Разработка и исследование моделей статических преобразователей частоты в ANSYS Simplorer

Двухуровневый автономный инвертор напряжения с резистивной нагрузкой

Для питания электрического привода (в нашем случае асинхронного двигателя) необходимо переменное трехфазное напряжение. Преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение может осуществляться с помощью инвертора, выполненного на транзисторных модулях IGBT или на приборах IGCT. Одним из наиболее простых и распространенных статических преобразователей этого типа является автономный инвертор напряжения (АИН).В нашем случае он удобен тем, что тяговый привод питается от сети постоянного напряжения. Модель трехфазного двухуровневого АИН на транзисторных модулях IGBT приведена на рис. 1. преобразователь сеть инвертор напряжение.

Питание инвертора осуществляется от источника постоянного напряжения. Трехфазный мостовой инвертор содержит шесть транзисторов, каждый из которых зашунтирован обратным диодом. Транзисторы подключены к положительному и отрицательному полюсам конденсатора, а также к фазам нагрузки. Трехфазная нагрузка представлена активными сопротивлениями R1, R2,R3.

В качестве параметров преобразователя возьмем реальные параметры тягового электропривода:

• · Источник питания E2 имеет напряжение 580 В.
• · Емкость С1 равна 1мкФ.
• · Сопротивления в нагрузке равны 1 Ом

При анализе данной схемы предполагается, что вентили (транзисторы и диоды) являются идеальными ключами. В открытом состоянии они замы-кают накоротко участки электрических цепей, в закрытом состоянии разрывают их. Другое допущение — каждые два транзистора, подключенные к одной фазе нагрузки, работают в противофазе, если один транзистор открыт, другой закрыт и наоборот. Отсутствуют ситуации, в которых оба транзистора одной фазы закрыты или оба открыты. В схеме Рис. 1 с помощью транзисторов и обратных диодов фазы нагрузки подключаются или к положительному или к отрицательному полюсу конденсатора или замыкаются накоротко. За счет изменения соотношения длительностей замыкания нагрузки накоротко и подключения ее к полюсам конденсатора изменяются напряжения на выходе инвертора. Преобразователь в этом случае работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Схема управления АИН и последовательность включения ключей представлена на рис. 2.

Схема управления содержит 6 переходных состояний транзисторов. В первом состоянии открыты 1, 3,5 транзисторы; во втором- 2,3,6; в третьем- 2,3,5; в четвертом- 2,4,5; в пятом- 1,4,5; в шестом- 1,4,6.

Для управления включениями ключей также необхоимы 2 сигнала: сигнал управления (синус) и опорный сигнал (пила). Идет сравнение сигнала управления с опорным сигналом. В моменты равенства опорного напряжения и напряжений управления осуществляются переключения транзисторов. Когда значение сигнала управления (синуса) находится выше нуля, то при равенстве значений сигналов транзистор находится во включенном состоянии. Если ниже, то в выключенном состоянии. Если увеличить частоту опорного сигнала, то транзисторы будет включаться и выключаться быстрее (изменится скважность выходного сигнала).

Данная схема работает в режиме синусоидальной ШИМ, поскольку напряжения управления синусоидальное и его амплитуда не превышает амплитуду опорного напряжения.

Параметры опорного сигнала:

• — амплитуда: 1
• — частота: 2кГц

Параметры сигнала управления:

• — амплитуда: 0.8
• — частота: 50 Гц

В результате моделирования АИН получим следующее выходное напряжение (Рис. 3).

Из данной выходной характеристики видно, что на выходе АИН получилось трехфазное переменное напряжение, которое и необхоимо было получить на выходе. Отсюда можно сделать вывод, что данная модель АИН работает адекватно и пригодна для дальнейшего анализа.

Однако выходное напряжени двухуровневого АИН является не точным, поэтому стоит также рассмотреть трехуровневый АИН, напряжение на выходе которого более точное.

Рис. 3 Фазное напряжение