Синусоидные фильтры в системе управления частотно- регулируемого привода с шим-инвертором

УДК 621.313.3.025.3-78

Синусоидные фильтры в системе управления частотно-
регулируемого привода с шим-инвертором
А.В. Гопко, аспирант
Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е.Жуковского «ХАИ»

Для регулирования скорости вращения многих механизмов с асинхронными двигателями (АД), используются частотно-регулируемые приводы (ЧРП) на основе трехфазных ШИМ-инверторов напряжения с синусоидальным выходным напряжением. В основе формирования трехфазного синусоидального напряжения лежит идея деления управляющего напряжения на отдельные прямоугольные импульсы. При низких 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. Микроконтроллер регулирует время, в течение которого напряжение подается на обмотки привода, управляя таким образом крутящим моментом, ускорением и замедлением двигателя. Возникающая при этом высокочастотная составляющая увеличивает потери мощности, идущие на нагрев обмоток и магнитопровода, повышает акустический шум и износ подшипников за счет возникновения подшипниковых токов. Использование сверхбыстрых полупроводниковых ключей (IGBT) приводит к резким скачкам напряжения du/dt, и как следствие к чрезмерным нагрузкам на изолированные медные провода обмоток двигателя и, к преждевременному износу изоляционного слоя.
Поэтому для устранения негативных факторов влияющих на работу системы управления частотно-регулируемого электропривода используют различные фильтры. Одним из основных является синусоидальный фильтр, который представляет собой Г-образный фильтр низких частот, в них установлены дроссели и конденсаторы большого номинала. Эти фильтры рекомендованы для применения в следующих случаях:
— при запуске старых двигателей с изношенной изоляцией;
рШ в случае эксплуатации с частым рекуперативным торможением и с двигателями, не соответствующими требованиям стандарта EEC 60034-17;
— когда двигатель установлен в агрессивной внешней среде или работает при высоких температурах;
— при подключении двигателей экранированными или неэкранированными кабелями длиной от 50 до 300 метров;
— при необходимости увеличить интервал техобслуживания двигателя.
Применение синусоидального фильтра для управления и регулирования
скорости вращения электропривода с широтно-импульсной модуляцией увеличивает качество, надежность и производительность работы всей системы. В последнее время они широко используются в промышленности, но в виду сложности аналитического расчета выбор параметров фильтра обычно производится либо экспериментальным путем, что представляет собой трудоемкий и кропотливый процесс, либо путем компьютерного моделирования, что также вызывает определенные трудности.