Рекуперирующий двухзвенный преобразователь частоты на основе инвертора тока

Таким образом, осуществляется работа электрического привода с векторным управлением. Рисунок 5.5 – Результаты моделирования схемы электропривода с векторным управлением6 Автономный инвертор токаСхема трехфазного мостового АИТ на запираемых по цепи управления ключах с односторонней проводимостью (рисунок 6.1) содержит выходной емкостной фильтр высших гармоник. Независимо от используемого алгоритма АИТ формирует на выходе ток iИ импульсной формы, который является суммой токов конденсатора iС и нагрузки iН (iИ=iС+iН). В работе [6] рассмотрен принцип формирования напряжения с использованием трех релейных регуляторов напряжения (РРН), обеспечивающий высокое качество выходного напряжения АИТ при минимальном количестве переключений ключей схемы.Рисунок 6.1 – Структура силовых цепей АИТПри этом РРН формируют сигналы управления ключами в плече АИТ Р и N, обеспечивающих протекание в выходной фазе АИТ импульсов тока положительной и отрицательной полярности. Распределение импульсов осуществляется в соответствии с тактом работы схемы. Такты (6 за период) определяются 1-й гармоникой тока iИ, которая отстает от напряжения на угол β. Необходимость определения β - недостаток данного решения.Емкость создает необходимые условия для переключения тока в вен тилях, в качестве которых используются однооперационный тиристор (ООТ), а в последнее время двухоперационный тиристор (ДОТ) и IGBT. Наиболее распространенными схемами однофазных вентиль ных коммутаторов являются нулевая (со средней точкой трансформа тора) и мостовая.На рисунке 6.2 а,б приведены схемы нулевой и мостовой однофазных АИТ [9], к выводам переменного тока которых (а–в) может быть под ключена одна из возможных схем соединения нагрузки и емкостей, представленных на рисунке 6.3. Рисунок 6.2 – Схемы однофазных АИТ: а — нулевая; б — мостоваяАИТ классифицируются (и имеют название) по виду цепи переменного тока (ЦПРТ). В случае, когда ЦПРТ соответствует изображенной на рисунке 6.3, а, АИТ является параллельным с активной нагрузкой. При ЦПРТ, изображенной на рисунке 6.3 б,— АИТ последовательный с активной нагрузкой, а при ЦПРТ, изображенной на рисунке 6.3, в,— последовательный с активно-индуктивной нагрузкой. Если ЦПРТ построен согласно рисунка 6.3, г, АИТ является последовательно-параллельнымРисунок 6.3 – Нагрузочные схемы АИТНа рисунке 6.3, д–и представлены ЦПРТ, включающие в себя параллельный контур, образованный активно-индуктивной нагрузкой R–L и параллельной емкостью С. Инверторы с ЦПРТ согласно рисунка 6.3, д–е являются соответственно параллельными ипоследовательно-параллельными с нагрузкой, имеющей вид колебательного контура. При нагрузочном контуре, построенном по схеме рисунка 6.3, ж, инвертор является параллельно-последовательным, или АИТ с конденсаторным умножением напряжения нагрузки. ЦПРТ, изображенная на рисунке 6.3, и, представляет наиболее общую схему, содержащую все другие схемы рисунка 6.3, а–ж. Классификация АИТ по видам ЦПРТ довольно условна и недостаточно полна. На практике ЦПРТ могут иметь еще более сложную схему, а в зависимости от сочетания параметров нагрузки и индуктивности фильтрового дросселя, могут существенно отличаться его режимы работы.На рисунке 6.4 представлена схема трёхфазного преобразователя с инвертором тока. Рисунок 6.4 - Схема преобразователя с инвертором токаОсобенности преобразователя следующие (рисунок 6.4):- управляемый, ведомый сетью выпрямитель, подключенный к питающей сети;- большой реактор в звене постоянного тока для сглаживания тока;- управляемый автономный инвертор тока, подключенный к двигателю.Токи двигателя трапециевидной формы (трапеция 120°) содержат гармоники с номерами n = -5; +7; -11; +13 (рисунок 6.5). Рисунок 6.5 - Формы тока и напряженияЗнаки "плюс/минус" указывают, вращается ли магнитное поле, возбужденное токами этих гармоник, в том же направлении, что и поле основного тока. Амплитуды гармоник пропорциональны 1/n. Фазное напряжение двигателя содержит короткие импульсы на всех интервалах коммутации тока.Обмотка статора является частью коммутационной цепи. Поэтому двигатель должен быть спроектирован с индуктивностями, имеющими малое рассеяние. Изготовитель преобразователя должен обеспечить надлежащий выбор коммутирующих конденсаторов.ЗаключениеВ последние два десятилетия регулируемый асинхронный электропривод претерпел столь существенные изменения в своем развитии, что полностью вытеснил из многих областей синхронный привод и привод постоянного тока. Это связано, прежде всего, с достижениями в области силовой электроники и микропроцессорной техники, на основе которых были разработаны преобразователи частоты, обеспечивающие управление асинхронными короткозамкнутыми двигателями с энергетическими и динамическими показателями, соизмеримыми или превосходящими показатели других приводов, а также новые алгоритмы управления системой «преобразователь-двигатель».В результате выполнения данной работы был рассмотрен частотный электропривод. Приведены основные элементы частотного электропривода. Описана система автоматического регулирования, позволяющая осуществлять управление асинхронным электродвигателем. Приведено описание структурной схемы электропривода с векторным управлением. Представлены результаты её моделирования. Подробно рассмотрен автономный инвертор тока – устройство, осуществляющее периодическое переключение с постоянной или регулируемой частотой через вентильный коммутатор постоянного хорошо сглаженного тока источника питания. Постоянное значение тока на входе инвертора обеспечивается индуктивностью сглаживающего дросселя в цепи источника питания, величина которой теоретически бесконечно большая, а практически обеспечивает требуемый низкий коэффициент пульсаций. Для того чтобы через нагрузку протекал переменный ток прямоугольной формы, необходимо включение параллельной емкости, воспринимающей скачки тока до двукратного значения от тока выпрямленного. Список литературыКлючев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 2005. – 560 с.Терехов А.И. Разработка цифровой системы управления вентильными преобразователями для компенсации реактивной мощности в цеховых сетях промышленных предприятий республики Ирак / А.И. Терехов, Хасан Альван Хуссаин // Вестник ИГЭУ. Вып. 5 Иваново: ИГЭУ. 2005. С. 104. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – Санкт-Петербург: Профессия, 2003. – 752 с.Лазарев Г. Преобразователи для частотно-регулируемого электропривода / Г.Лазарев // Силовая Электроника. - 2008. - №8(132). - С. 14-23. Волков А.В. Асинхронный электропривод на основе автономного инвертора тока с широтно-импульсной модуляцией / А.В. Волков, А.И. Косенко // Техн. електродинаміка. - 2008. - Тематичний. вип., Ч.1. - С. 81-86.Шавёлкин А.А. Преобразователь частоты на базе автономного инвертора тока / А.А. Шавёлкин // Техн. електродинаміка». – 2012. – Тематичний вип.,Ч. 4. - С. 75-80.Лицин К.В. Исследование положения вектора потокосцепления ротора при векторно-импульсном пуске / К.В. Лицин, С.Н. Басков, Т.В. Черкас, А.С. Коньков // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия Энергетика. 2012. Вып.18. №37 (296). С. 68-72.M.Basin, P.Ramirez, V. Ramos-Lopez " Continuous fixed-time convergent controller for permanent-magnet synchronous motor with unbounded perturbations". Journal of the Franklin Institute. V. 357, 2020, p. 11900-11913.Yizhou Hua, Huangqiu Zhu "Rotor radial displacement sensorless control of bearingless permanent magnet synchronous motor based on MRAS and suspension force compensation". ISA Transactions. V. 103, 2020, p. 306-318.Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода / Л.П. Петров, О.А. Андрющенко, В.И. Капинос и др. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 200 сКралин А.А., Крюков Е.В., Асабин А.А., Чернов Е.А., Онищенко Г.Б. Исследование гармонического состава выходного напряжения тиристорного регулятора величины и фазы вольтодобавочного напряжения при продольно-поперечном регулировании // Инженерный вестник Дона. 2018. № 4 (51). С. 63.Анучин А.С. Системы управления электроприводов: учебник для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015. 396 с. Зенчик В.В., Безгин А.С. Разработка печатной платы для идентификации технологических операций одноковшового экскаватора для готовой модели карьерного экскаватора ЭКГ-10 // В сборнике: Энергетика: состояние, проблемы, перспективы. Труды IX Всероссийской научно-технической конференции. 2018. С. 275-279.Айзерман М.А. Теория автоматического регулирования. М.: Наука. 1996. 452 с. [Электронный доступ] http://stu.scask.ru/book_las.php?id=49Черных И.В. «Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink». – М.:ДМК Пресс, 2008. – 288с.Герман-Галкин С.Г. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.:КОРОНА-Век, 2008. – 368с.