Електричний привод асинхронного двигуна

Електричний привод двигуна повинен задовольняти наступним вимогам:

- високий ККД;

- коефіцієнт потужності близький до одиниці;

- забезпечення необхідних режимів роботи.

В якості електроприводів асинхронних двигунів можуть бути використані дволанкові перетворювачі типу AC-DC → DC-AC або безпосередні перетворювачі частоти (БПЧ). БПЧ мають такі переваги:

- вільний енергообмін між мережею і двигуном (можливість рекуперації енергії);

- відсутність накопичення енергії у перетворювачі і мінімальний розмір реактивних елементів;

- мінімальний рівень вищих гармонік струму мережі і напруги на двигуні;

- можливість регулювання коефіцієнту потужності;

Топологія БПЧ наведена на рис. 1.

Рис. 1. Топологія БПЧ

Двонаправлені ключі БПЧ почергово під’єднують до кожної з фаз статора двигуна одну з фаз мережі таким чином, щоб напруги статора відповідали заданим вимогам. Частота роботи ключів складає десятки кілогерц, напруга кожної фази модулюються за законом ШІМ, що дозволяє звести до мінімуму спотворення форми напруги. Значне поширення отримали способи ШІМ, що не вимагають для своєї реалізації додаткових рівнів чи джерел напруг на вході перетворювача. При цьому розрізняють скалярну ШІМ, при використанні якої напруга кожної фази формується незалежно, і векторну ШІМ, яка формує просторовий вектор трифазної вихідної напруги. В другому випадку геометричним місцем точок просторового вектора вихідної напруги, який визначається на кожному періоді ШІМ, є годограф, що описує коло із заданою вихідною частотою перетворювача.

Для скалярної ШІМ виникає проблема отримання високих коефіцієнтів передачі напруги (коефіцієнт передачі 0.5-0.9). Використання векторної ШІМ дозволяє отримати напругу з максимальним коефіцієнтом передачі. В цьому випадку система ключів БПЧ може знаходитись у 27 різних положеннях. Шість з цих комбінацій відповідає формуванню векторів прямої і зворотної послідовності з комбінаційними частотами, рівними сумі або різниці частот модуляції і мережі живлення, а три комбінації – формуванню нульової напруги завдяки підключенні всіх фаз двигуна до однієї фази мережі. Таким чином для формування ненульових просторових векторів використовується 18 комбінацій. Загальноприйнятою є стратегія використання 12 комбінацій, для яких характерним є підключення навантаження БПЧ до двох із трьох лінійних напруг з максимальними у порівнянні з третьою напругою поточними миттєвими значеннями. Для ідентифікації вищевказаних напруг період мережі живлення розбивається на 6 60-градусних інтервалів згідно з рис. 2.

Рис. 2. Визначення двох фазних напруг з максимальним значенням

При використанні векторної ШІМ заданий вектор вихідної напруги можна отримувати багатьма способами. Така багатоваріантність, крім формування вихідної напруги, додатково враховувати декілька аспектів: забезпечення необхідної форми і фази вхідного струму, забезпечення безпечної комутації ключів, оптимізацію частоти комутацій.