Непосредственные преобразователи частоты. Устройство и режимы работы

Классическая схема непосредственного преобразователя частоты НПЧ будет представлять собой три обычных тиристорных реверсивных преобразователя постоянного тока, которые управляются тремя гармоническими сигналами (синусоидами), сдвинутые на угол 2π/3 по выходной частоте. Поэтому, подбирая непосредственный преобразователь частоты НПЧ или проектируя его необходимо учитывать свойства тиристорных преобразователей, коммутируемых сетью, которые более подробно исследованы в электроприводах постоянного тока.

При использовании системы импульсно-фазового управления СИФУ тиристорным реверсивным преобразователем с опорной синусоидой данный преобразователь можно рассматривать как пропорциональный усилитель сигнала входного напряжения. При совместно управлении комплектами непосредственного преобразователя частоты его можно представить как источник напряжения с регулируемой частотой и амплитудой. В НПЧ с совместным управлением свойственны такие недостатки как присутствие уравнительных реакторов и токов, значительное увеличения потерь в этих реакторах при увеличении выходной частоты непосредственного преобразователя частоты, неполное использование преобразователя по напряжению из-за необходимости ограничения угла открывания тиристоров в режиме выпрямления.

Указанные недостатки отсутствуют у непосредственных преобразователей частоты с раздельным управлением вентильными группами, но они имеют другие недостатки, которые обуславливаются не идеальностью тиристорного преобразователя как усилителя входного сигнала. Они связаны с дискретностью процессов, происходящих в вентильной схеме, а также вентильными свойствами, которые вместе с дискретностью приводят к изменению динамических характеристик устройства  в режимах непрерывного и прерывистого тока, неполной управляемости вентилей.

В электроприводах постоянного тока эти свойства проявляются в системах, где требуется обеспечить предельное быстродействие. В НПЧ эти же динамические свойства проявляются  в установившемся режиме при непрерывной обработке гармонического сигнала управления (синусоиды). Ниже показана схема соединения НПЧ по трехфазной нулевой схеме с двигателем, представленным в виде источников ЭДС с включенными последовательно индуктивностями X1/:

схема соединения НПЧ по трехфазной нулевой схеме

Рассмотрим как будет изменятся выходное напряжение НПЧ при подаче на вход СИФУ с опорной синусоидой трех гармонических сигналов. При большом соотношении частот питания НПЧ и управления на выходе получим напряжение, полностью воспроизводящее сигнал управления (задающую синусоиду). Но, при изменении соотношения частот 1:5 получить данную идентичность невозможно из-за дискретности процессов. Для того, что бы обеспечить идентичность в работе вентильных групп и задающего сигнала необходимо выполнить следующее соотношение:

обеспечить идентичность в работе вентильных групп и задающего сигнала необходимо выполнить следующее соотношение

Или:

обеспечить идентичность в работе вентильных групп и задающего сигнала необходимо выполнить следующее соотношение1

Где: m – количество фаз, f1, f2 – частота сети и частота на выходе непосредственного преобразователя частоты, k – натуральный ряд чисел.

В соотношениях частот f1 и f2 в выходном напряжении присутствуют основные гармоники, высшие и субгармоники. Но даже при соотношении f2 = f1/(2k+1) возможна несимметрия, которая связана с неполной управляемостью вентилей и дискретностью. Выход из работы вентильного комплекта будет осуществляться только при спадании до нуля тока нагрузки, при этом момент спадания может произойти или не произойти до поступления следующего управляющего импульса. В зависимости от этого переключение работающих комплектов будет весьма неоднозначным по отношению к задающему гармоническому сигналу и разброс при этом составит (120 f2/ f1)0. Как правило, возникающая несимметрия фиксируется самой вентильной схемой. Допустим, переключение в одной фазе затянулось. Это, в свою очередь, приведет к уменьшению тока, только что вступившего в работу вентильного комплекта и, соответственно, к его более быстрому спаду. Результатом станут разные амплитуды и длительности полупериода тока. В такой системе практически отсутствуют активные сопротивления, которые способствуют ликвидации такой несимметрии, из-за этого в нагрузочном токе возможна постоянная составляющая.

Таким образом, непосредственный преобразователь частоты создает несимметрию в выходном напряжении, которая довольно специфически проявляет себя при двигательной нагрузке. Поскольку вращающиеся электродвигатели переменного тока являются нелинейными устройствами, то в данном случае эта нелинейность будет проявляться  в различности параметров схемы замещения, таких как основные гармоники, высшие и субгармоники. Высшие и субгармоники по амплитуде намного меньше основной, и это приведет к тому, что любая несимметрия в напряжении будет довольно ощутимо влиять на ток, а работа НПЧ существенно зависит от тока.

Также высшие гармоники и субгармоники влияют на момент электродвигателя, что влияет на постоянство скорости. Колебания скорости приводит к изменениям ЭДС по амплитуде и фазе, что раскачивает систему электропривода.

На практике было доказано, что непосредственный преобразователь частоты с раздельным управлением неработоспособен при двигательной нагрузке как источник напряжения. Но, в то же время довольно просто реализуется режим работы НПЧ в качестве источника тока. Замыканием обратной связи системы по току обеспечивают непрерывное регулирование угла открывания тиристоров по сигналу ошибки тока, чем исключают выше перечисленные недостатки непосредственных преобразователей частоты связанные с несимметрией по току.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *