Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Вимоги до тягових автономних інверторів та їх класифікація






Розглянемо вимоги, які висуваються до автономних інверторів асинхронним двигуном як основним видом навантаження. Ці вимоги випливають з принципу дії асинхронного двигуна. Як відомо, цей принцип оснований на створенні обертового магнітного поля обмотками статора, яке тягне за собою ротор. Частота обертання поля пропорційна частоті підведеної напруги. Тому, щоб регулювати швидкість двигуна, потрібно перш за все регулювати частоту вихідної напруги інвертора в широких межах, практично від нуля до номінальної, яка може дорівнювати промис-ловій частоті 50 Гц або бути значно вищою (до 150–200 Гц). Останнє дозволяє знизити розміри двигуна.

По-друге, одночасно з регулюванням частоти потрібно змінювати вихідну напругу інвертора. У першому наближенні величини U і f повинні бути пропорційними

. (4.1)

 

Рисунок 4.1 – Залежність напруги на асинхронному двигуні від її частоти: 1 – теоретична; 2 – практична
Дійсно, якщо зберігати при регулюванні постійний магнітний потік, а це доцільно, щоб підтримувати високий обертовий момент на валу, то протиЕРС, яка створюється цим потоком в обмотках статора, згідно з законом електромагнітної індукції, пропорційна частоті. Тому потрібно при збільшенні частоти збільшувати і підведену напругу. З урахуванням падіння напруги в активному опорі статорної обмотки закон регулювання напруги дещо відрізняється від того, що подається рівнянням (4.1). Добавлення DU до основної складової напруги, яка показана на рис. 4.1 пунктиром, дозволяє компенсувати падіння напруги в активному опорі.

а   б     в   г Рисунок 4.2 – Еквівалентні схеми асинхронного двигуна: а – повна; б – спрощена; в, г – струм і ЕРС у спрощеній схемі  
Асинхронний двигун як навантаження заміщується його еквівалентною схемою, яка наведена на рис. 4.2, а. Параметри R і LS враховують активний опір та індуктивність розсіювання статорної обмотки, параметр L – струм, що намагнічує, параметр LS Р – приведену індуктивність розсіювання роторної обмотки і параметр RР/S – приведений активний опір роторної обмотки. Окрім квадрата співвідношення витків статорної і роторної обмоток, коефіцієнт приведення активного опору містить також сковзання S як відносну різницю між частотами обертання магнітного поля і ротора. Якщо ротор стоїть, швид-кість зміни магнітного потоку в ньому та ж сама, що й в статорі, і тому його активний опір приводиться до статорного боку аналогічно тому, як це має місце в трансформаторі. Якщо ж ротор починає рухатися, то це приводить до зниження індукованої ЕРС і струму ротора, оскільки магнітне поле в контурах роторної обмотки змінюється з різницевою швидкістю. Зниження струму рівнозначно підвищенню опору, що й враховує коефіцієнт S.



Часто спрощують еквівалентну схему, нехтуючи впливом активного опору статорної обмотки та індуктивності L намагнічувальної гілки схеми і враховуючи вплив активного опору роторної обмотки лише на частоті основної гармоніки струму. Дійсно, частоту обертання ротора визначає основна гармоніка, яка має найбільшу амплітуду. Тому сковзання S на частоті цієї гармоніки мале і активний опір RР/S великий. Магнітні поля вищих гармонік обертаються значно швидше і відносно них ротор майже стоїть, що означає S » 1 і малий вплив активного опору роторної обмотки. Таким чином, можна замінити параметр RР/S на протиЕРС – е, яка збігається за фазою зі струмом (рис. 4.2, в), але відрізняється від нього тим, що вона майже синусоїдальна (рис. 4.2, б - г).

Спрощена еквівалентна схема (рис. 4.2, б) дозволяє зробити висновок, що асинхронний двигун створює несприятливі умови для автономного інвертора як імпульсного джерела живлення. Якщо інвертор працює як джерело імпульсного струму, то індуктивність LS С створює перенапруги на фронтах імпульсів, через те що індукована ЕРС LS С(diв/dt) пропорційна швидкості зміни струму. Якщо ж інвертор видає імпульсну напругу, то струми низькочастотних вищих гармонік будуть досить великими, оскільки на частотах цих гармонік немає протиЕРС, а індуктивний опір wLS С не дуже великий у зв’язку з малістю індуктивності розсіювання.

Ще одна негативна властивість асинхронного двигуна як навантаження полягає в його схильності до збудження низькочастотних автоколивань в системі живлення з резонансними властивостями. Спрощено ця схильність може бути пояснена таким чином.



Рисунок 4.3 – Механізм збудження автоколивань у джерелі живлення, обумовлених постійністю потужності на валу асинхронного двигуна
Якщо змінюється діюче значення напруги, що підведена до статорної обмотки, то частота обертання ротора на робочій ділянці механічної характеристики змінюється мало і може бути прийнята постійною. Отже, зберігається постійною потужність на валу та потужність, яка споживається від джерела живлення. Тому при зниженні напруги зростає струм та навпаки. Якщо в системі виникли низькочастотні коливання, то діючі значення напруги та струму двигуна будуть змінюватися в протифазі, як це показано на рис. 4.3. Для низькочастотної складової напруги та струму, що показана на рис. 4.3 штриховкою, це відповідає негативній провідності, яка створює ефект розгойдування коливань. Дія дви-гуна в системі живлення нагадує при цьому дію людини, яка знаходиться в гойдалках та розгойдує їх. Для цього при русі гойдалок уверх людина підіймається, розвантажуючи гойдалки, а коли вони рухаються униз, навпаки, опускається, навантажуючи гойдалки.

Вказані негативні фактори у поєднанні з необхідністю регулювання як напруги, так і частоти довгий час стримували впровадження електро-приводів з асинхронними двигунами, і тільки прогрес у створенні швидкодіючих напівпровідникових приладів зробив можливим широке впровадження таких приводів.

Автономні інвертори, як і перетворювачі других класів, мають структурну схему рис. 1.1. Силовий перетворювальний блок тягового інвертора містить, як правило, тільки комутатор.

Автономні інвертори, як і випрямлячі, класифікують, насамперед, залежно від частотних властивостей вхідного кола, яке містить джерело живлення та вхідний фільтр. Частотні властивості визначають відносно входу комутатора. Автономні інвертори, які мають великий опір вхідного кола на високих частотах, а тому добре згладжений та незмінний за напрямком вхідний струм, називають інверторами струму. Комутатор формує з цього згладженого вхідного струму імпульсний струм на виході. Інвертори напруги мають протилежні (дуальні) властивості. У них добре згладжена та незмінна за напрямком вхідна напруга, з якої формується імпульсна напруга на виході комутатора.

З дуальної основної ознаки, яка відрізняє автономні інвертори струму і напруги, випливає протилежність також і інших схемних ознак. В інверторі струму комутатор треба будувати з двоквадрантних ключів змінної напруги. Дійсно, оскільки вхідний струм не змінює свого напрямку, то не змінює напрямку і струм кожного з напівпровідникових ключів. Вихідне коло завжди містить реактивні елементи, які при роботі на змінному струмі накопичують реактивну енергію в одну частину періоду та повертають її в другу. Тому миттєва потужність вихідного і вхідного кіл змінює протягом періоду знак, що на вході можливо тільки за рахунок зміни знака вхідної напруги. Ця знакозмінна напруга прикладається до розімкнутих ключів комутатора. Для інвертора напруги усі ці міркування дуальні, тому в його комутаторі потрібні двоквадрантні ключі знакозмінного струму. При цьому зміна знака струму відбувається при поверненні реактивної енергії.

Із незмінності напрямку вхідного струму випливає також, що в тяговому інверторі струму при переході від тяги до гальмування повинна змінювати знак вхідна напруга. В тяговому інверторі напруги, навпаки, змінює знак вхідний струм.


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2020 год. (0.011 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал