VD1- VD6 VD7- VD12, VT1- VT6

C

Рисунок 1.1

Рисунок 1.2.

Если при постоянной несущей частоте менять соотношение между D t ₁ и D t ₂ в соответствии с синусоидальным законом

,

то среднее значение напряжения на нагрузке также будет меняться по синусоидальному закону

,

где w_s – круговая частота модуляции;

m - коэффициент глубины модуляции, показывающий в каких пределах изменяются длительности интервалов D t ₁ и D t ₂ в течение периода частоты модуляции.

При полной модуляции (m=1) D t ₁ и D t ₂ изменяются от 0 до t и амплитуда среднего значения напряжения на нагрузке равна U _И/2.

Таким образом, меняя значения параметров m и f _s, можно осуществлять независимое регулирование напряжения и частоты тока в нагрузке при постоянной несущей частоте и неизменном питающем напряжении.

Следующим шагом в улучшении формы выходного напряжения АИН, а следовательно, и условий электромагнитной совместимости с асинхронными двигателями, является выполнение их многоуровневыми (см. рисунок 1.3). Высоковольтные преобразователи частоты (ВПЧ) с такими АИН в различных модификациях выпускают Siemens, Toshiba, Mitsubishi Electric.

Благодаря практически синусоидальной форме выходного напряжения (осциллограммы на рисунке 1.4), такие ВПЧ совмещаются со стандартными общепромышленными асинхронными двигателями без установки специальных фильтров на выходе, что позволяет использовать двигатели практически без разгрузки.

Рисунок 1.3

Рисунок 1.4

Если инвертор получает питание от источника с большим внутренним сопротивлением – источника тока, например, сетевого выпрямителя с индуктивным фильтром (ток в индуктивности фильтра не может изменяться скачком), то при переключении «ключей» на выходе инвертора может быть сформирован переменный ток в виде последовательности разнополярных прямоугольных импульсов тока. Первая гармоника такой последовательности должна соответствовать требуемому значению выходного тока. В этом случае для нагрузки инвертор является источником с большим внутренним сопротивлением, т. е. источником тока. Такой инвертор называется автономным инвертором тока (АИТ).

Если нагрузкой АИТ является машина переменного тока, то изменение момента на ее валу приводит к существенному изменению напряжения на ее выводах. Поэтому в практических системах электропривода с АИТ используются различные обратные связи, направленные на стабилизацию напряжения на двигателе или на регулирование его по заданному закону с целью обеспечения необходимого магнитного потока машины, предусматриваются устройства для отвода части энергии, накопленной в индуктивности нагрузки. На рисунке 1.5 приведена типичная схема преобразователя частоты на основе АИТ с ШИМ на запираемых SGCT-тиристорах.Применение ШИМ позволило получить близкие к синусоидальной форме инвертируемых тока и напряжения, поскольку конденсаторный фильтр на выходе инвертора, поглощая высокочастотные гармоники, обеспечивает формирование в двигателе квазисинусоидальных тока и напряжения. Осциллограмма на рисунке 1.6 иллюстрирует формы тока и напряжения на выходе АИТ преобразователя Power Flex 7000 при работе на асинхронный двигатель мощностью 1250 кВт напряжением 6000 В. Одним из важнейших критериев при оценке эффективности автономных инверторов является обеспечение их электромагнитной совместимости со стандартными асинхронными двигателями. Являясь источником высших гармоник, они оказывают влияние как на потери в двигателе и его допустимую нагрузку, так и на изоляцию статора. Это обстоятельство является особенно важным, и его нужно учитывать при выборе типа инвертора и соответственно ПЧ для стандартных высоковольтных асинхронных двигателей, имеющих ограниченные запасы по изоляционной прочности. Электрические воздействия выходного напряжения инвертора на изоляцию статора зависят от топологии АИН и АИТ и алгоритмов управления. Радикальное решение, наиболее эффективно обеспечивающее электромагнитную совместимость инвертора и электродвигателя практически без разгрузки последнего, – применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ) при управлении инвертором. ШИМ позволяет сформировать квазисинусоидальный ток в асинхронном двигателе с cуммарными нелинейными искажениями 6%.

Рисунок 1.5

Рисунок 1.6

Вопросы:

1) В каких пределах может изменяться коэффициент глубины модуляции и почему?

2) В каких случаях в электроприводе предпочтительно применение инвертора тока?

3) В каких случаях в электроприводе предпочтительно применение инвертора напряжения?