В ТП частоты со звеном постоянного тока напряжение сети переменного тока вначале выпрямляется, затем сглаживается и с помощью автономного инвер. тора напряжения преобразуется в напряжение переменного тока регулируемой частоты и амплитуды, Возможно выполнение ТП частоты с управляемым или неуправляемым выпрямителем. В первом случае раздельное управление напря­жением и частотой преобразователя сводится к воздействию на управляемый выпрямитель (УВ) для регулирования напряжения ТП и к воздействию на авто­номный инвертор (АН) для регулирования частоты. При использовании неупра­вляемо] о выпрямителя (ИВ) применяются автономные инверторы с широти о*

4 А. В. Башарин

импульсной модуляцией. Управление напряжением и частотой сводится к воз­действию по раздельным каналам на АИ.

Упрощенная схема трехфазного 777 частоты с УВ показана на рис. 3-4, а. Управляемый выпрямитель выполнен по мостовой схеме. Для сглаживания пульсаций напряжения на выходе выпрями і ел я включен фильтр ЦС0. Автоном­ный инвертор напряжения выполнен по схеме с фазовой коммутацией, отсекаю­щими диодами и возвратным диодным мостом. Блоки управления выпрямителем и инвертором (БУВ и БУИ) формируют управляющие импульсы для тиристо­ров ТП частоты, Коммутирующие кон­денсаторы Сх — С6 служат для запи­рания тиристоров /—6. Индуктивные токи нагрузки циркулируют в схеме инвертора через возвратный диодный мост, состоящий из диодов Г—6", и конденсатор Со. Наличие в схеме от­секающих диодов Ґ—6", отделяющих коммутирующие конденсаторы от ста­торных обмоток двигателя, снижает возможноеіь возникновения колебаний в цепи инвертор—двигатель из-за на­личия tfLC-цепей и позволяет умень­шить емкость коммутирующих конден­саторов. При высоких частотах напря­жения инвертора эффективность работы отсекающих диодов снижается, посколь­ку коммутирующие конденсаторы на время перезаряда оказываются под­ключенными параллельно обмоткам двигателя, и это время становится сра­внимым с периодам выходной частоты инвертора.

Характерная особенность схемы АИ, показанного на рис. 3-4, а, в том, что каждый из силовых тиристоров 1—6 открыт в течение ]/3 периода выходной частоты, т. е. угол коммута­ции тиристора бКм равен 2зх/3. При этом форма выходного напряжения АИ зависит от коэффициента мощности нагрузки, что является недостатком та­кого АИ. Инвертор, выполненный по схеме рис. 3-4, б, позволяет получить вы­ходное напряжение, форма которого не зависит от характера нагрузки. Без учета угла запаса угол коммутации тиристоров в этой схеме б,<м = л,

О форме напряжений, формируемых на выходе АИ при углах коммутации 6К|1, равных 2л/3 и д, можно судить по диаграммам, приведенным на рис. 3-5 для активной трехфазной нагрузки, соединенной в звезду. На рис. 3-5, а показаны диаграммы последовательности коммутации тиристоров 1—6 (непрерывной линией для 0 Км — 2л/3, штриховой — для бкм = я).

Достоинство схем ТП частоты с У В заключается в относительной простоте их реализации. Недостатки схем: изменение напряжения питания инвертора ц, и необходимость соответствующих запасов по емкосіи коммутирующих конден­саторов либо необходимость применения отдельных источников подзаряда кон­денсаторов; низкий коэффициент мощности, зависящий от угла регулирования тиристоров У В; существенный удельный вес высших гармоник в кривой выход­ного напряжения, что приводит к созданию дополнительных возмущений на систему электропривода при формировании электромагнитных моментов (осо­бенно на низких скоростях электродвигателя) и повышению потерь в двигателе.

Существенным преимуществом обладают схемы 777 частоты с НВ и А И с широтно-импульсной модуляцией. Схема одного и^ вариантов такого преобра­зователя частоты показана на рис. 3-6. Автономный инвертор напряжения вы­полнен с индивидуальной коммутацией тиристоров, Схема А И содержит: сило­вые тиристоры /—6, отсекающие диоды Ґ—6' и диоды возвратного моста

Каждый из силовых тиристоров снабжается индивидуальным блоком коммута­ции (Б/С). Блок коммутации тиристора 1 — БК.1 содержит, налрнмер, коммути­рующий конденсатор С1г вспомогательный тиристор 7, дроссель Др2 и диод в. На рис. 3-6 раскрыты голь ко два блока коммутации: БКІ—для тиристора I анодной группы и БК4~ для тиристора 4 катодной группы. Остальные блоки коммутации показаны условно.

Работа БKt сводится к следующему. В исходном состоянии при открытом тиристоре / конденсатор Сг имеет положительный потенциал на нижней пластине. При отпираиин вспомогательного тиристора 7 тиристор 1 запирается. Перезаряд конденсатора CY происходит по контуру Сг—7—/'—La—Ґ—С1. Процесс пере­заряда но^иг колебательный характер и заканчивается при спадании тока до нуля, так как закроется тиристор 7. При очередном отпирании тиристора I соз­дается контур Сі—1—8—L^—C^. Вследствие относительно малык потерь в кон­туре процесс носит колебательный характер и заканчивается в конце первого

ПОт,-'периода, когда напряжение на конденсаторе Ct достигает максимума. Даль­нейший процесс перезаряда конденсатора невозможен из-за наличия диода 8.

При использовании АИ с широтно-импульсной модуляцией можно сущео венно снизить спектральный состав высших гармонических за счет изменения скважности модуляции в процессе формирования пол упер иода выходного напря­жения ТП частоты и тем самым приблизиться к синусоидальной форме этого напряжения.

Недостатком рассмотренного ТП частоты является относительная слож­ность и большое число элементов из-за наличия блоков коммутации.

Рассматривая динамику двигателя переменного тока., работающего от пре­образователя частоты, следует рассматривать электромагнитные процессы в дви­гателе с учетом электромагнитных процессов в инверторе. Наличие большого числа различных цегтей в инверторе, переключающихся одновременно с пере­ключением тиристоров, оказывает определенное влияние на формирование элект­ромагнитного момента двигателя. Однако учет динамических процессов в перио­дически переключающихся электромагнитных цепях совместно с динамическими процессами в двигателе является сложным, и часто в этом не возникает необхо­димости в связи с ограниченным спектром формирования управляющих воздейст­вий на преобразователь частоты в замкнутых системах управления.

При исследовании динамики могут быть учтены в параметрах статорной цепи асинхронных электродвигателей приведенные параметры АИ напряжения точно так же, как это делается в электроприводах постоянного тока, когда пара­метры выпрямителя приводятся к параметрам якорной цепи электродвигателя. Наряду с этим в структуре ТП частоты имеется сглаживающий фильтр, с>щест - иенно влияющий на динамику системы В соответствии с эквивалентной схемой цепи выпрямитель—фильтр (рис. 3-7, а) можно записать основные уравнения динамики такой цепи в приращениях координат относительно начальных зна­чений;

д^=яэ Д1в-кэ-^р + Л"о;

(3-56)

)

где Дс# — приращение ЭДС выпрямителя; Aін, А1С, — приращение токов

в Цепях выпрямителя, конденсатора С0 и инвертора; Lb, — эквивалентные индуктивность и сопротивление выпрямителя совместно с дросселем Др1 ЛЫц — приращение напряжения питания АИ.

Переходя к операторной форме записи уравнений (3-56) и выполнив через коэффициенты &СГ1 й <fecr2 согласование переменных Ап0 н Д/и с переменными и A'jfx, которые ранее рассматривались при исследовании динамики а асин­хронном электродвигателе, можно получить упрощенную структурную схему электромагнитной цепи ТП частоты, работающего на электродвигатель (рис. 3*7, б). В соответствии с этой структурной схемой и структурной схемой электрода ига - if л я для случая одновременного пропорционального управления напряжением и частотой инвер гора (см. рис. 3-3), а также предполагая отсутствие влияния нагрузки на выходное напряжение инвертора и пренебрегая инерционностью электромагнитной цепи электродвигателя, можно получить общую структурную схему электродвигателя совместно с преобразователем частоты (рис. 3-8). Дина­мические свойства выпрямителя по управляющему воздействию учтены инерцион­ным звеном k3/(Tvp + 1), где къ и Тя- передаточный коэффициент и постоянная времени выпрямителя. Аналогично могут быть учтены и динамические свойства АИ

по управляющему воздействию, однако они являются неоднозначными при ши­роком диапазоне регулирования частоты. В области низких частот могут наблю­даться значительные запаздывания в АИ при отработке управляющих воздейст­вий, что существенно снижает динамические свойства систем управления* если сформирование активных воздействий на электропривод идет по каналу регули­рования частоты. Для электроприводов, работающих в области низких частот, рационально применять А И с широтно-нмпульсиой модуляцией либо 777 частоты с непосредственной связью.

При частотно-токовом управлении электроприводами переменного тока в 777 1 частоты применяются автономные инверторы тока (АНТ). В отличие от автоном­ных инверторов напряжения (АНН) в А ИТ происходит формирование пере­менного по частоте тока двигателя. Для питания инвертора постоянным током можно применить стабилизатор тока, выполненный иа базе У В.

Схема ТП частоты с А ИТ показана на рис. 3-9. Реализация системы стабили­зации тока и ее расчет аналогичны тем, что были рассмотрены в АСУ ЭП постоян­ного тока прн использовании подчиненной обратной связи по току.

Инверторы тока технически реализуются проще инверторов напряжения, так как в них отсутствует возвратный диодный мост. Кроме того, в ТП частоты с АИТ возможна рекуперация энергии в сеть, что важно в электроприводах, работающих в повторно-кратковременных режимах работы. При работе электро­двигателя в генераторном режиме направление постоянного тока не меняется. В замкнутых системах УВ автоматически переходит в инверторный режим и обеспечивает рекуперацию энергии в сеть. Для организации рекуперативных ре­жимов работы электропривода с А ИИ необходимо применять реверсивные выпря­мители.

Недостатком АИТ является необходимость в их значительном усложнении при формировании токов двигателя, близких к синусоидальным. При использо­вании АИТ по схеме рис. 3-9 наблюдаются существенные потери мощности и фор­мируются дополнительные возмущающие моменты в электродвигателе, вызы­вающие колебания скорости.