ПЗ (1230990), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Регулирование параметров выходного напряжения осуществляется автономным инвертором напряжения с импульсной модуляцией. Из импульсных методов регулирования напряжения наибольшее распространение получила широтно-импульсная модуляция.

Идея построения автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией изображена на простейшей идеализированной однофазной схеме с чисто активной нагрузкой представленной на рисунке 1.7, а.

Рисунок 1.7 – К принципу широтно-импульсной модуляции напряжения: а – схема преобразования постоянного напряжения источника в переменное напряжение на нагрузке с помощью ключей; б – широтно-импульсная модуляция на интервале напряжения; в – широтно-импульсная модуляция на половине периода напряжения

С помощью ключей 1–4 постоянное напряжение на входе схемы преобразуется в переменное напряжение на активной нагрузке . На первом полупериоде переменного напряжения должны коммутироваться ключи 1, 2, а на втором полупериоде – ключи 3, 4. Если не предпринимать специальных мер – переменное напряжение на нагрузке будет иметь форму прямоугольных импульсов постоянной амплитуды с частотой коммутации ключей. Для изменения амплитуды и формы напряжения на нагрузке разделим каждый период на равных частей (интервалов) с продолжительностью каждого и будем коммутировать ключи 1, 2 на каждом интервале положительного полупериода, а ключи 3, 4 – на каждом интервале отрицательного полупериода, как показано на рисунке 1.7, б. Тогда на каждом -м интервале к нагрузке будет прикладываться не полное напряжение , а лишь его часть, среднее значение которого определится как

. (1.1)

Меняя на каждом интервале относительную ширину импульса , можно легко управлять средним за интервал напряжением , то есть формировать на каждом полупериоде любую нужную форму напряжения, как показано на рисунке 1.7, в. С увеличением будет уменьшаться интервал и ступенчатая кривая будет приближаться к заданной плавной [1].

При использовании автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией параметры выходного напряжения и регулируются с помощью коммутации ключей автономного инвертора напряжения по сигналам заданий и (рисунок 1.6).

На рисунке 1.8, а, представлена схема преобразователя частоты на основе инвертора напряжения, предназначенного для питания асинхронного двигателя. Преобразователь состоит из неуправляемого выпрямителя, выполненного на диодах – , сглаживающего фильтра , блока тормозного резистора и автономного инвертора, собранного на IGBT-транзисторах – и диодах – . Диоды – служат для пропускания тока при коммутации транзисторов.

Рисунок 1.8 – Принципиальная схема преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока и инвертором напряжения (а) и последовательность преобразования параметров напряжения в преобразователе (б): 1 – выпрямитель; 2 – емкостной накопитель; 3 – инвертор

Торможение двигателя обеспечивается переводом автономного инвертора напряжения в режим управляемого выпрямителя напряжения: при превышении напряжением на конденсаторе фильтра заданного значения транзистор включается и энергия, передаваемая от электрической машины, рассеивается на тормозном резисторе .Индуктивный фильтр необходим для надежной работы выпрямителя. За счет применения широтно-импульсной модуляции осуществляется регулирование амплитуды напряжения на выходе преобразователя и приближение его формы к синусоидальной (рисунок 1.8, б).

На вход преобразователя частоты подается трехфазное синусоидальное напряжение с постоянными значениями частоты и амплитуды . Трехфазный мостовой выпрямитель 1 преобразует напряжение в постоянное пульсирующее . Емкостной фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения, в результате чего напряжение становится практически постоянным . Постоянное напряжение поступает на вход инвертора. В инверторе с помощью транзисторных ключей и широтно-импульсной модуляции осуществляется преобразование постоянного напряжения в трехфазное импульсное напряжение изменяемой частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки модулируется по синусоидальному закону. Поэтому напряжение на выходе автономного инвертора напряжения имеет форму импульсов положительной и отрицательной полярности с нулевыми паузами. Наибольшая ширина импульсов обеспечивается в середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию напряжения на обмотках двигателя. При высокой частоте широтно-импульсной модуляции в обмотках двигателя из-за их высокой индуктивности протекают практически синусоидальные токи [1].

1.2 Управляющая часть

Асинхронный двигатель имеет жесткую механическую характеристику, не удовлетворяющую условиям тяги. Поэтому основным назначением системы управления асинхронным тяговым двигателем сформировать мягкую механическую характеристику, обеспечивая работу двигателя в режиме электрического торможения локомотива и ограничения нагрузок энергетического оборудования.

Для нормальной работы тяговых асинхронных электродвигателей необходимы инверторы, генерирующие трехфазное синусоидальное напряжение или симметричное несинусоидальное напряжение, у которого может быть выделена основная гармоническая, значительно преобладающая над высшими гармоническими. Трехфазное напряжение широкого диапазона частоты можно получить в обмотках статора асинхронного тягового двигателя с помощью схемы, представленной на рисунке 1.9.

Условно инвертор может быть представлен системой из шести ключей – , включенной на источник постоянного напряжения (рисунок 1.10, а). Для получения трехфазного напряжения на обмотках статора двигателя и формирования вращающейся магнитодвижущей силы необходимо в определенной последовательности замыкать ключи.

Пусть при равном нулю замкнуты ключи , , . Тогда по обмоткам фаз статора будет протекать ток , и ; причем ток будет разветвляется на и (рисунок 1.9, б). Под действием токов , и сформируется магнитодвижущая сила и займет положение . Если через равном разомкнуть ключи , , и замкнуть ключи , , , направления токов , , изменятся, а магнитодвижущая сила повернется по часовой стрелке на угол и займет положение . Таким образом, замыкая ключи инвертора в определенной последовательности, можно получить вращение магнитного потока обмотки статора, необходимое для создания электромагнитного момента двигателя. При таком алгоритме управления одновременно замкнуты три ключа системы, во всех фазах статорной обмотки двигателя непрерывно протекает ток, а напряжение на фазах будет иметь ступенчатую форму. Из кривой фазного напряжения может быть выделена основная гармоническая составляющая (штриховая линия на рисунке 1.9, б), частота которой определяется частотой переключения ключей. Поскольку при таком алгоритме за полупериод к каждой фазе обмотки статора напряжение приложено на интервале 180°, он и называется 180-градусным алгоритмом управления инвертором.

Рисунок 1.9 – Формирование переменного напряжения в обмотке статора асинхронного двигателя при использовании инвертора: а – условная схема управления ключами; б – вращение магнитодвижущей силы обмотки статора и ее фазное напряжение при алгоритме 180-градусного управления; в – вращение магнитодвижущей силы обмотки статора и ее фазное напряжение при алгоритме 120-градусного управления

В инверторах применяется и 120-градусный алгоритм управления (рисунок 1.9, в), когда в каждый момент времени замкнуты только два ключа и ток протекает только по двум фазам обмотки статора. Например, пусть в момент времени равном нулю замкнуты ключи , ; при этом ток будет протекать по фазам и обмотки. Под действием этих токов сформируется магнитодвижущая сила, которая займет положение . Если теперь разомкнуть ключи , и замкнуть ключи , , ток в обмотке статора будет протекать в фазах и , а магнитодвижущая сила повернется по часовой стрелке на угол и займет положение . Таким образом, и при 120-градусном алгоритме управления ключами инвертора создается вращение магнитного поля, только в данном случае к фазе обмотки статора напряжение будет приложено не весь полупериод, а только , то есть 120°. При такой форме фазного напряжения также может быть выделена основная гармоническая составляющая (штриховая линия на рисунке 1.9, в), которая и определит электромагнитный момент двигателя [1].

В настоящее время на локомотивах преимущественно применяются двухзвенные преобразователи частоты с инвертором напряжения и 180-градусным алгоритмом управления. Это объясняется тем, что 180-градусный алгоритм управления позволяет получить лучший гармонический состав переменного напряжения на фазах обмотки статора электродвигателя и уменьшить его потери.

1.2.1 Системы частотного управления асинхронным тяговым приводом

До середины семидесятых годов прошлого столетия частотное (модульное) управление было основным в асинхронном электроприводе, так как позволяло просто решать многие технические задачи. Это относится в первую очередь к приводам с малым диапазоном регулирования и низкими требованиями к динамике. Термин «модульное управление» связан с тем, что управление моментом двигателя осуществляется изменением модуля напряжения статора в зависимости от частоты питающего напряжения.

Характеристики

Список файлов ВКР