Порядок выполнения работы. 1.Изучить краткие теоретические сведения о ПЧ

1.Изучить краткие теоретические сведения о ПЧ.

2. Исследовать работу ПЧ со звеном постоянного тока при двигательном режиме асинхронной машины.

3. Исследовать работу ПЧ со звеном постоянного тока при генераторном режиме асинхронной машины.

4. Оформить отчет по лабораторной работе.

Описание лабораторного стенда [1].

Для проведения необходимых экспериментальных исследований универсальный лабораторный стенд в своем составе имеет преобразователь частоты со звеном постоянного тока.

Схема силовой части преобразователя частоты со звеном постоянного тока

лабораторного стенда приведена на рисунке 11.3.

Преобразователь частоты (ПЧ) содержит в своем составе:

- инвертор напряжения с широтно – импульсной модуляцией выходного напряжения;

- неуправляемый выпрямитель, собранный по трехфазной мостовой схеме;

- емкостной фильтр.

Трехфазный инвертор представляет собой мост на шести IGBT транзисторах

[TJ/R12], собранных в одном силовом модуле.

ИН может работать в двух режимах (определяется положением тумблера SA30):

- независимое управление – величина напряжения и частота задаются

независимо отдельными регуляторами R31-задание частоты, R32-задание величины напряжения.;

- управление по пропорциональному закону (U-IR)/f=const – частота и

напряжение задаются регулятором R31.

Рис. 11.3 – Схема силовой части трехфазного ПЧ

Управление транзисторами ИН осуществляется микроконтроллером. На микроконтроллер через АЦП поступают два сигнала управления (см. рис.11.4):

- управление величиной выходного напряжения инвертора (резистор R32);

- управление частотой выходного напряжения инвертора (резистор R31).

Кроме импульсов управления транзисторов инвертора микроконтроллер вырабатывает импульсы управления для транзистора VT37. Задача транзистора VT37 заключается в подключении тормозного резистора R33 параллельно конденсатору фильтра С31 для предотвращения перенапряжения на конденсаторе С31 при генераторном режиме работы двигателя.

11.4 – Схема подключения задатчика частоты (R31) в схеме управления ИН

Схема подключения драйвера к силовым транзисторам одного плеча ИН приведена на рис 11.5.

Рис.11.5 - Схема подключения драйвера к силовым транзисторам одного плеча ИН

Силовой транзисторный ключ (СТК), является тем элементом преобразователя, который управляет процессами преобразования электрической энергии. Специфика протекания этих процессов требует более детального рассмотрения принципов работы СТК и его элементной базы для обеспечения надёжности ПЧ. Рассмотрим классическую схему одного плеча преобразователя. Заметим, что ПЧ содержит три таких плеча. На рис. 11.6 представлена схема такого плеча и показаны электромагнитные процессы, протекающие в нем при включении и выключении транзистора. Классическая теория динамических процессов выделяет четыре коммутационных интервала при работе плеча на активно-индуктивную нагрузку, два при включении транзистора и два при выключении. При включении транзистора выделяются этап восстановления диода в фазе высокой обратной проводимости (t₁ на рис. 11.6) и этап установления стационарного состояния силового высоковольтного транзистора (t₂ на рис. 11.6). На первом из отмеченных этапов по цепи «транзистор-диод» протекает значительный ток, который может превысить номинальный в несколько раз. При этом напряжение на транзисторе остается равным напряжению питания. Этот этап является наиболее опасным для транзистора. На втором этапе ток уменьшается до номинального при одновременном уменьшении напряжения на транзисторе. При выключении транзистора выделяются этап рассасывания неосновных носителей заряда в коллекторе силового высоковольтного транзистора (t₄ на рис. 11.6) и этап спада тока коллектора силового транзистора и включения диода (t₄ на рис. 11.6).

На всех отмеченных интервалах коммутации в транзисторе и диоде выделяется значительная мощность.

В настоящее время основными приборами силовой электроники в области коммутируемых токов до 50 А являются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT); полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET).

В области коммутируемых токов более 50 А основными приборами силовой электроники являются силовые модули на базе биполярных транзисторов и силовые модули на базе MOSFET.

Рис. 11.6 – Динамические процессы при переключении силового транзисторного ключа

Как видно из рис.11.3, питание ПЧ в лабораторном стенде осуществляется от сети переменного тока через неуправляемый выпрямитель. Пульсации выходного напряжения выпрямителя фильтруется конденсатором С31. Выходное напряжение инвертора подается на обмотку статора асинхронного двигателя. Контакты К1 и К2 предназначены для изменения чередования фаз напряжения, подаваемого на двигатель. Эта операция выполняется при необходимости изменения направления вращения двигателя. Амперметр РА3 измеряет ток фазы двигателя, вольтметр PV3 измеряет величину линейного напряжения, подаваемого на двигатель.