмов. В области исследования

4 и регулирования силовой преобразовательной части привода ряд существенных проблем сохраняется и в настоящее время.

В частотных приводах в основном используются статические преобразователи двух видов - преобразователи с непосредственной связью и преобразователи с промежуточным звеном постоянного напряжения. В силу целого ряда обстоятельств преобразователи частоты с непосредственной связью (ПЧНС) более приемлемы в диапазоне средних и больших мощностей, для приводов малой мощности наиболее перспективными являются преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения (ПЧ ЗПН).

Среди многообразия ПЧ ЗПН наибольшее распространение получили преобразователи, выполненные по схеме «неуправляемый выпрямитель - автономный инвертор напряжения» (НВ - АМН). В настоящее время освоено производство полностью управляемых вентилей (МДП, -IGBT, -биполярных транзисторов) с высокими уровнями коммутируемых напряжений, что позволяет в системе НВ - АИН избавиться от согласующего трансформатора, расположенного между питающей сетью и выпрямителем. Тем самым существенно улучшаются массогабаритные и стоимостные показатели привода.

Бестрансформаторные схемы преобразователей имеют безусловно большие перспективы в современном электроприводе.

Одна из проблем использования системы НВ - АИН связана с обеспечением тормозных режимов работы привода. В данных преобразователях используются два основных способа отбора энергии от привода, работающего в тормозном режиме: рассеивание энергии на специальном резисторе, подключаемом к выходу выпрямителя на время торможения (резистивное торможение); накопление энергии в конденсаторе фильтра (конденсаторное торможение).

Уточнение методики определения влияния преобразователей на питающую сеть;

Определение основных соотношений, характеризующих систему НВ - АИН при различных сочетаниях выпрямителей и инверторов;

Выработка рекомендаций по использованию тех или иных вариантов системы "неуправляемый выпрямитель - автономный инвертор напряжения".

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Разработана методика анализа процессов в преобразовательном устройстве частотно-регулируемого электропривода. Особенностью методики является представление нагрузки звена постоянного напряжения в виде источника с заданной потребляемой мощностью.

Разработана методика оценки влияния преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения на питающую сеть.

На основе разработанных методик выполнен сравнительный анализ различных вариантов преобразователей частоты, определены их рациональные схемы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Использование машинной модели, разработанной на основе методики анализа среднечастотных процессов в звене постоянного напряжения системы "неуправляемый выпрямитель - автономный инвертор напряжения" упрощает анализ и проектирование частотно-регулируемого электропривода, а также позволяет учитывать влияние преобразователя частоты на питающую сеть.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе в дисциплинах электротехнического направления кафедры «Робототехнические системы» ВГТУ.

7 АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты работы обсуждались на научных конференциях: % «Автоматизация и роботизация технологических процессов», «Вычислительные машины, автоматика и робототехника», «Компьютерные технологии в промышленности и связи» (Воронеж, 2000, 2001, 2002, 2003); на научных семинарах кафедры «Робототехнические системы» ВГТУ.

ПУБЛИКАЦИИ Основные положения диссертации опубликованы в 10 статьях и материалах докладов конференций.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 61 наименования; изложена на 143 страницах, включая 88 рисунков и 18 таблиц.

Преобразователи частоты в электроприводе переменного тока

Среди многообразия вариантов преобразователей частоты можно выделить две основные группы, нашедшие применение в электроприводе. Это преобразователи частоты с непосредственной связью (ПЧ НС) и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения (ПЧ ЗПН).

Известны различные варианты ПЧ НС /10/. В электроприводе в основном используются непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией (ПЧ НС ЕК), которые фактически реализуются как совокупность реверсивных тиристорных выпрямителей.

Широкому применению ПЧ НС ЕК способствовал ряд их существенных достоинств, в частности использование в качестве управляемых вентилей тиристоров, имеющих высокие уровни допустимых напряжений и токов. Коммутация тиристоров питающей сетью сглаживает проблему перенапряжений в преобразователе частоты и способствует повышению его надежности. Важным достоинством ПЧ НС является возможность двустороннего обмена энергией между сетью и нагрузкой, что обеспечивает как двигательный, так и генераторный режимы работы привода.

Перечисленные преимущества позволяли создавать относительно надежные ПЧ НС весьма большой мощности и привели к разработке и внедрению в производство различных вариантов тиристорных электроприводов переменного тока /5, 37/. Тиристорные ПЧ НС использовались не только в диапазоне больших мощностей /5, 37/, но и средних /48/, а в некоторых случаях и малых /41, 46/.

При всех достоинствах тиристорных ПЧ НС ЕК следует назвать и весьма существенные их недостатки, такие, например, как негативное влияние на питающую сеть, большое количество тиристоров. Один из основных недостатков обусловлен низкой частотой коммутаций тиристоров, что сильно ограничивает быстродействие и верхний диапазон выходных частот, а соответственно и диапазон регулирования скорости.

В настоящее время к преимущественным областям применения тиристорных ПЧ НС следует отнести диапазон больших мощностей. Вытеснение таких преобразователей из диапазона средних мощностей обусловлено появлением на рынке мощных полностью управляемых вентилей различных типов, таких, например, как МДП и IGBT - ключи.

Многие типы IGBT - ключей имеют допустимое напряжение 1200 В, коммутирующие токи достигают 600 А и выше /6/. В /40, 55/ также приводятся сведения о IGBT - ключах с напряжениями 1400 В и токами до 1200 А. Для конструирования статических преобразователей выпускаются различные коммутационные модули, содержащие 2, 4, 6 транзисторов, шунтированных диодами.

Полностью управляемые ключи используются для построения преобразователей с промежуточным звеном постоянного напряжения, имеющих более высокое быстродействие и верхний предел выходных частот, чем ГГЧ НС. Обобщенная схема преобразователя энергии с промежуточным звеном постоянного напряжения /20/ показана на рис. 1.6. Схема включает выпрямители Bl, В2 в общем случае со средней точкой, фильтры Ф1, Ф2, вентильный коммутатор ВК, нагрузку Н, и инвертор, ведомый сетью, ИВС. В состав блоков В1, ИВС могут входить согласующие трансформаторы. Вентильный коммутатор преобразует постоянное входное напряжение в напряжения нагрузки требуемой величины и частоты. Блок ИВС рекуперирует в сеть энергию, поступающую от нагрузки. В электроприводе используются различные частные варианты приведенной обобщенной схемы, отличающиеся типами выпрямителей, фильтров, вентильных коммутаторов, инверторов, ведомых сетью, числом фаз нагрузки, наличием или отсутствием ИВС и согласующих трансформаторов, типом используемых вентилей и т.д. Структура, содержащая ИВС, может быть названа системой "выпрямитель - вентильный коммутатор - инвертор, ведомый сетью", сокращенно системой В - ВК - ИВС. Достоинством системы В - ВК -ИВС является возможность двустороннего обмена энергией между сетью и нагрузкой. Известны различные варианты системы В - ВК - ИВС. В качестве выпрямительно-инверторного блока, объединяющего элементы В1, ИВС, Ф1 и Ф2 может, например, использоваться реверсивный тиристорный выпрямитель с LC -фильтром /43/. Один из комплектов тиристоров работает в выпрямительном режиме - в качестве блока В1. При переходе привода в генераторный режим необходимо сначала определить наличие данного режима, например, по увеличению напряжения на конденсаторе фильтра. Затем нужно отключить выпрямительный комплект тиристоров и включить инверторный комплект. Возможно применение диодного выпрямителя В1 в сочетании с транзисторным ИВС /1/. При этом для исключения аварийных токов, протекающих между выпрямителем и инвертором, обычно используют специальный силовой разделительный трансформатор.

Разработка машинной модели для решения уравнений, описывающих процессы в звене постоянного напряжения

Среди многообразия вариантов преобразователей частоты можно выделить две основные группы, нашедшие применение в электроприводе. Это преобразователи частоты с непосредственной связью (ПЧ НС) и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения (ПЧ ЗПН).

Известны различные варианты ПЧ НС /10/. В электроприводе в основном используются непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией (ПЧ НС ЕК), которые фактически реализуются как совокупность реверсивных тиристорных выпрямителей.

Широкому применению ПЧ НС ЕК способствовал ряд их существенных достоинств, в частности использование в качестве управляемых вентилей тиристоров, имеющих высокие уровни допустимых напряжений и токов. Коммутация тиристоров питающей сетью сглаживает проблему перенапряжений в преобразователе частоты и способствует повышению его надежности. Важным достоинством ПЧ НС является возможность двустороннего обмена энергией между сетью и нагрузкой, что обеспечивает как двигательный, так и генераторный режимы работы привода.

Перечисленные преимущества позволяли создавать относительно надежные ПЧ НС весьма большой мощности и привели к разработке и внедрению в производство различных вариантов тиристорных электроприводов переменного тока /5, 37/. Тиристорные ПЧ НС использовались не только в диапазоне больших мощностей /5, 37/, но и средних /48/, а в некоторых случаях и малых /41, 46/.

При всех достоинствах тиристорных ПЧ НС ЕК следует назвать и весьма существенные их недостатки, такие, например, как негативное влияние на питающую сеть, большое количество тиристоров. Один из основных недостатков обусловлен низкой частотой коммутаций тиристоров, что сильно ограничивает быстродействие и верхний диапазон выходных частот, а соответственно и диапазон регулирования скорости.

В настоящее время к преимущественным областям применения тиристорных ПЧ НС следует отнести диапазон больших мощностей. Вытеснение таких преобразователей из диапазона средних мощностей обусловлено появлением на рынке мощных полностью управляемых вентилей различных типов, таких, например, как МДП и IGBT - ключи.

Многие типы IGBT - ключей имеют допустимое напряжение 1200 В, коммутирующие токи достигают 600 А и выше /6/. В /40, 55/ также приводятся сведения о IGBT - ключах с напряжениями 1400 В и токами до 1200 А. Для конструирования статических преобразователей выпускаются различные коммутационные модули, содержащие 2, 4, 6 транзисторов, шунтированных диодами.

Полностью управляемые ключи используются для построения преобразователей с промежуточным звеном постоянного напряжения, имеющих более высокое быстродействие и верхний предел выходных частот, чем ГГЧ НС. Обобщенная схема преобразователя энергии с промежуточным звеном постоянного напряжения /20/ показана на рис. 1.6. Схема включает выпрямители Bl, В2 в общем случае со средней точкой, фильтры Ф1, Ф2, вентильный коммутатор ВК, нагрузку Н, и инвертор, ведомый сетью, ИВС. В состав блоков В1, ИВС могут входить согласующие трансформаторы. Вентильный коммутатор преобразует постоянное входное напряжение в напряжения нагрузки требуемой величины и частоты. Блок ИВС рекуперирует в сеть энергию, поступающую от нагрузки. В электроприводе используются различные частные варианты приведенной обобщенной схемы, отличающиеся типами выпрямителей, фильтров, вентильных коммутаторов, инверторов, ведомых сетью, числом фаз нагрузки, наличием или отсутствием ИВС и согласующих трансформаторов, типом используемых вентилей и т.д. Структура, содержащая ИВС, может быть названа системой "выпрямитель - вентильный коммутатор - инвертор, ведомый сетью", сокращенно системой В - ВК - ИВС. Достоинством системы В - ВК -ИВС является возможность двустороннего обмена энергией между сетью и нагрузкой. Известны различные варианты системы В - ВК - ИВС. В качестве выпрямительно-инверторного блока, объединяющего элементы В1, ИВС, Ф1 и Ф2 может, например, использоваться реверсивный тиристорный выпрямитель с LC -фильтром /43/. Один из комплектов тиристоров работает в выпрямительном режиме - в качестве блока В1. При переходе привода в генераторный режим необходимо сначала определить наличие данного режима, например, по увеличению напряжения на конденсаторе фильтра. Затем нужно отключить выпрямительный комплект тиристоров и включить инверторный комплект. Возможно применение диодного выпрямителя В1 в сочетании с транзисторным ИВС /1/. При этом для исключения аварийных токов, протекающих между выпрямителем и инвертором, обычно используют специальный силовой разделительный трансформатор. Наличие ИВС существенно усложняет преобразователь частоты, увеличивает его стоимость и ухудшает массогабаритные показатели из-за наличия силовых дросселей и трансформаторов.

Дополнительные критерии оценки влияния преобразователей на питающую сеть

Варианты схем преобразовательных устройств электропривода могут быть образованы в виде различных комбинаций схем выпрямителей, фильтров, блоков торможения, АИН и схем соединения обмоток двигателя.

Целесообразные схемы соединений обмоток двигателя во многом определяются уровнем выходных напряжений выпрямителя и номинальным напряжением двигателя. Определим рациональные варианты соединений при номинальных фазных напряжениях двигателя 220 В.

Обмотка двигателя, соединенная в звезду с нулевым проводом (Ml.2), подключается к выходу АИН2. Соединения М1.1 (звезда без нулевого провода) и М. 1.3 (треугольник) возможны при питании от АИН1.

Блок торможения БТ1 сочетаются с АИН1, а БТ2 - с АИН2. Для питания трехфазного мостового АИН1 возможно применение выпрямителей НВ1-НВЗ. С помощью выпрямителя НВ4 можно питать АИН2. При использовании фильтра Ф1.4 питание АИН2 осуществимо и от НВ1-НВЗ. Представим все возможные варианты системы НВ - АИН в табл. 4.1. Число возможных вариантов равно 16. Очевидно, что среди данных вариантов можно определить наиболее рациональные. Поиск таких вариантов целесообразно осуществлять с учетом уровней среднего значения напряжения на конденсаторе фильтра, которые в определенной степени зависят от уровня пульсаций выпрямленного напряжения. Допустимый уровень пульсаций выпрямленного напряжения U% определяется целым рядом факторов, среди которых можно в частности выделить следующие: 1. увеличение значения уровня пульсаций выпрямленного напряжения приводит к уменьшению среднего значения напряжения питания АИН; 2. уменьшение величины U% приводит к увеличению амплитудных и действующих значений токов, протекающих в вентилях и в питающей сети, что соответственно уменьшает значение коэффициента мощности км; 3. увеличение значения уровня пульсаций U% вызывает увеличение потерь в конденсаторах фильтра. В соответствии с этим в табл. 4.1 приведены средние значения выпрямленного напряжения и соответствующие им фазные значения напряжений обмотки двигателя, при различных уровнях пульсаций выпрямленного напряжения, составляющих 10% / 5% / 0%. Для формирования номинальных напряжений двигателя входное напряжение APffll не должно быть меньше амплитуды линейных напряжений трехфазной обмотки двигателя. При соединении М1.1 амплитуда линейных напряжений равна 537 В, а при соединении М1.3 -311В. Для трехфазного нулевого АИН необходимо соединение обмоток Ml.2. В этом случае номинальные напряжения двигателя могут быть сформированы, если входное напряжение каждого плеча АИН2 не менее 311В. С учетом средних значений напряжения питания АИН и фазного напряжения двигателя количество вариантов ПЧ сократилось до четырех: НВ1-Ф1.3-БТ1-АИН1-М1.1, НВ4-Ф1.2-БТ2-АИН2-М1.2, НВ2-Ф1.1--БТ1-АИН1-М1.3,НВЗ-Ф1.1-БТ1-АИН1-М1.3. С помощью разработанной методики проведем сравнение четырех рациональных вариантов ПЧ при заданном размахе пульсаций U% - 10% и заданном значении мощности нагрузки Рн=1 кВт по нижеследующим показателям: - требуемой величине емкости конденсаторного фильтра С на 1 кВт мощности нагрузки; - среднему значению выпрямленного напряжения Uc; - коэффициенту мощности км; - коэффициенту потерь кп; - амплитудным /ewax, средним 1вср и действующим 1в$ значениям тока, протекающего в вентиле выпрямителя, из расчета на 1 кВт мощности нагрузки. используется фильтр Ф1.3, состоящий из последовательно соединенных конденсаторов С1 и С2. Для получения суммарной емкости С равной 55 мкФ необходимо, чтобы емкость каждого из конденсаторов С1 и С2 составляла 110 мкФ. Во втором варианте ПЧ, приведенном в табл. 4.2, используется фильтр Ф1.2, также состоящий из последовательно соединенных конденсаторов С1 и С2. Однако, в данной схеме фильтра реализована средняя точка, поэтому установленная емкость каждого из конденсаторов С1 и С2 составляет 264 мкФ. Анализируя работу первого варианта ПЧ, собранного по схеме НВ1-Ф1.3-БТ1-АИН1-М1.1, можно прийти к выводу, что данный ПЧ может обеспечить работу электропривода даже при отсутствии сглаживающего фильтра, т.е. схема ПЧ примет вид: НВ1-БТ1-АИН1-М1.1. При этом значение размаха пульсаций выпрямленного напряжения не превышает 13%.

Анализ электроприводов с резистивным торможением

Среди множества возможных вариантов ПЧ в качестве рациональных определены 4 варианта: НВ1-Ф1.3-БТ1-АИН1-М1.1; НВ4-Ф1.2-БТ2-АИН2-М1.2; НВ2-Ф1.1-БТ1-АИН1-М1.3; НВЗ--Ф1.1-БТ1-АИН1-М1.3;

Наилучшие показатели, среди вышеперечисленных вариантов, имеет схема с трехфазным мостовым выпрямителем, трехфазным мостовым АИН и обмоткой двигателя, соединенной в звезду. Данная схема позволяет обеспечить наименьший процент пульсаций выпрямленного напряжения U% и наименьшие потери в питающей сети, по сравнению с другими вариантами системы НВ - АИН.

Параметры системы НВ4-Ф1.2-БТ2-АИН2-М1.2, содержащей трехфазный нулевой со средней точкой выпрямитель и трехфазный нулевой АИН, в целом одинаковы с параметрами системы НВ1-Ф1.3-БТ1-АИН 1-М 1.1. Недостатками применения варианта НВ4-Ф1.2-БТ2-АИН2-М1.2 являются более высокий уровень пульсаций выпрямленного напряжения 11%, увеличение значения емкости и количества конденсаторов в фильтре, а также протекание тока в нулевом проводе. Систему НВЗ-Ф1.1-БТ1-АИН1-М1.3, включающую трехфазный нулевой выпрямитель и трехфазный мостовой АИН, применять нецелесообразно, поскольку ряд показателей, таких как амплитудные, средние и действующие значения тока вентилей выпрямителя, величина емкости конденсаторного фильтра С и коэффициент мощности км, значительно хуже по сравнению с показателями предыдущих вариантов ПЧ. В некоторых ПЧ предусматривается возможность питания как от трехфазного так и однофазного напряжения. В схемах таких ПЧ при питании от однофазного напряжения целесообразно использовать однофазную мостовую схему выпрямления, а обмотки двигателя соединять в треугольник. Использование одинакового значения емкости конденсаторного фильтра при питании ПЧ от однофазного и трехфазного напряжения приводит, в последнем случае, к понижению коэффициента мощности к м, т.е. к увеличению потерь в питающей сети. Для повышения коэффициента мощности ПЧ целесообразно использование переключаемого конденсаторного фильтра, состоящего из трех конденсаторов или блоков конденсаторов. При однофазном питании необходимо представить фильтр параллельным соединением трех конденсаторов, а при трехфазном - последовательным соединением двух из них. При использовании, в рассматриваемых вариантах ПЧ переключаемого фильтра, состоящего из трех конденсаторов, наилучшие параметры обнаружила система НВ - АИН, включающая в себя НВ1(НВ2)-Ф1.3(Ф1.1)-БТ1-АИН1-М1.1(М1.3). При трехфазном питании данный вариант ПЧ обеспечивает наименьшие потери в питающей сети и наименьший размах пульсаций выпрямленного напряжения. 4.3. Анализ электроприводов с конденсаторным торможением При частотном управлении высокодинамичными электроприводами с высокой частотой режимов «разгон - торможение», в момент уменьшения частоты вращения приводной двигатель может переходить в тормозной режим. Для таких электроприводов целесообразно применение конденсаторного способа торможения, т.е. аккумулирование энергии, выделяемой приводным двигателем, в звене постоянного напряжения. В отличие от резистивного торможения, когда значение емкости конденсаторного фильтра С рассчитывалось из условия обеспечения заданного размаха пульсаций выпрямленного напряжения 17%, при конденсаторном торможении значение емкости фильтра нужно определять с учетом величины энергии, выделяемой электродвигателем. В общем виде количество энергии, которое может быть аккумулировано звеном постоянного напряжения при работе привода в тормозном режиме можно вычислить по формуле: где и$оп - максимально допустимое напряжение ЗПН; U раб максимальное напряжение ЗПН при работе привода в двигательном режиме; С - емкость конденсаторного фильтра. Значение максимально допустимого напряжения ЗПН определяется схемой конденсаторного фильтра и соответственно значениями номинальных рабочих напряжений конденсаторов. При конструировании силовых фильтров электроприводов широко применяются электролитические конденсаторы с номинальными напряжениями 350, 400 и 450 В. В соответствии с данными значениями напряжений конденсаторов, при использовании в составе ПЧ схем фильтров Ф1.1 и Ф1.2 максимально допустимое напряжение ЗПН не должно превышать значений 350, 400, 450 В, а при использовании схем фильтров Ф1.3 и Ф1.4 это значение увеличивается в два раза - 700, 800 и 900 В. Однако, с учетом допусков напряжения питающей сети +10% -15%, амплитуда выпрямленного напряжения на выходах трехфазной нулевой и трехфазной нулевой со средней точкой выпрямителей может достигать значения 342 В, поэтому для обеспечения запаса надежности привода конденсаторы с номинальным напряжением 350 В не используются в схемах фильтров Ф1.1 и Ф1.2.

Величину энергии, выделяемой приводом при тормозном режиме работы, можно определить, исходя из кинематической схемы механизма, конструктивных параметров, а также масс и моментов инерции составляющих его частей или звеньев. Ярким примером высокодинамичного привода является электропривод, применяемый в станках. Нагрузка такого привода, как правило, характеризуется невысоким моментом инерции, приведенным к валу двигателя, т.е. кинетическая энергия механической части определяется, в основном, кинетической энергией ротора двигателя.

Похожие диссертации на Частотный электропривод малой мощности с бестрансформаторными преобразователями частоты