Б.И.Фираго, С.Н.Павлович. Выходное напряжение и ток преобразователя частоты с непосредственной связью при работе на асинхронный двигатель. «Известия высших учебных заведений - Энергетика», 1972, №3.
[с. 33-37]
За последнее время опубликован ряд работ, в которых рассматриваются процессы в преобразователях частоты при работе их в основном на активно-индуктивную (R-L) нагрузку. В то же время представляет интерес изучение более общего и менее исследованного случая работы преобразователя частоты на асинхронный двигатель (АД) с учетом э.д.с. вращения. Ниже рассматриваются квазиустановившнеся электромагнитные процессы в однофазно-трехфазном преобразователе, частоты с непосредственной связью (НПЧ) без уравнительных токов при работе на АД. В преобразователе использованы прямоугольная модуляция углов открывания вентилей и естественная коммутация. тока в вентилях.
Для расчета и выбора элементов системы частотного электропривода необходимо знать величины и формы кривых выходного напряжения и тока преобразователе частоты. Формы кривых напряжения и тока НПЧ зависят от многих факторов (силовой схемы, системы управления, закона управления углами открывания вентилей, параметров нагрузки, соотношения частот на входе и выходе преобразователя и др.) и могут значительно отличаться от синусоиды. Для исследования влияния параметров нагрузки на выходное напряжение и ток НПЧ рассмотрим работу однофазно-трехфазного НПЧ На АД при вращающемся и неподвижном роторе.
При раздельном включении нагрузки в каждую фазу преобразователя или по схеме «звезда с нулевым проводом» происходит независимая коммутация тока в каждой фазе НПЧ. В этом случае исследуемый однофазно-трехфазный НПЧ можно рассматривать как однофазно-однофазный (рис.1), работа которого в течение полупериода изменения выходного тока аналогична работе реверсивного управляемого выпрямителя с двухполупериодным выпрямителем.
|
| Рисунок 1 – Однофазно-однофазный НПЧ и его эквивалентная схема.
|
В эквивалентной схеме (рис.1) вентили С1 и С2 преобразователя заменены переключателем П, АД – Т-образной схемой замещения при неподвижном роторе и первой гармоникой э.д.с. вращения е, а питающая сеть преобразователя с трансформатором – двумя источниками э.д.с. u1 и u2, активным сопротивлением rт и индуктивностью Lт, приведенными ко вторичной полуобмотке трансформатора. Синусоидальные э.д.с. u1 и u2, изменяющиеся с частотой w1, равны по амплитуде и противоположны фазе. Первая гармоника э.д.с. вращения e равна:
 | (1) |
где i'2(1) — первая гармоника приведенного тока ротора АД;
r'2 — приведенное активное сопротивление обмотки ротора АД;
s — скольжение двигателя в поле основной гармоники питающего напряжения;
Выражение (1) можно записать в другом виде:
 | (2) |
где i'2(1)m и Еm — амплитудные значения первых гармоник приведенного тока ротора и э.д.с. вращения, соответственно;
ω2 — угловая частота изменения первой гармоники выходного напряжения НПЧ.
Поскольку вращающий момент двигателя определяется в основном первыми гармониками выходного напряжения НПЧ и тока ротора АД, то значение Еm можно определить, зная полную механическую Рм или электромагнитную Рэ мощности АД, по формуле:
 | (3) |
Выходной ток НПЧ на любом участке:
 | (4) |
В зависимости от длительности интервалов проводимости вентилей в течение полупериода изменения выходного тока преобразователь частоты может работать в трех режимах:
- в режиме прерывистого тока;
- непрерывного;
- прерывисто-непрерывного.
Работа НПЧ на АД, когда скорость вращения двигателя равна нулю, аналогична работе преобразователя на R-L нагрузку. В зависимости от параметров АД и угла открывания вентилей преобразователь может работать в двух режимах:
- в режиме прерывистого тока;
- непрерывного.
В первом режиме длительность интервалов проводимости вентилей на каждом участке одинакова и меньше π. Величина проводимости вентилей определяется из выражения:
 | (5) |
Выходной ток и напряжение аналитически можно записать в виде рядов:
 | (6) |
Длительность интервалов проводимости вентилей и порядок работы НПЧ в режиме непрерывного тока одинаковы как при работе преобразователя на вращающийся, так и на неподвижный АД. Выходное напряжение и ток НПЧ для данного режима также могут быть записаны в виде рядов.
Правильность рассмотренного аналитического подхода к исследованию квазиустановившихся электромагнитных процессов в НПЧ при работе па АД подтверждается осциллограммами выходного тока и напряжения преобразователя (рис.2), полученными па лабораторной установке НПЧ.
|
| Рисунок 2 – Осциллограммы выходного напряжения и тока НПЧ при работе на вращающийся и неподвижный АД в режиме прерывистого тока.
|
Выводы
- Электромагнитные процессы в НПЧ, работающем на АД, следует рассматривать с учетом э.д.с. вращения, так как она существенно влияет на величину и форму выходного тока преобразователя.
- В режиме прерывистого тока выходное напряжение и ток НПЧ при работе на АД и R-L нагрузку значительно отличаются между собой как по форме, так и по величине.
- Вследствие влияния э.д.с. вращения интервалы проводимости вентилей в режиме прерывистого тока различные, что влияет на величину импульсов тока.
