Дәріс. Асинхронды қозғалтқыштарды басқару үшін жиілік түрлендіргіштері

Мақсаты: Айнымалы токтағы реттелетін жетекте қолданылатын ЖТ сұлбалық шешімдерін және қозғалыс принциптерін оқу.

Қазіргі уақытта айнымалы токтың жиіліктік басқару машиналарын жасау үшін қозғалыс принциптерімен, сұлбалық шешімдерімен, басқару алгоритмдерімен және т.б. ажыратылатын жиілік түрлендіргіштерінің әртүрлі нұсқалары қолданылуда. Қарастырудан бұрын қолданылған белгілі кемшіліктері бар электрлік машиналық ЖТ шығарып, қазіргі замандағы статикалық түрлендіргіштерге тоқталамыз.

Шығыс кернеуінің немесе ЖТ тогының түрлену негізі бойынша тікелей жиілікті түрлендіретін (ТЖТ, немесе циклоконверторлар) және тұрақты токты түйінімен ЖТ-ға бөлуге болады.

ТЖТ-да айнымалы кернеудің (немесе токтың) шығыс қисығы керекті жиіліктің, амплитуданың және фазаның айнымалы ток кірісіндегі көпфазалы жүйенің қисық кернеуінен түрленеді. Берілген типті функция құрылғысында тордың кернеуінің түзуленуі және оның кернеудегі түрленуі немесе қажет еткен жиілік тогы бір құрылғыда орындалады. Бұл энергияның бір рет түрлендірілуі және ПӘК-ң жоғары мәні, аз көлемді және ТЖТ салмағын қамтамасыз етеді. Олар да түзеткіштер сияқты (бірфазалық, көпфазалық, нөлдік, көпірлік) сол сұлбалар арқылы орындалады. 10.1 суретте түрлендіру принципін анықтау үшін өндірістік жиіліктің f₁ үшфазалық кернеуінің реттелетін жиіліктің f₂ бірфазалы кернеуге түрлендірілуін іске асыратын ТЖТ-ң қарапайым сұлбасы көрсетілген.

Түрлендіру қарсы-параллелді нөлдік сұлба бойынша екі комплексті айналатын түзеткіш сұлба бойынша орындалды. Әр топ 1V және 2V уақытқа ашылады, Т₂/2 жартылайпериодты шығыс кернеуіне тең, дұрыс жартылайтолқын 1V тобының жұмысы кезінде, кері –2V тобында түрленеді.

Түрлендіргіштің шығыс кернеуі фазалық кернеулердің айналып өтуін сипаттайды (10.2 суретті қара). Бұл кернеудің пішіні тор фазасының санынан, 1V және 2V, және т.б. топтардың жүргізілуінің ұзақтығын өзгерту жолымен реттеуге болатын шығыс кернеуінің жиілігінен тәуелді.

ТЖТ-ң кемшілігі болып шығыс жиілігінің шектелген аумақ болып табылады. 50 Гц тең қоректейтін тор жиілігі кезінде реттеудің жоғарғы аралығы 25 Гц тең болады. Жиіліктің ары қарай жоғарылауы табиғи вентилдің коммутациясынан бас тартуымен, қорек фазасының немесе жоғарғы жиілікті кернеу түрлендіргішіне жіберілуінің үлкеюіне байланысты. Сондықтан реттелетін электржетекте ТЖТ-ң қолдану аймағы баяу жүретін редукторсыз электржетектермен және ротор шынжыры (қос қоректі машиналар) бойынша басқару сұлбаларымен шектелген.

Тұрақты ток түйінді ЖТ-ті, басқаратын түзеткішті түрлендіргіштер және кернеудің немесе токтың (АИ ЖТ 10.3 суретті қара) автономды инверторларымен және басқарылмайтын түзеткішті ЖТ және кең-импульсті модуляциялы түзетілген кернеу (КИМ ЖТ 10.4 суретті қара) деп бөлуге болады.

Тұрақты ток түйінді ЖТ-ң екі нұсқасы да АҚ басқару жиілігінде кеңінен қолданылады және осы бөлімде тереңінен қарастырылады.

Түрлендіргіштердің күштік бөлімінің сұлбалық шешімдері, АИ-лы ЖТ және КИМ-лы ЖТ-де қолданылатын жеткілікті шыдап тұратын бұл әдеттегі классикалық үшфазалы көпірлі сұлба. Торды қоректейтін жоғары гармоникалы токты және түзетілген кернеуді азайту үшін түзетудің көпфазалы сұлбаларын қолданады. Түрлендіргіштік пульстіктерінің (18-дік, 24-тік-пульстік сұлбалар) біршама үлкеюі олардың құрылымдық күрделілігімен және құнының өсуімен байланысты, әдетте екі 6-пультік сұлбаларды тізбектей немесе параллель қосқанда алынатын 12-пульстік сұлбалармен шектеледі.

10.5 суретте үшфазалы көпірлі басқарылатын түзеткіштен 1В, фильтр дросселінен Д1, реактивті энергия конденсаторынан С₀ және коммутирлейтін сыйымдылығы бар кернеудің автономды үшфазалы көпірлі инверторынан тұратын автономды инверторлы үшфазалы жиілік түрлендіргішінің сұлбасы көрсетілген. Бұл түрлендіргіштен қорек алатын қозғалтқыш түзеткіші энергияны бірбағытта ғана өткізетін болғандықтан торға параллель генераторлық режімде жұмыс істей алмайды. Генераторлық режімнің мүмкіндігін жасау үшін түзеткішке кездесетін-параллельді торға тәуелді, бірге 1В жүретін инвертор қосу қажетт. 1В түзеткіш тиристорлардан V1-V6, диодтардан V7-V12, сыйымдылықтардан С1-С6 құрылған. Блок-сұлбасындағы белгілер: ТББ – түзеткішті басқаратын блок, ИББ – инверторды басқаратын блок, КҚ – коррекция құрылғысы, КД – кернеу датчигі, ТД – ток датчигі.

Тиристорларды идеалды деп санап, электр магниттік коммутациялық процесстерді қарастырмай, АИ қозғалыс принципін қарастырамыз (10.6 суретті қара). Алгоритмдерді тұрғызу үшін фазалар арасындағы U_а, U_b, U_c

қозғалу 2π/3 болады. 2.12 суретте сәйкес тиристорлардың V1-V6 коммутациялары белгіленген. Бірінші интервалда (0-2π/3), V1 анодты топтың және V6 және V2 катодты топтың кілті ашық. Ток осы тізбек бойынша өтеді «+»→V1→ фаза «а» (басы)→«0» статор→фаза «b» (фаза «с») →V6(V2 )→ «-». Статордың «а» фазасына U_П/2 кернеу қосылады. (2π/3-π) интервалында анод тобының V3 және катод тобының V2 кілті ашық. Ток мына тізбек бойынша жүреді «+»→V3→фаза «b» (басы)→«0» статор →фаза «c»→V2→«-». Статордың «а» фазасына кернеу қосылмаған. (π-5π/3) интерва-лында анод тобының V3, V5 (кезектесіп)және катод тобының V4 кілті ашық. Ток мына тізбек бойынша жүреді «+»→V3(V5)→фаза «b» (фаза «c»)→«0» статор→фаза «a» →V4→ «-». Статордың «а» фазасына -U_П/2 кернеу қосылады.

Сызықты кернеу мына түрде табылады U_ab=U_a-U_b. (10.7 суретті қара) кернеудің алынған түрі қорек кернеуінің синусоидадан біршама айырмашылығы бар екенін көрсетеді. Басқа фазалар үшін ұқсас тұрғызу, шығысында бір біріне 120 эл.град-қа жылжытылған үшфазалы кернеу жүйесі жасалғанын көрсетеді.

10.8 суретте бірфазалы КИМ-ді кернеу инверторы көрсетілген.

Шығыс кернеуінің қисығының тұрғызылуы 10.9 суретпен сипатталады. Тірек кернеуі ретінде күштік топ вентилдері коммутирленген жоғары жиілікті аратәрізді тірек кернеуі қолданылғанда, мысал ретінде екіполярлы біржақты КИМ қарастырылады. Жиілікті тасып бара жатқан импульстардың ұзақтығы модульдеуші кернеу түрімен сәйкес әрбір период сайын өзгеріп отырады. Бұл тірек кернеулерін модельдеушімен теңестіргенде, және вентильдердің ауысуы олардың тең болған моменттерінде болады.

Онда шығыс кернеуі мынадай логикалық функциямен сипатталады

(10.1)

Жиілікті тасушы периодында орташа шығыс кернеуін былай жазса болады

(10.2)

мұндағы U_П – инвертор кірісіндегі түзетілген кернеу;

t₁, t₂ – вентилді топтардың қосылып тұрғандағы уақыты;

Т_Н ­­=2π/ω_нес – тірек кернеуінің периоды.

Синусоидалы КИМ кезінде жоғары гармоникалық U_вых минималды мазмұнын қамтамасыз етеді

(10.3)

мұндағы μ=U_M/U_Mmax – модуляция тереңдігінің салыстырмалы мәні;

U_Mmax – модульдеуші кернеудің максималды кернеуі;

ω_вых – шығыс кернеуінің жиілігі.

Осылайша ЖТ КИМ-лы шығыс кернеуінің өлшемі мен жиілігінің реттелуі іске асырылады.