Тиристорні перетворювачі частоти: призначення, типи, структурна схема.
Коротко про частотно-регульованому приводі
Введення
В
Сучасний частотно регульований електропривод складається з асинхронного або синхронного електричного двигуна та перетворювача частоти (див. рис.1.).
Електричний двигун перетворює електричну енергію в механічну енергію і приводить в рух виконавчий орган технологічного механізму.
Перетворювач частоти управляє електричним двигуном і являє собою електронний статичний пристрій. На виході перетворювача формується електрична напруга зі змінними амплітудою і частотою.
Назва В«частотно регульований електроприводВ» обумовлено тим, що регулювання швидкості обертання двигуна здійснюється зміною частоти напруги живлення, що подається на двигун від перетворювача частоти.
Упродовж останніх 10 -15 років у світі спостерігається широке і успішне впровадження частотно регульованого електроприводу для вирішення різних технологічних завдань в багато галузей економіки. Це пояснюється в першу чергу розробкою і створенням перетворювачів частоти на принципово новій елементній базі, головним чином на біполярних транзисторах з ізольованим затвором IGBT.
У цій статті коротко описані відомі сьогодні типи перетворювачів частоти, застосовувані в частотно регульованому електроприводі, реалізовані в них методи управління, їх особливості і характеристики.
При подальших міркуваннях будемо говорити про трифазному частотно регульованому електроприводі, так як він має найбільше промислове застосування.
Про методи управління
У синхронному електричному двигуні частота обертання ротора в сталому режимі дорівнює частоті обертання магнітного поля статора
У асинхронному електричному двигуні частота обертання ротора в сталому режимі відрізняється від частоти обертання на величину ковзання.
Частота обертання магнітного поля залежить від частоти напруги живлення. При харчуванні обмотки статора електричного двигуна трифазним напругою з частотою створюється обертове магнітне поле. Швидкість обертання цього поля визначається за відомою формулою
=,
де - число пар полюсів статора.
Перехід від швидкості обертання поля, вимірюваної в радіанах, до частоти обертання, вираженої в оборотах на хвилину, здійснюється за наступною формулою
=,
де 60 - коефіцієнт перерахунку розмірності.
Підставивши в це рівняння швидкість обертання поля, отримаємо, що
=.
Таким чином, частота обертання ротора синхронного та асинхронного двигунів залежить від частоти напруги живлення.
На цій залежності і заснований метод частотного регулювання.
Змінюючи за допомогою перетворювача частоту на вході двигуна, ми регулюємо частоту обертання ротора.
У найбільш поширеному частотно регульованому приводі на основі асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором застосовуються скалярний і векторний частотне управління.
При скалярному управлінні з певним законом змінюють амплітуду і частоту прикладеної до двигуна напруги. Зміна частоти живлячої напруги призводить до відхилення від розрахункових значень максимального і пускового моментів двигуна, к.к.д., коефіцієнта потужності. Тому для підтримки необхідних робочих характеристик двигуна необхідно зі зміною частоти одночасно відповідно змінювати і амплітуду напруги.
У існуючих перетворювачах частоти при скалярному управлінні найчастіше підтримується постійним відношення максимального моменту двигуна до моменту опору на валу. Тобто при зміні частоти амплітуда напруги змінюється таким чином, що відношення максимального моменту двигуна до поточного моменту навантаження залишається незмінним. Це відношення називається перевантажувальна здатність двигуна.
При сталості перевантажувальної здатності номінальні коефіцієнт потужності і к.к.д. двигуна на всьому діапазоні регулювання частоти обертання практично не змінюються.
Максимальний момент, що розвивається двигуном, визначається наступною залежністю
=,
де - постійний коефіцієнт.
Тому залежність напруги живлення від частоти визначається характером навантаження на валу електричного двигуна.
Для постійного моменту навантаження підтримується відношення U/f = const, і, по суті, забезпечується сталість максимального моменту двигуна. Характер залежності напруги живлення від частоти для випадку з постійним моментом навантаження зображений на рис. 2. Кут нахилу прямої на графіку залежить від величин моменту опору і максимального крутного моменту двигуна.
Разом з тим на малих частотах, починаючи з деякого значення частоти, максимальний момент двигуна починає падати. Для компенсації цього і для збільшення пускового моменту використовується підвищення рівня напруги живлення.
В ...
