Современный частотно-регулируемый электропривод состоит из асинхронного или синхронного электродвигателя и частотного регулятора. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение какой-либо механизм (транспортер, вентилятор, насос и т.п.).
Частотный регулятор управляет электродвигателем, и на его выходе формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.
Основная проблема, возникающая при разработке частотного регулятора, состоит в необходимости изменять вместе с частотой и эффективное значение подаваемого на обмотки двигателя напряжения. Дело в том, что со снижением частоты переменного тока уменьшается индуктивное сопротивление обмотки, что приводит к недопустимому возрастанию протекающего по ней тока. Чтобы избежать перегрева обмотки и насыщения магнитопровода статора, необходимо снижать напряжение питания двигателя при снижении частоты.
В классической схеме частотного регулятора изменение напряжения (в зависимости от частоты) производится с помощью широтно-импульсного способа (ШИМ). При этом на вход инвертора частотного регулятора подается полное напряжение аккумуляторной батареи. При малых значениях синусоиды генерируются узкие импульсы, содержащие небольшое количество энергии. Ближе к максимуму синусоиды ширина импульсов увеличивается. После прохождения максимума ширина импульсов снова уменьшается до нуля.
Аналогичный процесс наблюдается и при отрицательных значениях синусоиды, меняется только полярность напряжения. Весь этот процесс происходит при больших частотах, достигающих десятков килогерц, что, по мнению специалистов, приводит к преждевременному выходу из строя аккумуляторной батареи.
В предлагаемой схеме (рис.1) регулирование происходит таким образом, что напряжение на входе инвертора регулируется ступенчато, а частота задающего генератора блока формирователя трехфазной последовательности и обороты двигателя изменяются плавно. Схема устройства состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть устройства выполнена на трех биполярных транзисторных полумостовых модулях Т1-Т2, ТЗ-Т4, Т5-Т6, соединенных в трехфазный мост-инвертор. Вход инвертора через автоматический выключатель QF подключается к источнику постоянного напряжения, который состоит из 12-ти батарей Bat1-Bat12. Для получения необходимого напряжения батареи Bat1-Bat2, Bat3-Bat4, Bat5-Bat6, Bat7-Bat8, Bat9-bat10, Bat11-Bat12 соединены последовательно.
Рис. 1
К каждой паре указанных батарей подключено устройство типа «КОЛДУН», которое выравнивает напряжение на каждой батарее во время зарядки аккумуляторов.
С помощью контакторов К1-К6 и командоаппарата КА производится ступенчатое регулирование напряжения на входе инвертора. Потенциометр RP1, ось которого связана с осью КА, регулирует плавно частоту напряжения на выходе инвертора.
При замыкании контакта выключателя SA1 (если командоаппарат установлен в положении 0) включается реле КО1 и замыкает свои контакты в цепях управления. После замыкания контакта 1 командоаппарата КА включаются контакторы К1-К5 и замыкают свои контакты в цепях аккумуляторов Bat1-Bat10. При этом 5 пар аккумуляторов Bat1-Bat2, Bat3-Bat4, Bat5-Bat6, Bat7-Bat8, Bat9-Bat10 подключаются параллельно на вход инвертора. Напряжение на входе инвертора равно 24 В. Трехфазное напряжение на выходе инвертора появляется с небольшой задержкой (0,5 с) благодаря наличию контактов реле К02, КОЗ, которые включены в цепь управления силовыми транзисторами Т1-Т6 инвертора. Это необходимо для исключения коммутационных токов на контактах контакторов К1-К6. Двигатель М начинает вращаться с минимальными оборотами.
При переходе командоаппарата из положения 1 в положение 2 вначале отключаются реле КОЗ и контакторы К1-К5, а затем включаются реле КО2 и контакторы К2, К4, К6. В этом случае образуется последовательно-параллельное соединение аккумуляторов, и напряжение на входе инвертора возрастает до 48 В. Контакты реле КО2 с выдержкой времени подают напряжение в цепь управления силовыми транзисторами Т1-Т6. Обороты двигателя М возрастут благодаря изменению сопротивления регулятора RP1.
При переходе командоаппарата из положения 2 в положение 3 вначале отключаются реле КО2 и контакторы К2, К4, К6, а затем включаются реле КО3 и контакторы К3, К6. В этом случае образуется последовательно-параллельное соединение аккумуляторов, и напряжение на входе инвертора возрастает до 72 В. Контакты реле КО3 с выдержкой времени подают напряжение в цепь управления силовыми транзисторами Т1-Т6. Обороты двигателя М возрастут благодаря изменению сопротивления регулятора RP1.
При переходе командоаппарата КА из положения 3 в положение 4 вначале отключаются реле КО3 и контакторы К3, К6, а затем включаются репе КО2 и контактор К4. В этом случае аккумуляторы Bat1-Bat8 включаются последовательно, и напряжение на входе инвертора возрастает до 96 В. Контакты реле КО2 с выдержкой времени подают напряжение в цепь управления силовыми транзисторами Т1-Т6 инвертора. Обороты двигателя М возрастут благодаря изменению сопротивления регулятора RP1.
При переходе командоаппарата КА из положения 4 в положение 5 вначале отключаются реле КО2 и контактор К4, а затем включаются реле КО3 и контактор К5. В этом случае аккумуляторы Bat1-Bat10 включаются последовательно, и напряжение на входе инвертора становится равным 120 В. Контакты реле КО3 с выдержкой времени подают напряжение в цепь управления силовыми транзисторами Т1-Т6 инвертора. Обороты двигателя М возрастут благодаря изменению сопротивления регулятора RP1.
При переходе командоаппарата КА из положения 5 в положение 6 вначале отключаются реле КО3 и контактор К5, а затем включаются реле КО2 и контактор К6. В этом случае аккумуляторы Bat1-Bat12 включаются последовательно, и напряжение на входе инвертора становится равным 144 В. Контакты репе КО2 с выдержкой времени подают напряжение в цепь управления силовыми транзисторами Т1-Т6 инвертора. Обороты двигателя М возрастут до максимальных.
Автор: Юрий Пети, г. Краматорск
