4.1 Составные элементы силового канала электропривода

Силовой канал электропривода включает в себя неуправляемый выпрямитель, автоинвертор и асинхронный двигатель. Схема силового канала приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема силового канала

Напряжение питающей сети выпрямляется неуправляемым выпрямителем и через фильтр подаётся на автономный инвертор АИ, который, в свою очередь, преобразует постоянное напряжение в переменное регулируемой частоты. Выходная частота может регулироваться в широком диапазоне как вверх, так и вниз от номинальной частоты питания двигателя.

Для получения регулируемого напряжения синусоидальной формы применяются транзисторные преобразователи частоты с широтно-импульсной модуляцией.

В приведённой схеме силовые транзисторы VT1-VT6 осуществляют инвертирование и регулирование амплитуды выходного напряжения путём совмещения этих функций в системе управления преобразователем частоты. Обратный диодный мост VD1-VD6 обеспечивает защиту силовых транзисторов от перенапряжений, а также возврат реактивной энергии двигателя М в накопительный конденсатор С. Избыток накопленной энергии сбрасывается с помощью защитного транзистора VT7 в балластное сопротивление R.

Принцип формирования кривой фазного напряжения u₂ на выходе преобразователя частоты поясняет диаграмма, приведённая на рисунке 4.2. Для обеспечения ШИМ схема управления преобразователем вырабатывает двуполярное напряжение u_T треугольной формы, которое затем сравнивается с напряжением u_У управления синусоидальной формы заданной частоты. В моменты равенства названных напряжений схемой вырабатываются импульсы, длительность которых соответствует синусоидальному закону ШИМ. Положительные импульсы поступают на транзистор VT1 (VT3, VT5), а отрицательные- на транзистор VT4 (VT6, VT2).

В качестве исполнительного двигателя выбираем асинхронный двигатель 4А71B4У3 мощностью Р_Н = 0,75 кВт, напряжением U_ФН = 220 В, скоростью вращения n = 1390 об/мин.

Асинхронный двигатель получает питание от преобразователя частоты типа MICROMASTER (ф. SIEMENS) 6SE6440-2UD15 - 5AAO, имеющего следующие характеристики:

Мощность 0,55 кВт

Сетевое напряжение 380 - 480 В±10 % 3 фазы

Уровень защиты IP20

Диапазон температур от -40°С до 70°С

Способность выдерживать перегрузку 150 % в течении 60 с

Диапазон выходной частоты от 0 до 120 Гц

Торможение постоянным током, динамическое

и комбинированное

Номинальный ток 3 А

Преобразователи частоты серии MICROMASTER 440 применяются для изменения и регулирования скорости вращения двигателей переменного тока c нагрузкой постоянного или вентиляторного типа, для процессов с высокой динамикой и повышенными требованиями к стартовому моменту и перегрузке. Инверторы управляются микропроцессором. Специальный метод широтно-импульсной модуляции обеспечивает исключительно тихую работу двигателя. Защита инвертора и двигателя обеспечена различными защитными функциями.

Отличительные особенности преобразователей частоты серии MICROMASTER:

а) Совместимость со всеми типами асинхронных и синхронных двигателей российского и зарубежного производства

б) Высокая перегрузочная способность

в) Встроенный ПИД-регулятор (ПИ-регулятор для серии MICROMASTER)

г) Простое управление для всего спектра мощностей

д) Встроенный тормоз постоянного тока

е) Функция быстрого ограничения тока для надежной и безопасной работы

ж) Тепловая и электрическая защита преобразователя частоты и двигателя

з) Возможность подключения к промышленной шине PROFIBUS DP

MICROMASTER принадлежит к семейству инверторов, разработанных для непосредственного подключения к сети. Это автономные блоки, которые включают в себя все компоненты, необходимые для их функционирования.

Инвертор содержит полностью интегрированный блок питания с высокоэффективными теплоотводами, которые охлаждаются вентиляторами с программным управлением.

Напряжение от устройства связи постоянного напряжения затем преобразуется в комплекс импульсной переменной частоты и напряжения при помощи блоков питания последнего поколения с низкими потерями, комбинированных с полностью оптимизированными сигналами ШИМ, представляя следующие преимущества:

a) более низкие потери инвертора и двигателя;

б) диапазон частот напряжения двигателя от 0 до 120 Гц;

в) диапазон напряжения двигателя от 0 до напряжения в сети;

г) почти синусоидальные токи двигателя;

д) высокий КПД двигателя;

е) инвертор защищён от коротких замыканий на массу.

MICROMASTER обеспечивает ускоренное ограничение по току. Ускоренное ограничение по току - это циклическое аппаратное ограничение по току, встроенное в инвертор. Его порог установлен немного ниже программного порога отключения от перегрузки по току и срабатывает намного быстрее, предотвращая тем самым нежелательные отключения при внезапных нагрузках или быстрых ускорениях.

Рис 4.2 - Диаграмма формирования выходного напряжения преобразователя с ШИМ

Регулирование амплитуды выходного напряжения производится изменением амплитуды напряжения u_У.

Для формирования трёхфазного напряжения на выходе преобразователя система управления должна вырабатывать три напряжения u_У синусоидальной формы, сдвинутых относительно друг друга на 120. Рассматриваемый преобразователь частоты перспективен для регулируемых электроприводов малой и средней мощности.