ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Модуляцией напряжения

Простейшим режимом ШИР является режим формирования синусоидаль­ных ШИМ напряжений в обмотках АД в соответствии с сигналами задания. На рис. 2.34 а) показана функциональная схема инвертора ПЧ, к выходу которого подключен статор АД. Управление четными и нечетными ключами полумосто - вых пар производится парафазно, для чего в каналы управления четных ключей включены инверторы логических функций. Логический сигнал управления клю­чами формируется компараторами (К), на входы которых подаются синусои­дальные сигналы заданных фазных напряжений ии; u]h: и]( и сигнал линейной развертки us с выхода генератора пилообразного сигнала (ГПС). Компараторы на рисунке выполняют математическую функцию определения знака разности сигналов ик = sign (ц - us), где ик - сигнал на выходе компаратора. На выходах компараторов фазных сигналов показаны двухпозиционные реле с гистерезисом. Наличие гистерезиса необходимо для исключения «дребезга» при переключении компаратора, но обычно гистерезис вводится просто с помощью положительной обратной связи по напряжению охватывающей компаратор.

Если мгновенное значение сигнала задания ц превышает значение сигнала развертки us, то выключается соответствующий нечетный ключ и включается четный. При этом обмотка АД оказывается подсоединенной к отрицательному полюсу источника постоянного тока, питающего инвертор. В случае противопо­ложного соотношения сигналов задания и развертки обмотка подключается к положительному полюсу источника. В результате фазное напряжение статора АД ц формируется из прямоугольных импульсов с частотой равной частоте сиг-

нала развертки us и средним значением, равным среднему значению сигнала за­дания ц в пределах периода развертки. При этом первая гармоника фазного на­пряжения совпадает по фазе и амплитуда ее пропорциональна амплитуде сигнала задания.

Фазный ток ix в межкоммутационных интервалах формируется из участков экспонент. При этом в цепи фазной обмотки действует разность напряжения формируемого инвертором ц и ЭДС ротора uw (см. рис. 1.23). Если частота сиг­нала развертки на порядок и более превышает частоту сигнала задания то кривая тока имеет спектр, состоящий более чем на 99% из основной гармоники im.

Следует заметить, что рисунок б) поясняющий принцип работы ШИР, соот­ветствует работе однофазной мостовой схемы инвертора. При работе трехфазно­го инвертора (рис. 2.34 а) на каждом интервале коммутации две обмотки соеди­няются параллельно и подключаются последовательно с третьей обмоткой. Если же одновременно замыкаются три четных или нечетных ключа, то все три об­мотки оказываются соединенными параллельно и отключенными от напряжения источника питания Ud,. Та­ким образом, в фазных на­пряжениях появляются ин­тервалы с нулевым входным напряжением. Это усложняет картину процессов в ШИР, но практически не сказыва­ется на спектре токов в об­мотках, если, как уже отме­чалось выше, частота комму­тации более чем на порядок превышает частоту основной гармоники. В этом случае при анализе можно заменить ШИП линейным источником синусоидального напряже­ния, не внося при этом по­грешности более 2-3%.

Очевидно, что приве­денная на рисунке структура устройства управления клю­чами инвертора может быть реализована и в настоящее время чаще всего реализует­ся с помощью цифровой об­работки информации микро­контроллером.

Структурная схема модели, соответствующей описанному процессу приве­дена на рис. 2.35 б). Здесь сохранение знака ошибки регистром на период такто­вых импульсов показано звеном, соответствующим аналого-цифровому преобра­зованию среднего значения с постоянной тактовой частотой - (1 - ерТ) / р.

Если различное отклонение формируемого тока от заданного значения не­желательно, то применяет ІІІИР. работающий в режиме «токового коридора» (рис. 2.36). Здесь сигналы управления ключами формируются двухпозиционны­ми реле с гистерезисом, на вход которых подаются сигналы ошибки формирова­ния фазного тока.

Изменение состояния реле происходит в том случае, если ошибка станет равной или боль­ше заданного значения гистере­зиса А. При этом состояние - іх< - А будет приводить к за­мыканию соответствующего не­четного ключа и следующего за этим возрастания тока в обмотке, а состояние > А - к замыка­

нию четного ключа и уменьше­нию тока. Таким образом, сред­нее значение фазного тока будет в точности соответствовать за­данному с ошибкой ±А, опреде­ляемой величиной гистерезиса релейного элемента (рис. 2.36 в).

Такое устройство называют так­же релейным усилителем мощно­сти.

В отличие от формирователя с постоянной тактовой частотой, здесь интервалы между коммута­циями отличаются друг от друга.

Это связано с тем, что изменения
тока под влиянием различных уровней ЭДС ротора на разных участках основной гармоники происходят с различной скоростью.

Таким образом, формирователь типа токового коридора обеспечивает рабо­ту с постоянной ошибкой формирования и переменной частотой коммутации, а формирователь с постоянной тактовой частотой - работу с переменной ошибкой формирования. Выбор типа формирователя определяется поставленной задачей, но переменная частота коммутации усложняет задачу выбора мощности преоб­разователя, т. к. именно этот параметр существенно влияет на величину потерь в ШИП. Увеличение частоты приводит к росту коммутационных потерь и требует увеличения мощности ПЧ.

Следует заметить, что рассмотренные выше структурные схемы и процессы работы формирователей тока соответствуют однофазной мостовой схеме инвер­тора с фазной обмоткой статора, подключенной к его выходу. В трехфазном ин­верторе в зависимости от состояния ключей на различных межкоммутационных интервалах будут действовать напряжения 0; ± Ud/3] ±2Ud/3. Это существенно усложняет анализ процессов в ШИР, но не влияет на основной результат. Если же требуется детальный анализ, то моделирование процессов нужно выполнять с помощью современных математических пакетов программ, позволяющих ими­тировать алгоритм работы инвертора при различных сигналах управления.