Автономные инверторы напряжения

Если от преобразователя частоты необходимо питать многодвигательный электропривод, то преобразователь должен быть построен по схеме инвертора напряжения с отсекающими диодами и диодами реактивного тока (рис. 5.31).

Преобразователь переменного напряжения в постоянное на рис. 5.31 не показан. Выпрямленное напряжение фильтруется с помощью емкостного фильтра, выполненного на конденсаторе С0.

Отсекающие диоды VD1… VD6 отсекают конденсаторы С1… С6 от асинхронного двигателя М, что ограничивает работу конденсаторов кратковременным интервалом коммутации и обеспечивает сохранение зарядов на них до наступления следующей коммутации.

Рис. 5.31. Схема асинхронного электропривода с автономным инвертором напряжения.

Энергия, запасенная в индуктивностях нагрузки, снова возвращается в источник постоянного тока через диоды обратного хода VD7…VD12. Очередность работы вентилей: VS1-VS2; VDl — VD12; VS2-VS3; VDl 2 — VD9; VS3-VS4; VD9 — VDH; VS4 — VS5; VDXVDW.

В схеме возможно выключение любого рабочего тиристора в заданный момент времени независимо от состояния других тиристоров, что дает возможность регулировать действующее значение напряжения на нагрузке изменением длительности открытого состояния рабочего тиристора. Такое построение автономного инвертора позволяет использовать для получения постоянного напряжения неуправляемый выпрямитель. Принцип синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) показан на рис. 5.32.

Рис. 5.32. Принцип синусоидальной широтно-импульсной модуляции.

При ШИМ схема управления определяет моменты коммутации полупроводниковых приборов при равенстве опорного треугольного напряжения и управляющего синусоидального.

Для электроприводов небольшой мощности в последние годы в качестве ключей нашли применение силовые транзисторы тина IGBT и MOSFET. Асинхронный электропривод с автономным инвертором напряжения, выполненным на IGBT-транзисторах, приведен на рис. 5.33.

Рис. 5.33. Асинхронный электропривод с автономным инвертором напряжения, выполненным на IGBT-транзисторах.

Индуктивный характер нагрузки учитывается подключением параллельно транзисторным ключам VT1…VT6 диодов VD1…VD6, обеспечивающих непрерывность цепи протекания тока в обмотках статора при отключении их от источника питания и возврат запасенной электромагнитной энергии в конденсатор СО фильтра.

Так как IGBT-транзисторы могут переключаться при значительно больших частотах, чем тиристорные ключи, то и форма тока, протекающего через обмотки двигателя, становится значительно ближе к синусоидальной. Очевидно, что чем выше несущая частота ШИМ, тем меньше амплитуда колебаний тока в обмотках статора двигателя. На рис. 5.34 приведены осциллограммы токов статора асинхронного двигателя при низкой и высокой несущей частоте опорного напряжения ШИМ модулятора.

Рис. 5.34. Осциллограммы токов статора асинхронного двигателя при низкой (а) и высокой (б) несущей частоте опорного напряжения ШИМ модулятора.

Однако чрезмерное увеличение несущей частоты может привести к перегреву двигателя и ключей инвертора. Чем выше частота коммутации ключей, тем выше потери энергии в них.

В электроприводах, имеющих в цикле работы участки рекуперации энергии, запасенной во вращающихся частях электропривода, или высокую интенсивность тормозных режимов, для эффективного торможения приходится предусматривать специальный узел сброса энергии, состоящий из дополнительного ключа VT1 и резистора R1. Ключ VT1 открывается при превышении напряжения на емкости С0 сверх допустимого значения, вследствие чего обеспечивается «сброс» энергии в резистор R1, рассеивающий эту энергию.

В структурах электроприводов с автономными инверторами напряжения, охваченными отрицательной обратной связью по току, инвертор приобретает свойства источника тока.

В электроприводах с автономными инверторами напряжения возможен режим векторного управления, что позволяет использовать их для процессов с повышенными требованиями к динамике и пусковому моменту. Кроме того, эти преобразователи совместно с асинхронными двигателями во многих случаях позволяют заменить более дорогой электропривод постоянного тока.