Задать вопрос

или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57

* - обязательные поля

Силовая электроника
+7 (495) 792-57-57

Расчет конденсатора для преобразователя частоты

Получить консультацию

Наиболее широко распространенная схема частотного преобразователя – двухзвенный инвертор напряжения. Устройство состоит из выпрямителя, емкостного звена постоянного тока, инвертора на транзисторных ключах.

Схема двухзвенного инвертора напряжения

Назначение конденсатора в схеме:

  • Сглаживание пульсаций, вызванных работой выпрямителя.
  • Устранение перенапряжений, вызванных коммутацией силовых ключей инвертора и работой на переменную нагрузку.

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:

  • От типа и параметров выпрямителя.
  • От количества коммутаций и алгоритма работы транзисторных блоков инвертора.
  • От нагрузки выходной цепи преобразователя частоты.
  • От характеристик конденсатора.

Выбор конденсатора для сглаживания низкочастотной составляющей пульсации

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:

Снижение пульсации при установке конденсатора

Где переменные определяются по графику, представленному ниже:

Переменные при снижении пульсации при установке конденсатора

Во время, когда значения напряжения на конденсаторе и после выпрямителя равны, конденсатор заряжается. Угол заряда емкостного элемента определяется как:

Угол заряда емкостного элемента, где Расчет пульсации по формуле

При этом пульсации рассчитывают по формуле

,  где Umax – максимальный уровень пульсаций, при емкости равной 0, считается как:

Расчет максимального уровня пульсаций, при емкости равной 0

Величину емкости конденсатора для уменьшения пульсаций низкой частоты рассчитывают исходя из выражения:

Величину емкости конденсатора для уменьшения пульсаций низкой частоты

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.

Расчет конденсатора для снижения высокочастотной составляющей

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:

Расчет величины емкости

, где Iн – ток выходной цепи преобразователя,  – время протекания тока через обратные диоды выпрямителя,  – величина пульсаций на конденсаторе.

Методика для выбора конденсатора преобразователя частоты по «Г» образной схеме замещения электродвигателя

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.

«Г»-образная схема 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.

Ток холостого хода

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.

Заключение

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.