Исследование преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения

Рис.Система ИН–АД

а	б
Рис.Эквивалентные схемы: а – многокатушечной фазной обмотки статора АД; б – трехфазной обмотки статора АД

Обозначения параметров катушек: – сопротивление обмоточного провода, –индуктивность, – паразитная емкость, , – сопротивления учитывающие потери в диэлектрике и активные потери возникающие из-за протекания ВЧ токов в паразитных емкостях.

а	в
б	г
Рис. Частотные зависимости входных сопротивлений АД: а, б – активного, реактивного и полного сопротивления фаза–фаза; в, г – полных сопротивлений фаза–фаза, фаза–корпус
Рис. Эквивалентная схема плеча инвертора ПЧ

В схеме приняты обозначения: , , , , – паразитные параметры конденсаторов на входе АИН; , , , , – паразитные параметры проводов; , , – паразитные параметры IGBT–транзисторов.

СС и НС входных токов и определяются выражениями

; .

На выходе АИН СС фазных токов находятся из соотношения

,

Для НС составляющих токов протекающих в фазах схемы можно записать

, .

Для фазы А, при (3.59) принимает вид

.

а	б	в	г
Рис.Датчики для измерения НС и СС токов: а, б – на выходе АИН; в, г – на входе АИН	Рис. Направление протекания НС токов

а	б
в
Рис. Спектры помех по результатам моделирования: а – СС тока на выходе инвертора; б,в – НС тока на выходе и входе инвертора

а	б	в
г	д	е
Рис. Временные диаграммы по результатам моделирования (а,б,в) и экспериментальные осциллограммы (г,д,е) СС тока на выходе АИН, НС токов на выходе и входе АИН

Схема замещения асинхронного двигателя для высокочастотных гармоник

а	б
Рис. Схематическое изображение: а – катушки статора в пазах; б – поперечного сечения паза АД

Индуктивность катушки будет определяется выражением

,

где – индуктивность катушки из витков диаметром , – индуктивность одного витка с эквивалентным диаметром .

Контур, образованный витком катушки статора для дальнейших расчетов удобно заменить равновеликим прямоугольным.

.

Для случая катушки без магнитопровода можно записать

.

Внешняя индуктивность рассчитывается с учетом метода «частичных индуктивностей»

,

где , и , – соответственно собственные и взаимные частичные индуктивности прямоугольного контура образованного витком с радиусом .

Величина собственной индуктивности , мала и рассчитывается через удельную индуктивность прямого проводника круглого сечения при постоянном токе.

Для катушки без магнитопровода

.

Индуктивность катушки при наличии магнитопровода равна

;
.

Собственная индуктивность определяется при ; .

может определяться как индуктивность группы прямых параллельных проводников окруженных идеализированным цилиндрическим магнитным экраном

,

где – длина проводника, внешний диаметр экрана.

а	б
Рис. Частотные зависимости: а – индуктивностей катушек статора АД при наличии и отсутствии магнитопровода; б – отношений данных индуктивностей

Индуктивность реальной катушки статора АД с любым числом витков на любой частоте находится из выражения

,

где рассчитывается или определяется экспериментально.

Эквивалентирование обмоток рассматриваемых АД возможно, если известны их комплексные фазные сопротивления

.

а	б
в	г
Рис. Частотные характеристики активного, реактивного и полного сопротивлений катушки АД при отсутствии (а, в) и наличии (б, г) магнитопровода

а	б
в
Рис. Схемы замещения: а, б – катушек АД без магнитопровода и с магнитопроводом; в – П–образная для обмотки АД

Приближенно емкость равна

,

где – резонансная частота, определяемая экспериментально.

или ,

где , – реактивные проводимости индуктивных и емкостных ветвей (рис.3.20,а).

Резонансная частота

,

Эквивалентное активное сопротивление цепи при резонансе

,

где ; ; – активные проводимости ветвей схемы .

При учете потерь в стали значения и увеличиваются, а значения и снижаются по сравнению с принятыми для схемы.

Параметры реактивных элементов , , и определяются из системы уравнений

; ; ; ,

где и – угловые частоты, соответствующие двум максимумам на экспериментальной характеристике ; – результирующая индуктивность обмотки с магнитопроводом определяемая; – суммарная паразитная емкость, полученная при измерении реактивного сопротивления катушки на частоте выше резонансной.

; ; ; .

а	б
Рис. Частотные характеристики сопротивлений фаза–корпус АД: а – активного и реактивного; б – полного

.