1 电压型变频调速系统的构成及工作原理
电压型变频调速系统的原理图如图1所示。
由图1可见,三相交流电经桥式整流转变成直流电,再经电容CF滤波,施加到由GTR1-GTR6组成的逆变桥逆变成电压和频率可调的三相交流电,供给三相异步电动机。其电压和频率的协调控制由变频控制器实现。
该系统滤波电容的作用是:
(1)起滤波作用,用来限制逆变器输入端电压的脉动;
(2)当异步电动机运行于再生制动状态时,吸收经逆变桥回送到直流环节的电能。
很显然,该系统的直流滤波环节就是滤波电容CF。该系统滤波参数的计算就归结为电容参数CF的计算。
2 直流环节的等效电路及充放电电流的计算
基于如下几个方面的考虑:
(1)逆变器在工作过程中,电容两端电压的峰-峰值应当小于指标规定的数值;
(2)直流环节的损耗应保持在最小值;
(3)逆变器和感应电动机中产生的瞬变现象应充分得到阻尼;
(4)直流环节的参数应不影响整个系统的稳定性。
于是可得到直流环节的等效电路如图二所示。
由图2电路图,设电流i1(t)纹波很小,则:
i1(t)=Id
于是可得到:
式中:iC(t)是流经CF的电流;Id为直流电源所提供的电流;i2(t)为去逆变器的电流。
设逆变器为六阶梯波逆变器,并且把逆变器当作开关来模拟。在忽略异步电动机旋转电势和异步电动机激磁电流影响的情况下,可得变频电机的静止模型和等效电路如图3所示。
图3中L1为每相定子绕组的漏感值;L2为每相转子绕组漏感折算到定子侧的数值;R1为每相定子绕组的电阻值;R2为每相转子绕组电阻值折算到定子侧值。这样当逆变器正常工作时(即S合上),根据基尔霍夫电压定律可得:
其初始条件为:UC(0)=(1+K/2)Ud,iC(0)=0,i2(0)=0。式中K为纹波系数。
由方程(2)可得:
其齐次方程的特征方程为:
式中:C1和C2是由初始条件所确定的常数。当t=0(即逆变器开始工作)时: