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(多图) 基于电压型变频调速系统滤波参数的计算

现代电子技术 侯艳红?? 2009年12月05日 ?? 收藏0

  0 引 言

  在电压型变频调速系统中,滤波电容参数CF的计算和正确选择对于保证系统的调节质量及降低设计成本具有重要而现实的意义。滤波电容参数过大或过小,不只是影响系统工作的稳定性,而且电路中的高频信号会严重影响信号和通信系统,也可能导致接至同一电网上的另外一些系统误动作。

  因此,直流环节滤波器在变频器供电的传动系统中是一个相当重要的功能器件,必须正确合理的选择。但在实际的传动系统设计中,工程人员大多基于经验公式,而不是根据引入逆变器开关策略和负荷特性进行计算,这就难于大范围改变逆变器的开关频率、脉宽。因此,存在较大的局限性。

  在此从电压型变频调速系统的基本原理出发,引入逆变器的开关策略,导出电容CF在工作过程中充放电电流的变化规律,经简化近似,求得了充电过程中电容上电荷量的最大值,从而得到确定电容参数的工程计算公式,该公式简单,物理概念清楚,便于在工程实际中应用。

  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。

电压型变频调速系统的原理图

  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。

直流环节的等效电路

  由图2电路图,设电流i1(t)纹波很小,则:

i1(t)=Id

  于是可得到:

公式

  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。

变频电机的静止模型和等效电路

  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:

公式

  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:

公式

  其齐次方程的特征方程为:

公式

  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:

公式

  式(7)和式(8)分别为电容两端电压和电容放电时电流的变化规律。


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变频调速? 滤波? 电动机?

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