Система электропривода

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В СИСТЕМЕ ПРЯМОГО УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ

Силовая часть преобразователя частоты в системах DTC выпол­нена аналогично другим системам. Преобразователь частоты включает в себя входной выпрямитель (управляемый или неуправляемый), фильтр на выходе управляемого выпрямителя и автономный инвертор. Автономный инвертор выполнен на полностью управляемых силовых полупроводни­ковых элементах. В качестве таковых используются, преимущественно, интегрированные схемы на основе биполярных транзисторов - IGBT (Int­egrated Gate of Bipolar Transistor) и на основе коммутируемых по затвору запираемых тиристоров - IGCT (Integrated Gate of Commutated Thyristor) [23]. Собственно инвертор в системах DTC представляет собой силовой электронный коммутатор, управляемый по определенному закону. Имен­но способ формирования коммутационной функции силовых электронных ключей автономного инвертора и является отличительной особенностью систем DTC.

В самом общем виде автономный инвертор, работающий на асинхронный двигатель, может быть представлен так, как показано на рис.1.1.

На схеме обозначено: КЭ1 ...КЭ6 - силовые электронные ключи. Силовые электронные ключи включены по трехфазной мостовой схеме и образуют катодную (КЭ1...КЭЗ) и анодную (КЭ4...КЭ6) группы. К входу постоянного тока инвертора приложено постоянное напряжение Ud. Линейные напряжения, прикладываемые к трехфазной обмотке асин­хронного двигателя АД, по амплитуде равны Ud. Ток Id в цепи постоянно­го тока по амплитуде равен фазному току двигателя 1ф. Фазные напря­жения Ua, Ub и Uc изменяются в зависимости от комбинации включенных электронных ключей КЭ.

Очевидно, что в рабочем состоянии инвертора одновременно мо­гут быть включены либо два, либо три электронных ключа. Включение одного любого ключа не создает контура для протекания тока в статорной обмотке двигателя. Одновременное включение более трех электронных ключей в любой комбинации приводит к короткому замыканию в цепи по­стоянного тока.

При одновременной работе двух электронных ключей одновре­менно включается по одному ключу анодной и катодной групп, разумеет­ся, в разных фазах. Таких комбинаций может быть шесть (табл.1.1).

В табл. 1.1 знаком (+) обозначены возможные комбинации включения электронных ключей, знаком (-) - недопустимые.

При одновременной работе трех электронных ключей одновре­менно включается один ключ анодной и два ключа катодной групп, или наоборот, разумеется, также в разных фазах. Таких комбинаций тоже может быть шесть, табл. 1.2.

Таблица 1.2

В табл.1.2 знаком (0) обозначено нейтральное состояние авто­номного инвертора, когда одновременно включаются три электронных ключа одной и той же группы (катодной КЭ1-КЭ2-КЭЗ или анодной КЭ4- КЭ5-КЭ6). Естественно, в таком состоянии инвертора контур для проте­кания фазного тока отсутствует, тем не менее, в ряде алгоритмов DTC- управления эти комбинации присутствуют, о чем будет сказано ниже.

Таким образом, автономный инвертор при DTC-управлении мо­жет принимать двенадцать устойчивых состояний, шесть из которых, при одновременной работе трех электронных ключей, считаются основными, а шесть, при одновременной работе двух электронных ключей - промежу­точными. При анализе систем прямого управления моментом электрон­ные ключи принимаются идеальными, то есть время перехода ключа из одного устойчивого состояния в другое считается пренебрежимо малым. Такое допущение корректно, поскольку собственное время срабатывания современных силовых полупроводниковых приборов не превышает 10 ре. При сделанном допущении результирующий вектор выходного напря­жения автономного инвертора переходит из одного положения в другое скачком, а в период между коммутациями электронных ключей - непод­вижен в пространстве. Другими словами, инвертор в системах прямого управления моментом является дискретным элементом.

Как известно [18], выражение для результирующего вектора на­пряжения в симметричных трехфазных системах с гармоническим харак­тером изменения фазных напряжений имеет вид:

Ua + Ub-e 3 +UC *е

Это же уравнение может быть с успехом использовано и для дис­кретных систем трехфазных напряжений, если рассматривать отдельные интервалы полного периода выходного напряжения инвертора - интерва­лы между коммутациями электронных ключей. В общем случае можно выделить 12 интервалов, как было показано выше. Внутри каждого ин­тервала фазные напряжения остаются постоянными, а, следовательно, и их векторная сумма также не изменяется. Внутри интервала фазную обмотку асинхронного двигателя можно считать подключенной опреде­ленным образом к источнику постоянного напряжения.