Материал: Проектирование электропривода промышленных механизмов. Фролов Ю.М

защита. Срабатывание максимальной защиты вызывает не только отключение линейного контактора, но и снятие импульсов управления тиристорами. Конечная защита выполняется конечными выключателями SQ1 и SQ2. /4/.

8.2. Преобразователь частотыасинхронный двигатель

Для плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя широко применяется система преобразователь частотыасинхронный двигатель (ПЧ-АД). С начала 90- х годов двадцатого столетия ведущими зарубежными электротехническими фирмами, выпускающими преобразователи частоты (ПЧ) третьего поколения с диапазоном мощностей от 0,1 кВ.А до 8 мВ.А, являются ABB INDUSTRY OY (Финляндия), HITACHI, OMRON (Япония), SIEMENS, SEWEURODRIVE, SCHNEIDER (Гер-

мания), ТРИОЛ (Россия), ELEMECANIQUE (Франция) и др.

Выбор типа преобразователя зависит от типа привода и режима его работы, а также частоты и напряжения на входе и выходе преобразователя.

Существующие статические преобразователи частоты можно разделить на следующие основные группы:

-преобразователи с непосредственной связью;

-преобразователи с промежуточным звеном переменного тока;

-преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока. Ниже приводится их краткая характеристика.

Преобразователи частоты с непосредственной связью

позволяют получить выходное напряжение регулируемой частоты путем непосредственного преобразования напряжения частоты сети, при этом обеспечивается естественная коммутация тиристоров без применения специальных коммутирующих цепей. Преобразователи с непосредственной связью с устройствами на его входе, повышающими коэффициент мощности, целесообразно применять при частоте

питающей сети 50 Гц и выходной частоте до 25-12,5 Гц.

К достоинствам данного преобразователя можно отнести уже упоминавшуюся естественную коммутацию вентилей; однократное преобразование энергии и, следовательно, высокий КПД (0.97-0.98), возможность независимого регулирования амплитуды выходного напряжения; свободный обмен активной и реактивной энергии из сети к двигателю и обратно.

Недостатки преобразователей: однозонное и ограниченное регулирование выходной частоты в сторону уменьшения (от 0 до 50 % f

сети); сравнительно большое число силовых элементов и сложная схема управления ими; невысокий коэффициент мощности.

Подобные преобразователи используются в тех случаях, когда частота питающей сети намного выше частоты нагрузки, либо для тихоходных безредукторных двигателей.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты осуществляют двойное преобразование энергии. Вначале трехфазное напряжение сетевой частоты преобразуется в однофазное повышенной частоты, а потом напряжение повышенной частоты преобразуется в трехфазное регулируемой выходной частоты. В широкорегулируемых электроприводах данный способ применения не нашел.

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока также осуществляют двойное преобразование энергии. Переменное напряжение питающей сети выпрямляется и подается на автономный инвертор, преобразующий постоянное напряжение в переменное регулируемой частоты. Выходная частота преобразователя может регулироваться в широком диапазоне как вверх, так и вниз от частоты питающей сети. Это основное преимущество, наряду с простой схемы и сравнительно небольшим числом силовых элементов, сделали подобные преобразователи основной структурой при построении широкорегулируемых электроприводов переменного тока.

Вкачестве промежуточного звена постоянного тока применяют как управляемые, так и неуправляемые выпрямители. В первом случае управление частотой и напряжением по необходимому закону осуществляется раздельным воздействием на управляемый выпрямитель

иавтономный инвертор. Во втором случае, при использовании неуправляемого выпрямителя, применяются автономные инверторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), управление напряжением и частотой сводится к воздействию по раздельным каналам на автономный инвертор. Совмещение функции инвертирования и регулирования напряжения методом ШИМ возможно выполнить при построении инвертора на полностью управляемых тиристорах или силовых транзисторах.

Взависимости от схемы преобразователя частоты, в особенности от построения промежуточного контура постоянного тока, а также способа регулирования различают инверторы, управляемые напряжением или током.

Винверторах напряжения входное напряжение либо поддерживается постоянным с помощью конденсатора и соответствующего закона регулирования, либо изменяется в соответствии с заданием. Вследствие сглаживающего действия

б) силового трехфазного импульсного инвертора; в) системы управления.

В последнее время в связи с разработкой транзисторов, рассчитанных на напряжение до 1000 В и более и на ток в десятки и сотни ампер, стало возможным производство транзисторных преобразователей частоты. На рис. 8.2 показана принципиальная силовая схема преобразователя частоты на транзисторах с промежуточным звеном постоянного тока и с широтно-импульсным регулятором (ШИР) в общей цепи питания инвертора. Среднее значение напряжения на выходе инвертора пропорционально скважности включения силовых транзисторов (или тиристоров со специальной схемой гашения). Подобные схемы обеспечивают большой диапазон регулирования, уменьшают габариты фильтрующих устройств, позволяют получить высокий коэффициент мощности, однако, требуют установки силового элемента, рассчитанного на мощность, потребляемую инвертором.

Рис. 8.2. Принципиальная схема преобразователя частоты

Принципиальная схема преобразователя частоты (рис. 8.2) реализована в преобразователях частоты MASTER DRIVES фирмы

SIEMENS.

В качестве элементной базы для статических преобразователей частоты в настоящее время используются быстродействующие диоды и тиристоры, включая симметричные, главным образом таблеточной конструкции. Зарубежные и отечественные фирмы выпускают специальные модули, например типа тиристор-диод, который сочетает в себе тиристор и встречно-параллельно включенный диод: тиристоры с

комбинированным включением, запирание которых осуществляется как по силовой цепи, так и по цепи управления, что позволяет снизить время выключения в несколько раз. Наибольшую перспективу имеют мощные силовые транзисторы, полная управляемость и высокие частотные свойства которых отвечают всем требованиям преобразовательной техники. Разработаны транзисторы на токи 250 А и напряжения 1000 В.

Транзисторные преобразователи для регулируемых приводов малой и средней мощности являются более перспективными, чем тиристорные, в связи с постоянным удешевлением силовых транзисторов.

Использование новейших технологий, в частности силовых интегральных или интеллектуальных модулей на базе полевых и биполярных транзисторов с изолированным затвором, а также входящей в состав преобразователя микропроцессорной системы управления, контроля, защиты и диагностирования, позволило значительно улучшить массогабаритные, энергетические и эксплуатационные показатели, благодаря чему регулируемые асинхронные электроприводы на основе таких преобразователей заняли ведущие позиции в автоматизации производства.

В большей степени это относится к электроприводам (ЭП), где используется двухзвенный ПЧ с широтно-импуль-сной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения, выполненных на базе силовых IGBT транзисторов и микропроцессорной системы управления.

Остановимся на характеристиках преобразователей частоты, различных производителей.

Преобразователи Altivar компании Schneider (Германия), выпускаемые в разных модификациях на мощность двигателя от 0,18 до 630 кВт. К числу качеств, обеспечивающих высокие техникоэкономические показатели преобразователей Altivar, могут быть отнесены:

-высокая надежность, что обеспечивается использованием специальных микросхем фирмы Telemecanique;

-малые габариты преобразователя, что достигается наряду с использованием интегральных модулей и IGBT транзисторов применением высокоэффективного охлаждения при малогабаритных радиаторах и удачной конструкцией изделия;

-отличные статические и динамические характеристики, делающие привод на базе Altivar конкурентоспособным с приводом постоянного тока и являющиеся результатом использования новых алгоритмов векторного управления потоком;