Научно-техническая конференция,"Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації", г. Кременчуг, 15-16 марта, 2008 г.

РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Шумяцкий В.М., Мельник А.А., Вишнев Т.А.
Донецкий национальный технический университет

Непрерывное совершенствование силовой полупроводниковой техники позволяет создавать современные источники питания для регулируемого электропривода. В большинстве случаев основой современного регулируемого привода является короткозамкнутый асинхронный двигатель (АД). В данный момент наиболее перспективным способом управления АД является частотное управление, то есть использование системы преобразователь частоты – асинхронный двигатель. Преобразователь частоты (ПЧ) положен в основу ответственных электроприводов, однако менее распространен, чем тиристорный регулятор напряжения (ТРН), ввиду присущих ему дороговизне и завышенным массогабаритным показателям. Обе системы могут обеспечить требуемые состояния координат движения исполнительных органов машин и механизмов, однако, система ПЧ-АД не накладывает ограничений на длительность этих состояний, в то время как система ТРН-АД имеет жесткие ограничения их длительности по потерям энергии и температуре элементов двигателя. Это известное положение определяет нишу применения системы ТРН-АД – кратковременные или повторно-кратковременные режимы работы. Преобразователи частоты делятся на 2 группы: со звеном постоянного тока и непосредственные. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока могут формировать кривую напряжения, имеющую частоту как больше, так и меньше частоты 50 Гц. Что же касается непосредственных преобразователей частоты (НПЧ), то они способны формировать кривую напряжения с частотой только меньше, чем частота 50 Гц, что и ограничивает нишу их применения на сегодняшний день. Однако если рассматривать конструкцию данных двух типов преобразователей, то следует отметить, что конструкция НПЧ проще в силу отсутствия звена постоянного тока, а также, потому что он является по своей сути управляемым выпрямителем. Целью данной статьи является расширение функциональных возможностей и ниши использования НПЧ ввиду простоты их конструкции по сравнению с преобразователями частоты со звеном постоянного тока. В рамках данной статьи рассматриваются циклоконвертеры на полууправляемых ключах – незапираемых тиристорах. Диапазон выходных частот таких преобразователей лежит в пределах 0-50 Гц, однако, номинальную нагрузку асинхронного двигателя (АД) они способны обеспечить в диапазоне частот 0-37.5 Гц [2]. Авторами высказывается предположение о возможности расширения указанного диапазона в несколько раз за счет питания НПЧ от статического электромагнитного преобразователя (СЭМП), напряжение, на зажимах которого имеет частоту больше промышленной (рис.1).

Рисунок 1 – Структурная схема усовершенствования НПЧ: СЭМП – статический электромагнитный преобразователь; НПЧ – непосредственный преобразователь частоты; fc – частота напряжения сети; f1 – преобразованная частота (100 Гц, 150 Гц); f2 – регулируемая частота преобразователя.

Методом математического моделирования, основываясь на предположении, что частота f1=50, 100 и 150 Гц, получены форма напряжения на выходе системы СЭМП-НПЧ для штатного режима работы на частоте 25 Гц (рис.2). Однако наиболее интересными представляются режимы работы предлагаемой схемы, когда напряжение на выходе ПЧ имеет значения 50 Гц и 75 Гц, что не представляется возможным для традиционного НПЧ. В результате исследования получены кривые напряжения различной частоты на выходе НПЧ (рис.3).

Рисунок 2 – Форма кривой напряжения на выходе НПЧ при питании от сети промышленной частоты а) и СЭМП частотой питающего напряжения f1=100 Гц б) и f1=150 Гц в).

Рисунок 3 – Форма напряжения на выходе НПЧ при расширенном выходном диапазоне частот за счет применения СЭМП: а) f1=50 Гц, f2=25 Гц; б) f1=100 Гц, f2=50 Гц; в) f1=150 Гц, f2=75 Гц

Полученные зависимости наглядно иллюстрируют возможность расширения диапазона работы НПЧ за счет применения СЭМП. Авторы считают, что для дальнейшего использования системы питания НПЧ должно быть проведено рассмотрение электромагнитных и тепловых переходных процессов в системе НПЧ-АД для конкретного механизма.

Перечень ссылок

1. Опыт разработки и примененя асинхронных электроприводов с тиристорнымми преобразователями напряжения Масандилов Л.Б., Анисимов В.А., Горнов А.О, Крикунчик Г.А., Москаленко В.В. \\ Электротехника №2, 2000г.
2. Bose B. K., Power Electronics and Ac Drives, Prentice-Hall, New Jersey, 1986.
3. Шавелкин А.А., Сажин В.А., Шавелкин С.А. Варианты схем преобразователей частоты для асинхронного электропривода.// Сб. н. Трудов ДГТУ, Серия : электротехника и энергетика.- Вып.4.- 1999.- стр. 156-159 .