Частотне управління асинхронним електроприводом є самим раціональним способом створення його пускових, регулювальних і гальмівних властивостей, порівнянних з аналогічними властивостями регульованого електроприводу постійного струму З теорією частотного управління, його проблемами та реалізацією можна ознайомитися, наприклад, в [4, 6, 8] Для реалізації цього способу управління використовуються автономні інвертори напруги (АШН), автономні інвертори струму (АІТ), безпосередні перетворювачі частоти (циклоконвертора) Найбільше застосування в поліграфії знайшли інвертори

Інвертування – процес перетворення постійного струму в змінний, який виконується пристроєм під назвою «інвертор» Таким чином, при існуючій промислової живильної мережі змінного струму інвертори являють собою пристрої з дворазовим перетворенням електричної енергії – спочатку синусоїдальна напруга змінного струму Незмінних частоти перетвориться в постійну напругу (В ланку постійного струму), а потім воно перетворюється в змінну несинусоїдальна напруга регульованої частоти Отже, інвертор як пристрій принципово повинен містити випрямляч, ланка постійного струму і сам інвертор В силу того, що частотне управління є взаємоповязане управління частотою і амплітудою напруги, що подається на навантаження, то в ньому повинна бути частина, регулююча амплітуду цієї напруги, і частина, яка зраджує його частоту, або ці дві функції повинна виконувати одна частина Принципова схема приведена на рис 51 У ній є:

– узгоджувальний трансформатор, у завдання якого входить узгодження параметрів трифазної мережі живлення з параметрами навантаження (у даному випадку з номінальними даними асинхронного двигуна)

керований випрямляч UZ, що змінює напругу на вході ланки постійного струму

– ланку постійного струму, яке згладжує пульсації випрямленої напруги і накопичує возвращаемую навантаженням енергію, визначаючи вхідна напруга інвертора, а тим самим амплітуду вихідного напруги інвертора

– інвертор, що задає частоту вихідного несинусоидального напруги шляхом певного алгоритму перемикання напівпровідникових вентилів VS1 .. VS6

– міст поворотного струму VD1 .. VD6, що дозволяє навантаженні обмінюватися енергією з ланкою постійного струму

Рис 51 Принципова схема

По виду навантаження і співвідношенню потужностей інвертора і живильної мережі інвертори поділяються на незалежні (автономні) і залежні (ведені мережею) Автономний інвертор працює на автономну навантаження, що не містить джерел активної енергії тієї ж частоти, що і вихідна частота інвертора При цьому частота, напруга і його форма на виході автономного інвертора визначаються режимом роботи інвертора Ведений мережею (залежний) інвертор віддає енергію в мережу змінної напруги, в якій вже існують джерела активної енергії зі значно більшою потужністю в порівнянні з отдаваемой інвертором і напругою тієї ж частоти, що і вихідна частота інвертора Режим роботи такого інвертора не впливає на параметри вихідної напруги За типом комутації інвертори (автономні і залежні) діляться на інвертори з природною комутацією та інвертори з примусовою комутацією

Автономний інвертор – це комутатор, який по черзі за допомогою напівпровідникових ключів підєднує фази навантаження (наприклад, обмотки статора трифазного асинхронного електродвигуна) до позитивного і негативного полюсів джерела постійного струму (до ланки постійного струму) Частота перемикань визначає частоту вихідного напруги інвертора (рис 52)

Рис 52 Епюри напруги при різній його частоті на виході інвертора Пунктирними лініями позначені моменти перемикання ключів

інвертора

Залежно від режиму роботи джерела постійного струму і особливостей протікання електромагнітних процесів автономні інвертори можна розділити на інвертори напруги та інвертори струму Автономний інвертор напруги – це інвертор, форма напруги на виході якого визначається тільки порядком перемикання вентилів інвертора, а форма струму залежить від характеру навантаження Харчування автономного інвертора здійснюється від джерела напруги При роботі такого інвертора на реактивну навантаження повинна бути забезпечена можливість обміну реактивної енергією між навантаженням і джерелом постійної напруги Автономний інвертор струму – це інвертор, на виході якого форма струму визначається тільки порядком перемикання вентилів інвертора, а форма напруги залежить від характеру навантаження Харчування інвертора цього типу повинно виконуватися від джерела струму Переклад випрямляча в режим регульованого джерела струму при роботі на інвертор струму досягається або шляхом включення згладжує реактора великої індуктивності, або за допомогою охоплення випрямляча сильної негативним зворотним звязком по струму і використання згладжує реактора, індуктивність якого достатня для згладжування пульсацій випрямленого струму Перший спосіб збільшує вагогабаритні показники і інерційність перетворювача, тому найбільш раціональним слід вважати другий спосіб Для автономного інвертора напруги характерні однозначна залежність вихідної напруги від вхідного і практична незалежність вихідної напруги від зміни навантаження і її коефіцієнта потужності Це обумовлює його переважне використання для створення частотнорегульованого електроприводу При використанні інвертора напруги в генераторних режимах двигуна збільшується напруга в ланці постійного струму (на вході інвертора) порівняно з випрямленою напругою іі > Ud, але не змінюється його полярність З цієї причини виявляється неможливим передача енергії в живильну мережу через випрямляч в силу його односторонньої проводь-

мости, іншими словами, автономний інвертор не прозорий для зворотного потоку електричної енергії Ця енергія накопичуватиметься в ланці постійного струму і призведе до неприпустимого підвищення напруги на конденсаторі фільтра Для передачі енергії з ланки постійного струму в мережу необхідно ввести інвертор, ведений мережею Це все формує недоліки автономного інвертора напруги: велика встановлена потужність і відповідно велика маса і габарити конденсаторного фільтра на вході інвертора необхідність введення додаткового інвертора, веденого мережею велика кількість силових вентилів велика інерційність каналу регулювання напругою у випадку встановлення великого фільтра в ланці постійного струму можливість виникнення автоколивань в системі перетворювач – двигун за рахунок взаємного обміну ними енергією Прийом повернення енергії в живильну мережу інвертором, веденим мережею, не знайшов практичного застосування в поліграфії для частотно-регульованих електроприводів Зазначена енергія зазвичай розсіюється в ланцюгах з активним опором, організованих для гальмівних режимів

Всі автономні інвертори класифікуються за способом комутації струму на три групи:

– інвертори на повністю керованих ключах (транзистори)

– інвертори з штучною комутацією Основним елементом блоку комутації є конденсатор, попередньо запасені енергія якого використовується для виключення вентилів

– інвертори з комутацією вентилів за рахунок енергії додаткових імпульсних або високочастотних джерел

Інвертори першої та другої груп найпоширеніші Інвертори другої групи за характером і організації процесу комутації можуть бути розділені на інвертори з одноступеневою комутацією або інвертори з двоступеневою комутацією Під одноступінчастої розуміється комутація, при якій струм, що протікає через тиристор, перед його вимкненням перекладається на включающийся робочий тиристор другий фази або на включающийся тиристор власної фази, причому процеси виключення одного робочого тиристора і включення іншого відбуваються одночасно Під двоступеневої розуміється комутація, яка здійснюється за допомогою допоміжного комутуючого тиристора Робочий тиристор вимикається при включенні комутуючого тиристора При цьому утворюється контур, змінює полярність напруги на вимикаю тиристорі Включення наступного робочого тиристора виробляється і відбувається незалежно від процесу комутації в вимикаю тиристорі, але зазвичай по закінченні цього процесу

Інвертори можуть бути розподілені по підгрупах:

– інвертори з междуфазовая комутацією мають комутаційний блок, що забезпечує поперемінним комутацію тиристорів двох фаз

– інвертори з пофазної комутацією забезпечують попеременное перемикання тиристорів однієї фази, незалежно від процесів в інших фазах

– інвертори з груповою комутацією містять комутаційний вузол для виключення всіх тиристорів однієї групи (анодної або катодного)

– інвертори із загальною комутацією мають один комутаційний блок, використовуваний для виключення всіх тиристорів

– інвертори з індивідуальною комутацією забезпечують вимикання кожного тиристора незалежно від стану інших робочих тиристорів

– інвертори, в яких в якості силових вентилів використовуються транзистори або повністю керовані тиристори

Істотний вплив на властивості інвертора надає алгоритм комутації його тиристорів (транзисторів) або тип управління інвертором, що визначає тривалість проводить стану вентелей:

– тривалість проводить стану, рівна 2/3 напівперіоду вихідної частоти напруги (120-градусне управління)

– тривалість проводить стану, рівна півперіода вихідної частоти напруги (180-градусне управління)

– з довільною (протягом напівперіоду) тривалістю проводить стану, фіксованою або багаторазовою, змінною по якому-небудь закону протягом напівперіоду вихідної частоти напруги

У інверторах з міжфазних комутацією можливо лише 120-градусне управління, форма вихідної напруги при цьому залежить від коефіцієнта потужності навантаження Гідність інверторів з міжфазних комутацією – Простота силової схеми і системи управління Область застосування – електропривод невеликої потужності і високошвидкісний електропривод, де коефіцієнт потужності навантаження маленький У інверторах із загальною і групової комутацією можливий режим управління з довільною, але фіксованої для напівперіоду вихідної частоти, тривалістю включеного стану тиристорів Це досягається через одночасне вимикання тиристорів у всіх фазах Такий режим може бути використаний для широтного регулювання вихідної напруги інвертора Перевагою інвертора з даним видом комутації є незалежність форми вихідної напруги від коефіцієнта потужності навантаження Недоліками – обмеженість режимів управління, провали в вихідній напрузі (при комутації тиристорів) і висока частота комутації загального блоку комутації Область застосування – це низькочастотні перетворювачі для електроприводів малої і середньої потужності Найбільш універсальними щодо застосування, регулювальним властивостям і режимам управління є інвертори з фазною комутацією Вони можуть працювати при будь-якому алгоритмі перемикання тиристорів і дозволяють реалізувати широтно-імпульсне регулювання, а також Широтноімпульсна одно-і двухполярную модуляцію вихідної напруги Ускладнення силових схем і систем управління можна вважати недоліком інверторів такого типу Дуже важливою характеристикою інвертора будь-якого типу є комутаційні втрати Вони залежать від схеми інвертора, від організації процесу комутації, від її типу і використовуваних блоків Втрати на комутацію визначають ККД перетворювача і його працездатність Якість процесу комутації та комутаційні втрати визначаються в результаті аналізу електромагнітних процесів в інверторах [4] Комутаційні втрати в інвертора, в схемних рішеннях яких застосовуються транзистори або повністю керовані тиристори, визначаються динамічними властивостями використовуваних приладів

Успіхи технології напівпровідникової техніки призвели до створення ключів, що володіють якісної керованістю з високими динамічними властивостями і незначними втратами в цих процесах (див розділ 1), тому в сучасних перетворювачах різного призначення використовуються IGBT, тиристор, що замикається GTO або інтегрований керований коммутирующий тиристор IGCT Класична схема автономного інвертора напруги буде виглядати так, як показано на рис 53

Рис 53 Схема автономного інвертора

У цій схемі як регулююча напруга в ланці постійного струму частина (керований випрямляч), так і частина (інвертор), що змінює частоту вихідної напруги, виконані на IGBT Із зазначених вище алгоритмів комутації ключів інвертора зупинимося на 180-градусному управлінні, оскільки воно одне з раціональних, при якому в кожну шосту частину періоду вихідної напруги інвертора включені завжди три ключа Це призводить до постійного приєднанню фаз навантаження до джерела живлення та постійному протіканню по них струму навантаження Звязок навантаження з джерелом живлення виконується або через включений силовий транзистор (Кут θιτ) або через діод поворотного струму (кут Від, рис 54) Тривалість включеного стану ключа при такому алгоритмі Θ = π Алгоритм їх перемикання протягом періоду вихідної напруги має вид

Відповідно до наведеного алгоритмом на рис 55 показано формування напруги і дана при цьому конфігурація зєднань обмоток статора двигуна

Р і с 54 Е пюри н апряж е ня та струму і не ертор а з 18 0-гр пеклі з н и м угл ом упр авле н ия його ключ ами

Електромагнітні процеси в инвертор поділяються на робочі і комутаційні Робочі процеси повязані з протіканням в елементах інвертора струму навантаження

Рис 55 Алгоритм формування напруги на обмотках статора

двигуна при Θ = 180 °

Комутаційні процеси повязані з включенням / відключений-ням силових ключів (в даному випадку транзисторів) При аналізі формування вихідної напруги інвертора будуть прийняті до уваги тільки робочі процеси Розглянемо їх на прикладі роботи схеми інвертора при включених ELI, EL2, Е73 (рис 56) У цій схемі роль діодного моста поворотного струму ED1 .. ED6 виконують діоди, присутні в структурі IGBT, використовуваних для побудови схеми інвертора Відповідно до вищенаведеного алгоритму для отримання зазначеної схеми вимикається транзистор EL6, а включається Е73, що призводить до зміни полярності напруги на обмотці фази В навантаження з відємного значення на позитивне В силу індуктивного характеру навантаження та наявності ЕРС обертання в її фазах струм цієї фази не може миттєво змінити свій напрямок

Рис 56 Основна схема

Під дією нового значення прикладеної напруги струм цієї фази починає зменшуватися Діюча в обмотці ЕРС обертання створює допоміжні контури з елементів схеми інвертора, по яких протікає струм /0б, що виробляє обмін електромагнітної енергією між фазами навантаження (у розглянутому випадку за рахунок відкрився діода D3 між фазами А і В), і струм Дозвр, який повертає запасені електроприводом енергію за допомогою ЕРС обертання при її значенні більшому, ніж напруга на вході інвертора 7 /і в конденсатор З ланки постійного струму (у розглянутому випадку за рахунок відкрилися діодів VD3 і 7714) Після зменшення струму фази до нуля він починає зростати і протікати в напрямку, відповідному прикладеної полярності напруги 17і Протікання вищеописаних процесів ілюструється рис 57 Аналогічним чином протікають процеси при перемиканні інших транзисторів

Рис 57 Схема з траєкторіями струму інвертора струму двигуна Ггщ, струму повернення струму обміну

Епюри напруги на виході інвертора, що формуються зазначеним алгоритмом перемикання транзисторів інвертора і прикладаються до фаз навантаження, наведено на рис 54 Форма вихідної напруги на фазі не залежить від коефіцієнта потужності навантаження (0 Harp < 1) · Аналіз значень напруг, прикладених до фази навантаження, при рівності опорів обмоток всіх її фаз дозволяє сказати, що напруга на фазі може бути рівним 1/3 іі або 2/3 / / . Ці зміни здійснюються стрибком через кожну одну третину напівперіоду вихідної напруги Епюри напруги та струму, що характеризують роботу такого інвертора, зображені на рис 54 З нього видно, що ці фізичні величини Несинусоїдальні, це в кінцевому рахунку виливається в нерівномірність електромагнітного моменту і швидкості двигуна і негативно позначається на роботу механізму Одним із способів усунення такого недоліку в роботі інвертора є використання третього алгоритму комутації його силових ключів, а саме, широтно-імпульсна модуляція вихідної напруги інвертора При чому на цей вид модуляції покладається регулювання амплітуди вихідної напруги, що є обовязковою для частотного управління

Дамо невелику інформацію про способи регулювання напруги в перетворювачах Основним способом регулювання амплітуди вихідної напруги в перетворювачах постійного і змінного струму залишається фазовий управління або широтно-імпульсним регулювання

Перевагами фазового способу є:

– можливість використання для будь-якого типу інвертора з будь-яким видом комутації та алгоритмом перемикання вентилів

– незалежність форми вихідної напруги від напруги на вході інвертора

– широкий діапазон регулювання

Широтно-імпульсне регулювання в ланцюзі постійного струму призводить до додаткового перетворенню енергії, зниження ККД і ускладнення перетворювача Крім цього широтно-імпульсний перетворювач володіє однобічну провідність енергії, що перешкоджає його застосуванню в приводах, що працюють в генераторному режимі Тому для амплітудного регулювання постійної напруги використовуються керовані випрямлячі Недоліками їх є низький коефіцієнт потужності для живильної мережі, необхідність фільтрації вихідної напруги, що збільшуються вагогабаритні показники і знижує динамічні властивості перетворювача Крім того, застосування керованих випрямлячів в автономних інверторах, силовими ключами яких є тиристори, призводить до того, що при зменшенні напруги на вході інвертора зменшується початкова напруга на комутуючих конденсаторах інвертора Це знижує коммутационную стійкість, а у звязку з цим вимагає або збільшення ємності комутуючих конденсаторів, або спеціальних пристроїв – все це ускладнює схему інвертора Інші використовувані способи регулювання амплітуди вихідної напруги повязані з суміщенням функції регулювання напруги і частоти в самому інверторі Оскільки в результаті цього створюється складний алгоритм перемикання ключів інвертора, він може бути реалізований в інверторах на повністю керованих вентилях (транзисторах) або в інверторах з двоступеневою комутацією

Відомо три таких способи:

– широтне регулювання

– широтно-імпульсне регулювання

– широтно-імпульсна одно-і двополярного модуляція

Перший спосіб найбільш простий і полягає в зміні тривалості проводить стану всіх вентилів інвертора при фіксованих моментах їх включення При зміні тривалості проводить стану вентилів від π до нуля амплітуда першої гармоніки вихідної напруги змінюється від максимального значення до нуля Однак при цьому різко зростають амплітуди вищих гармонік напруги та струму, що призводить до різкого збільшення втрат в двигуні, нерівномірності обертання його вала в результаті коливань електромагнітного моменту

Широтно-імпульсне регулювання і широтно-імпульсна модуляція володіють кращими показниками зміни напруги Сутність цих способів полягає у формуванні напівперіоду вихідної напруги з однополярних або двополярного імпульсів із змінною шпаруватістю (або шириною) При цьому змінюється амплітуда першої гармоніки, вищі гармоніки мають великі номери і добре згладжуються фільтруючими властивостями двигуна Різниця між цими способами полягає в тому, що при широтно-імпульсному регулюванні задана шпаруватість однополярним імпульсів залишається незмінної (не в перехідних процесах) протягом напівперіоду вихідної напруги, а при широтноімпульсної модуляції – шпаруватість однополярних або ширина двополярного імпульсів безперервно змінюється по деякому закону

Всі вищевикладені проблеми створення частотнорегульованих електроприводів на основі автономних інверторів напруги призвели до однієї основної схемою, в якій є некерований випрямляч, ланку постійного струму з пристроєм поглащения повертається електроприводом запасеної енергії або без нього, інвертор з широтно-імпульсною модуляцією вихідної напруги за синусоїдальним законом, епюри якій для двухполярной модуляції наведено на рис 58 Принцип широтно-імпульсної модуляції дозволяє одним пристроєм (інвертором) виконати і зміна середнього значення амплітуди вихідної напруги, і регулювання його частоти Період вихідної напруги розбивається на велику кількість інтервалів малої тривалості At, на яких створюються два різнополярних імпульсу напруги длительностями Δt \ і Δ /2 Якщо тривалості позитивного і негативного імпульсу однакові, то середнє значення напруги на інтервалі At дорівнює нулю В іншому випадку отримують позитивне або негативне середнє значення напруги, пропорційне модулю різниці тривалості цих імпульсів – ± | At \ Δ /2|

Рис 58 Епюри напруги і струму при широтно-імпульсної модуляції ФЗД ^-кут, що характеризує індуктивний характер навантаження

Коли тривалість одного з імпульсів дорівнює нулю, отримують максимальне значення середньої напруги, рівного вхідному напрузі інвертора Широтно-імпульсна модуляція зменшує вищі гармонійні складові в вихідній напрузі інвертора і тим самим формує форму струму в навантаженні, що наближається до синусоїди Точність апроксимації синусоїди підвищується з збільшенням частоти комутації силових ключів інвертора У сучасних АІН співвідношення між длительностями At \ і At2 на відрізках At, розташованих на напівперіоді вихідної напруги, розподіляється за синусоїдальним законом, що ще більше сприяє синусоидальности струму навантаження, а частота комутацій силових ключів досягає 20 кГц

Розглянуте формування напруги використовується в випускаються промисловістю інверторах практично всіх країн Узагальнена функціональна схема такого інвертора приведена на рис 59 і має традиційне побудова: некерований випрямляч (одне або трифазний залежно від потужності перетворювача) / / -Фільтр (ланка постійного струму) інвертор на IGBT драйвери для управління ними мікроконтролерна або мікропроцесорна система управління інвертором пристрій вводу / виводу, що звязує АІН із зовнішніми керуючими впливами

Рис 59 Функціональна схема електроприводу з АЙН

При розгляді робочих процесів інвертора було звернуто увагу на те, що асинхронний двигун в різних режимах, особливо в гальмівних, з різною інтенсивністю обмінюється з ланкою постійного струму своєю енергією Ця енергія накопичується в конденсаторі фільтра, підвищуючи напругу на вході інвертора Щоб усунути цей недолік, доцільно возвращаемую енергію розсіювати на активному опорі Для цього в схемі інвертора є додатковий IGBT (17-чопер), який по команді системи управління підключає паралельно входу інвертора активний опір / (·,, що гасить надмірну енергію навантаження

Управління такими АПН безумовно виконується мікроконтролером або мікропроцесором, оскільки, крім простого перемикання силових ключів інвертора, необхідно виконувати певні закони частотного регулювання Як згадувалася в [8], є різні закони, які в основному визначаються вимогами моменту або швидкості, наприклад закон збереження перевантажувальної здатності електродвигуна або закон компенсації падіння напруги на активному опорі обмоток статора двигуна Ці закони або заносяться в память мікроконтролера або мікропроцесора, або формуються на підставі завдань управління і сигналів зворотних звязків від датчиків координат технологічного процесу, технологічної машини і електроприводу

Розглянутий спосіб формування вихідного ШІМ-напруги інвертора покладений в основу, наприклад російських багатофункціональних, «інтелектуальних» пристроїв управління низьковольтними (до 440 В) електродвигунами змінного струму, асинхронними і синхронними, потужністю від 1 до 400 кВт Вони призначені для регульованого приводу механізмів і технологічних процес-

сов з самими різними вимогами до параметрів регулювання та умовам експлуатації, починаючи від насосів і вентиляторів і закінчуючи високоточними верстатами і следящими системами

Перетворювачі та комплектні електроприводи серії ЕПШ відрізняються:

– істотно більш широкої областю використання, що включає обєкти, що вимагають застосування швидкодіючого широкодиапазонного електроприводу змінного струму, електроприводу з високою якістю двостороннього обміну енергією з мережею живлення, а також високоякісного електроприводу без датчиків

– поліпшеними показниками регулювання швидкості (швидкодією, діапазоном)

– поліпшеними масогабаритними та енергетичними характеристиками

– більш високими показниками надійності, досягнутими за рахунок підвищення ступеня інтеграції і показників надійності окремих компонентів

– широким набором вхідних і вихідних сигналів

– істотно розширеними функціями інтерфейсу і підвищенням продуктивності інтерфейсних каналів

– введенням розвинених функцій програмування користувачем для вирішення різноманітних технологічних задач

Серед нових режимів і можливостей відзначимо наступні:

– режим адаптації до зміни активних опорів двигуна, що забезпечує інваріантність характеристик приводу до температурних змін опорів статора і ротора

– автоматична настройка електроприводу на задані динамічні характеристики (час регулювання, смуга пропускання контуру швидкості, вид перехідного процесу) з можливістю оптимального налаштування по Баттерворта і на монотонний процес, відповідної біноміальному розподілу коренів характеристичного полінома контуру швидкості можливість наступної точного підстроювання в ручному режимі за допомогою тестових вхідних сигналів і настроювальних рекомендацій

– розширення числа параметрів приводу, що визначаються в результаті процедури автоналаштування, і підвищення її точності в результаті виконання автоналаштування асинхронного електроприводу визначаються активні опору статора і ротора, індуктивність розсіювання і взаємна індуктивність, момент інерції, за якими проводиться розрахунок базових значень всіх параметрів і коефіцієнтів системи керування електроприводом при заданих показниках якості регулювання

– реалізація програмно-структурної системи управління, що дозволяє працювати в замкнутому контурі регулювання швидкості або моменту повний мінімальний цикл розрахунку контуру швидкості 100 мкс, контуру моменту 50 мкс

– алгоритм автоматичної фазировки датчика швидкості / поло-ження виключає необхідність перемикань при узгодженні вихідних сигналів з напрямком обертання

– наявність двох вбудованих комунікаційних портів (/ / 7-232/485 і CAN) за підтримки стандартних протоколів звязку (MODBUS і ΟΛ-Open) дозволяє вбудовувати електроприводи в локальні інформаційно-керуючі мережі, АСУ

ТП та інші складні системи, не вимагаючи при цьому витрат часу на освоєння специфічних засобів комунікації

– чотири незалежні набору параметрів можуть активізуватися апаратно або програмно для різних способів застосування і при змінах зовнішніх умов роботи обєкта управління

– програмована частота модуляції (2 .. 20 кГц) дозволяє для будь-яких застосувань знаходити оптимальне співвідношення між шумами, вібраціями двигуна і додатковими втратами в системі «перетворювач – Двигун »

– широкий набір аналогових і цифрових входів-виходів з можливістю їх перепрограмування та нарощування шляхом підключення додаткових модулів

– пульт ручного управління виконується вбудованим в корпус перетворювача або знімним (для установки на дверцятах шафи або пульті оператора)

– різні виконання інтерфейсної плати забезпечують підключення датчиків швидкості-положення з різними типами сигналів: імпульсних, сінуснокосінусних, резольвер

В якості додаткових опцій можуть підключатися:

– режим адаптації до зміни параметрів механічної частини приводу, що забезпечує інваріантність характеристик приводу до зміни моменту інерції і моменту навантаження

– компенсація динамічних неідеальних силових ключів перетворювачів енергії (затримок включення і виключення), що забезпечує мінімізацію впливу цих ефектів на характеристики електроприводу, особливо на малих швидкостях і при високих частотах модуляції

– режим підвищеного енергозбереження, що забезпечує мінімізацію споживаної приводом енергії при випадковому характері зміни навантаження

– режим гальмування постійним струмом, що забезпечує фіксацію вала на нульовій швидкості і ефективне гальмування без відводу енергії в ланку постійної напруги

– режим «самопідхоплення» приводу на заздалегідь невідомої швидкості, який реалізує автоматичний пошук рівня швидкості і плавне входження в роботу при включенні приводу з обертовим валом двигуна режим актуальний, зокрема, в електроприводах з великими моментами інерції при повторному включенні в роботу після короткочасного зникнення напруги живлення

– режим програмування і налаштування електроприводу за допомогою персонального компютера

– режим позиціонування валу

– можливість оновлення програмного забезпечення перетворювачів самим користувачем без демонтажу обладнання

– програмні макроси, які призначені для вбудовування електроприводу в специфічні технологічні процеси (управління багатонасосні станцією, станцією управління ліфтами, управління механізмами з пружною механікою, управління натягом намотувальних механізмів, багатозвязна, багатодвигунний електропривод з узгодженням по швидкості, моменту або кутовому положенню й інші застосування по специфікації замовника)

– режим граничної перевантажувальної здатності приводу, що дозволяє істотно підвищити перевантажувальну здатність перетворювача по струму в межах

того ж типорозміру за рахунок підключення теплової моделі елементів IGBT-модуля

Серія ЕПШ включає в себе наступні виконання:

– асинхронний електропривод без датчиків потужністю 3 .. 110 кВт, призначений для механізмів з діапазоном регулювання швидкості до 50, не предявляють підвищених вимог до швидкодії і точності регулювання швидкості

– перетворювачі частоти потужністю 1 .. 55 кВт з адаптивно-векторним керуванням для високоефективних широкодіапазонних асинхронних і синхронних електроприводів, призначених для механізмів з підвищеними вимогами до статичних і динамічних характеристиках (приводи головного руху і подач металорізальних верстатів з діапазоном регулювання швидкості від 1000 до 100 000 і смугою пропускання контуру швидкості до 100 Гц і більше)

– векторний асинхронний і синхронний електроприводи без датчика на валу двигуна, що забезпечують високі динамічні характеристики в діапазоні регулювання швидкості 100 призначені для механізмів, предявляють підвищені вимоги до динаміки, у яких внаслідок технологічних особливостей установка датчика на вал двигуна не передбачається (екструдери, дробарки та інші механізми хімічної та гірничорудної промисловості, тягові електроприводи транспортних засобів)

– рекуперативний випрямляч потужністю 15 .. 55 кВт з векторною системою управління, призначений для застосування в перетворювачах з ланкою постійної напруги, що реалізує функцію вільного двонаправленого обміну енергій між мережею живлення і навантаженням з високими енергетичними характеристиками і показниками електромагнітної сумісності характеризуються синусоїдальним мережевим струмом і регульованим коефіцієнтом потужності, який може встановлюватися рівним 1, а також «випереджаючим» або «відстаючим» область застосування – електропривод механізмів, значний час працюють в гальмівних режимах: підйомно-транспортні механізми, верстати, що працюють в режимах частих циклів розгін-гальмування, механізми з великими моментами інерції

Основні характеристики перетворювачів частоти серії ЕПШ

Потужність, кВт ………………………………………. …………………… 1 .. 110

Напруга живлення, В …………………………………….. …… 380 +10 / -15%

Робочий діапазон частот, Гц …………………………………….. ………. 0 .. 400

Частота модуляції, кГц ……………………………………… ……………… 2 .. 20

Допустиме перевантаження по струму ………………… λ / = 1,5 протягом 30 з

з типовим двигуном ……………………. λ / = 2 протягом 5 з

Діапазон регулювання швидкості електроприводу:

з датчиком швидкості ………………………………………. ………> 10 000

без датчика швидкості ………………………………………. ……………….> 50

Управление……………………………………………………………………………… адаптивно-векторне

Входи ізольовані:

аналогові .. 2 (4 .. 20мА), 2 (± 10 В)

цифрові .. +12 вільно програмованих

вхід .. терморезистора двигуна

вхід .. імпульсивного датчика

швидкості-положення з дублюванням сигналу

Виходи ізольовані програмовані:

2 канали ЦАП

2 канали .. імпульсних

4 канали … логічних транзисторних

2 канали .. релейних

Комунікаційні порти:

7/5232/485 (протокол MOD BUS) (ізольовані)

CAN (протокол CATV-Open)

Взаємозвязок основних функціональних вузлів електроприводу показана на функціональній схемі рис 510

Рис 10 Травня Функціональна схема

Рис 510 Функціональна схема електроприводу (продовження)

Силовий модуль призначений для перетворення мережевої напруги постійної частоти в змінну по амплітуді і частоті напруги живлення виконавчого двигуна

Силовий модуль включає такі основні елементи:

трифазний мостовий випрямляч (випрямляч) з варисторних обмежувачем перенапруги і Помехоподавляющие фільтром на вході

трифазний мостовий випрямляч (випрямляч) з варисторних обмежувачем перенапруги і Помехоподавляющие фільтром на вході

– ємнісний фільтр ланки постійної напруги (фільтр)

– трифазний мостовий / (77/У-інвентор

– вузол збору енергії гальмування (УРЕ), що складається з транзисторного IGBT-чоппера і зовнішнього баластного резистора

– драйвер силових ключів, що забезпечує керування затворами IGBT, формування сигналів захистів і гальванічну розвязку силових і керуючих ланцюгів

– вентилятор, керований у функції сигналу температури силового модуля

вузол подзаряда ємності фільтра, що забезпечує обмеження струму заряду і плавне наростання напруги на конденсаторах

Система датчиків формує нормовані сигнали зворотних звязків з гальванічною розвязкою силових і керуючих ланцюгів і включає:

– датчик напруги VD, що складається з резистивного дільника і ізолюючого підсилювача з оптронной розвязкою, встановлений в ланці постійної напруги

– датчик струму CD1, С 1) 2, встановлений у двох вихідних фазах інвертора

– датчик температури силового блоку, що складається з / V/0-резістора, встановленого в силовому модулі, і ізолюючого підсилювача (в перетворювачах з вихідним струмом 50 А і більше датчики є в кожному з силових модулів інвертора і випрямляча)

– терморезистор захисту двигуна (/ ^ / (-резистор) зі схемою компаратора і оп-тронній розвязкою

– інкрементальний датчик кутових переміщень, встановлений на валу виконавчого двигуна

Блок живлення кіл управління перетворює випрямлена мережеве напруга в стабілізовану напругу +5 В для живлення цифрової частини системи управління, ± 5 В – для живлення аналогової частини системи управління, +12 В – для живлення вентиляторів, ізольоване джерело +24 В – для живлення драйвера

Система управління складається з мікропроцесорного ядра, інтерфейсного модуля і пульта ручного управління Процесорний ядро ​​утворено двома 16 – розрядними мікроконтролерами Службовий контролер (Host controller FUJITSU MB90F598) виконує завантаження програм, обслуговування пульта ручного управління, комунікаційних портів, вхідних і вихідних сигналів інтерфейсу, взаємодіє з контролером управління двигуном (Motor controller ADMC401), виконаний на базі DSP, обробляє сигнали системи датчиків, виконує алгоритми розрахунку регуляторів, управляє силовим модулем і обслуговує «швидкі» захисту електроприводу Інтерфейсний модуль включає набір засобів взаємодії із зовнішніми керуючими пристроями Він складається з аналогового інтерфейсу, цифрового інтерфейсу, таймера реального часу і інтерфейсу датчика швидкості / положення Пульт ручного управління дозволяє виконати процедури перегляду, редагування параметрів електроприводу, запуску і контролю режимів його роботи У виконаннях з виносним пультом управління діагностика стану електроприводу додатково виконується за допомогою світлодіодного індикатора на лицьовій панелі блоку На спрощеній структурній схемі системи управління асинхронним електроприводом з датчиком швидкості / положення (рис 511) показано основні реалізовані програмно блоки з параметрами, доступними для перегляду і редагування за допомогою пульта ручного керування або по каналу звязку із зовнішнім керуючим пристроєм

Система адаптивно-векторного керування приводом синтезована на основі рівнянь динаміки асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, записаних щодо струму статора і потокозчеплення ротора в синхронній ортогональній системі координат (<2, q), орієнтованої за вектором потокозчеплення ротора. Це дозволяє роздільно керувати потокозчеплень і електромагнітним моментом двигуна в каналах регулювання реактивної (Ц) і активної (Iq) Складових струму статора Структура, параметри і алгоритм роботи регуляторів струму статора, швидкості і протівоедс синтезовані на основі принципів підлеглого регулювання з урахуванням дискретного характеру процесів, з компенсацією впливу перехресних звязків та структурної лінеаризацією контурів регулювання (рис 512) Регулятор швидкості отримує напруга завдання за швидкістю <