или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57
* - обязательные поля
Наиболее широко распространенная схема частотного преобразователя – двухзвенный инвертор напряжения. Устройство состоит из выпрямителя, емкостного звена постоянного тока, инвертора на транзисторных ключах.
Назначение конденсатора в схеме:
Рассмотрим методику выбора емкости конденсатора для звена постоянного тока преобразователей частоты.
Напряжение в звене постоянного тока состоит из низко- и высокочастотной составляющей. Количество пульсаций низкой частоты на одном периоде напряжения сети определяется выражением:
; где n — число фаз на входе выпрямителя, k – коэффициент равный 1 — для однополупериодного или 2 – для двухполупериодного выпрямителя.
Частота низкочастотной составляющей рассчитывается по формуле ; где fc частота напряжения сети.
Частота высокочастотной составляющей зависит от количества переключений электронных ключей за единицу времени, алгоритма управления транзисторными модулями, индуктивности нагрузки.
Таким образом, амплитуда и частота пульсаций в звене постоянного тока, складывающихся из низко- и высокочастотной составляющей зависят:
При отсутствии частых пусков, торможений, реверсов электропривода с частотным преобразователем емкость конденсатора в звене постоянного тока выбирают по методике уменьшения низкочастотной составлявшей.
При отсутствии емкостного элемента напряжение в звене постоянного тока будет пульсировать в диапазоне от минимального значения до величины напряжения сети, в зависимости от характеристик диодов и типа выпрямителя.
При установке конденсатора в цепи пульсации снижаются. Таким образом, когда значение напряжения на емкостном элементе выше величины выпрямленного, идет разряд в выходную цепь. Снижение осуществляется по закону:
Где переменные определяются по графику, представленному ниже:
Во время, когда значения напряжения на конденсаторе и после выпрямителя равны, конденсатор заряжается. Угол заряда емкостного элемента определяется как:
При этом пульсации рассчитывают по формуле
, где Umax – максимальный уровень пульсаций, при емкости равной 0, считается как:
Величину емкости конденсатора для уменьшения пульсаций низкой частоты рассчитывают исходя из выражения:
Таким образом определяют емкость для снижения пульсаций низкой частоты в звене постоянного тока. Ее величина оказывается довольно значительной, что увеличивает размеры и массу преобразователя частоты. На практике для уменьшения пульсаций чаще применяют многопульсные схемы выпрямителей.
Электрические двигатели обладают значительной индуктивностью и относятся к реактивной нагрузке. При подключении преобразователя частоты в звене постоянного тока возникают импульсные высокочастотные перенапряжения, их значение достигает значительных величин, особенно при частом торможении и реверсировании двигателей. Для исключения пробоя силовых транзисторов, емкость конденсатора рассчитывают по следующей методике.
Высокочастотные перенапряжения возникают при зарядке емкостного элемента со стороны нагрузки во время протекания тока через диоды, включенные обратно. Величину емкости рассчитывают, исходя из значения тока на выходе, типа нагрузки и алгоритма управления открытия и закрытия ключей:
, где Iн – ток выходной цепи преобразователя, – время протекания тока через обратные диоды выпрямителя, – величина пульсаций на конденсаторе.
Для определения емкости конденсатора преобразователя с функциями динамического торможения была предложена методика определения емкости звена постоянного тока по энергии магнитного потока.
Для этого применяют «Г»-образную схему замещения двигателя.
r 1 и r 2 – резистивное сопротивление ротора и статора соответственно, rm, xm – активное и индуктивное сопротивление цепи намагничивания, х 1 и х2 – комплексное сопротивление неподвижной и вращающейся части электрической машины. S – скольжение двигателя.
Энергия для создания магнитного потока считается по формуле: ; где I-ток холостого хода, m – количество фаз, Lm – индуктивность.
Ток холостого хода определяют по напряжению и величинам сопротивлений, согласно схеме замещения по выражению: , его величину принимают постоянной.
При закрытых верхних диодах, емкостной элемент заряжается по цепи инвертора и нижних электронных вентилей. Разряд осуществляется в момент открытия транзисторных ключей при протекании тока через прямо включенные диоды. Величину энергии при разрядке конденсатора определяют, исходя из зависимости: где: 〖Udc мах〗^ –максимальная величина напряжение при разряде, Udc – напряжение во время разряда конденсатора, С – емкость.
Далее подставляют коэффициент пульсации напряжения Ku и найденные значения в формулу : и определяют емкость конденсатора.
Методику для расчета емкостного элемента в звене постоянного тока выбирают по режиму работы электродвигателя.
В преобразователях частоты для привода, работающего в нормальном режиме, используют метод снижения пульсаций низкой частоты. Для частотников двигателей с режимами торможения рассеиванием избыточного тока применяют способ уменьшения составляющей высокой частоты. Для ПЧ электроприводов со значительно ограниченным временем торможения, замедлением в генератором режиме применяют методику с «Г»-образной схемой замещения.
