Методические указания по выбору и применению асинхронного частотно-регулируемого электропривода мощностью до 500 квт врд 39 10-052-2001 (стр. 4 из 13)
Начальные статические моменты по данным [5] составляют:
- для вентиляторов, дымососов и центробежных насосов от 0,05 до 0,36 номинального момента сопротивления;
- для поршневых компрессоров от 0,13 до 0,36 номинального момента сопротивления;
- для турбокомпрессоров 0,13 номинального момента сопротивления.
Момент сопротивления центробежных насосов в зависимости от величины статического давления (высоты подачи или противодавления) изменяется пропорционально частоте вращения во второй или более высокой степени.
В газовой промышленности обычно применяются механизмы, у которых момент сопротивления на вале электропривода пропорционален квадрату частоты его вращения. Примером таких механизмов являются центробежные насосы и вентиляторы.
4.1 Настройка преобразователя частоты под характеристику нагрузочного момента
Минимальная частота, при которой напряжение двигателя достигает максимальной величины, называется базовой частотой.
Рис. 4 Зависимость напряжения двигателя от базовой частоты
Максимальная частота - это наибольшая возможная частота (50, 60, 120 или 400 Гц), которая может быть на выходе преобразователя частоты.
Оптимальная характеристика отношения напряжения к частоте (U/f) может быть выбрана в соответствии с характеристикой момента нагрузки [2].
Нагрузочная характеристика механизма с постоянным моментом сопротивления
Такую нагрузочную характеристику имеют различные транспортеры, шнеки, каландры, т.е. при изменении частоты вращения двигателя величина момента сопротивления механизма остается постоянной, равной номинальному значению.
Нагрузочная характеристика механизма с изменяющимся моментом сопротивления
Нагрузочная характеристика механизма с изменяющимся моментом сопротивления характерна для центробежных вентиляторов и насосов. Изменение момента сопротивления механизма пропорционально квадрату частоты вращения вала двигателя.
 |  |
| а) | б) |
Рис. 5 Зависимость напряжения от частоты на выходе преобразователя при разном характере нагрузки
а) - нагрузка с постоянным моментом сопротивления;
б) - нагрузка с изменяемым моментом сопротивления.
Кривые ускорения и замедления двигателя
Время, за которое достигается максимальная частота вращения двигателя при управлении двигателем по закону соотношения U/f, называется временем ускорения. Время от максимальной частоты вращения до остановки двигателя называется временем замедления.
Ускорение и замедление может осуществляться как по линейной зависимости, так и по S и U-образным кривым в зависимости от характера нагрузки.
Рис. 6 Типы ускорений и замедлений двигателя
L - линейное, S - образное и U - образное ускорение и замедление
5 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ.
КЛАССИФИКАЦИЯ, ОТЛИЧИЯ, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
Преобразователь частоты - силовой электронный прибор, который преобразует энергию переменного тока фиксированного напряжения и частоты в энергию с переменным напряжением и частотой [4].
Различают преобразователи частоты: с промежуточным звеном постоянного тока, с непосредственной связью питающей сети и цепи нагрузки (циклоконверторы), с промежуточным звеном переменного тока (циклоинверторы) [6]. На рис. 7 представлена схема классификации преобразователей частоты.
Для управления скоростью асинхронного короткозамкнутого электродвигателя широкое распространение получили преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Переменное напряжение питающей сети выпрямляется с помощью управляемого выпрямителя, фильтруется и подается на инвертор. Функции регулирования частоты выходного напряжения осуществляет инвертор, а напряжения - выпрямитель. Иногда обе функции осуществляет инвертор, а выпрямитель выполняется неуправляемым. Преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока позволяют регулировать выходную частоту с помощью системы управления инвертора в широком диапазоне как вверх, так и вниз от частоты питающей сети.
| ПЧ | |||||||||
| ПЧ циклоконверторы | ПЧ циклоинверторы | ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока | |||||||
| ПЧ ИТ | ПЧ ИН | ||||||||
| ПЧ АИМ | ПЧ ШИМ | ||||||||
Рис. 7 Классификация преобразователей частоты
| ПЧ | - преобразователь частоты; |
| ПЧ ИТ | - преобразователь частоты источник тока; |
| ПЧ ИН | - преобразователь частоты источник напряжения; |
| ПЧ АИМ | - преобразователь частоты с амплитудно-импульсной модуляцией; |
| ПЧ ШИМ | - преобразователь частоты с широтно-импульсной модуляцией |
Недостатком преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока является двойное преобразование энергии, что приводит к уменьшению КПД. Однако такой тип преобразователя частоты и схема управления им проще, чем преобразователя с непосредственной связью.
Преобразователь частоты Источник Тока (ПЧ ИТ) - имеет промежуточное звено постоянного тока, выход которого представляет собой управляемые импульсы тока, переменной частоты, которые подаются на различные фазы трехфазной системы. Этот преобразователь имеет большой импеданс и работает, как источник тока для двигателя [2].
Преобразователь частоты Источник Напряжения (ПЧ ИН) - имеет промежуточное звено постоянного напряжения, на выходе которого пульсирующее напряжение или последовательность импульсов напряжения.
В таблице 5.1 сравниваются два типа преобразователей частоты: преобразователь частоты источник напряжения и преобразователь частоты источник тока.
Таблица 5.1
| ИН Источник напряжения | ИТ Источник тока | |
| Схема |  |  |
| Выходной импеданс | Маленький (источник напряжения) | Большой (источник тока) |
| Регенерация энергии | Требуется дополнительная цепь | Дополнительная цепь не требуется |
| Сглаживающий элемент | Конденсатор | Реактор |
Преобразователь частоты источник напряжения в свою очередь подразделяется на два типа. Первый - ПЧ АИМ с амплитудной импульсной модуляцией (АИМ) и второй - ПЧ ШИМ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Амплитудная импульсная модуляция - это метод управления, при котором изменение амплитуды импульса напряжения (высоты импульса) на входе выпрямителя синхронно приводит к изменению частоты на выходе из инвертора.
Объяснение этого принципа представлено на рис. 8.
Рис. 8 Амплитудная импульсная модуляция
Выходная форма напряжения - прямоугольная, содержащая большое количество гармоник низких степеней, включая 5-ю и 7-ю гармоники, что приводит к пульсации момента двигателя [2].
Широтно-импульсная модуляция - это метод управления, при котором амплитуда напряжения (высота импульса) остается постоянной на выходе выпрямителя, а на выходе инвертора ширина импульсов напряжения и их количество на полупериод регулируется.
Элементная база
Как ранее упоминалось, преобразователь частоты есть силовой электронный прибор, основными компонентами которого являются современные силовые полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, ОТО - тиристоры и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT. Эти элементы используются в схемах выпрямления и инвертирования преобразователя частоты.
Применение того или иного силового полупроводника обусловлено схемным решением, параметрами прибора, мощностью электропривода, ограничением массо-габаритных показателей преобразователя частоты, требованиями электромагнитной совместимости и стоимостью. Анализ мировых тенденций развития частотно-регулируемого электропривода показывает, что за последние несколько лет ведущие мировые фирмы в области разработки силовых полупроводниковых приборов, например Сименс, Хитачи, АББ, Дженерал Электрик увеличивают номенклатуру выпускаемых модулей на базе IGBT транзисторов для различных преобразователей частоты.
Расширение области применения IGBT транзисторов обусловлено: